Традиционная компьютерная графика использует метод, называемый растеризацией, при котором концепция и изображение трехмерных источников света преобразуются на двухмерную поверхность. Трехмерные многоугольники преобразуются в двухмерные пиксели, и это не всегда идеально.Трассировка лучей – это не новая техника, например, в Голливуде трассировку лучей начали использовать задолго до того, как эта технология проникла в индустрию видеоигр.
Графические технологии обычно сложно объяснить, но трассировка лучей довольно проста. Он пытается подражать тому, как свет работает в реальном мире. Вместо того, чтобы создавать заранее разработанное или «запеченное» освещение для сцен в игры, трассировка лучей прослеживает путь имитируемого света. Свет отражается от объектов при движении и взаимодействует с их свойствами. Например, если он отскакивает от глянцевой зеленой поверхности, его оттенок может измениться. По сути, так работает свет в реальной жизни. Частица света вырывается из своей исходной точки и движется до тех пор, пока не взаимодействует с объектом, и в этом месте ее путь определяется свойствами этого объекта. Он может быть поглощен плотным темным объектом или почти полностью отражен зеркалом.
Принципиальное сходство трассировки лучей с реальной жизнью делает его чрезвычайно реалистичной техникой 3D-рендеринга. По воссоздание того, как свет на самом деле работает в мире, является сложным и ресурсоемким процессом, требующим огромных вычислительных мощностей. Даже рендеринг трассировки лучей Nvidia не является истинной трассировкой лучей, благодаря чему моделируется каждая точка света. Вместо этого он использует ряд разумных приближений, чтобы получить что-то, что близко к тому же визуальному эффекту, но при этом не требует больших затрат на оборудование. Трассировка лучей выполняет процесс, называемый «шумоподавлением», где его алгоритм, начиная с камеры – вашей точки зрения, – отслеживает и определяет наиболее важные оттенки света и тени. Используя машинное обучение, он «заполняет пробелы», чтобы сформировать фотореалистичное изображение.
Таким образом, чем ярче сцена в видеоигре, тем выше качество графики, а чем выше качество, тем она дороже. Это подводит нас к причине позднего появления трассировки лучей в индустрии видеоигр. Вдобавок ко всему, традиционные компьютеры были недостаточно быстрыми, чтобы успевать за интенсивностью видеоигр. Несмотря на то, что в растеризацию было внесено много улучшений, например, когда дело доходит до представления интенсивного шутера от первого лица, он отстает по сравнению с трассировкой лучей.
Трассировка лучей обходится дорого. Помимо того, что это требует много времени, дорогостоящий бюджет является причиной того, что всегда только мега-кинокомпании в Голливуде могли позволить себе трассировку лучей. А современные видеокарты с поддержкой трассировки лучей в реальном времени варьируются по цене от 400 до 3000 долларов.
Трассировка лучей используется практически везде в видеоиграх, но помимо видеоигр, трассировка лучей также используется во многих отраслях. В архитектуре трассировка лучей встроена в программные приложения для 3D-моделирования здания. Это делает представление архитектора о конструкции здания более реалистичным, чем нарисованные от руки концептуальные эскизы, а моделирующий свет более точным. В технике трассировка лучей также используется с той же целью.
Nvidia стала первой в отрасли, начавшей коммерческое использование трассировки лучей. В 2018 году компания представила потребителям видеокарты серии GeForce RTX. С тех пор известные разработчики игр один за другим присоединились к игре с трассировкой лучей. В 2018 году Microsoft интегрировала трассировку лучей в DirectX 12, свое ключевое программное обеспечение для программирования мультимедиа и игр для Xbox One. В начале 2020 года представила DirectX 12 Ultimate (обновление до DirectX 12). Видеокарты Nvidia RTX 2000 представили трассировку лучей в мире игр еще во второй половине 2019 года, но сегодня существует множество карт RTX и GTX, которые поддерживают его.
Пока в большинстве игр с трассировкой лучей используется комбинация традиционных методов освещения, обычно называемых растеризацией, и трассировки лучей на определенных поверхностях, таких как отражающие лужи и металлоконструкции. Трассировка лучей также может использоваться для теней, чтобы сделать их более динамичными и реалистичными.
Лучевое освещение может создать намного более реалистичные тени в темных и ярких сценах с более мягкими краями и большей четкостью. Достичь этого вида без трассировки лучей чрезвычайно сложно. Разработчики могут «подделать» его только путем осторожного, контролируемого использования предустановленных источников света. Это требует много времени и усилий — и даже тогда результат не совсем правильный.
Некоторые игры используют трассировку лучей для глобального освещения, эффективно отслеживая лучи всей сцены. Но это самое дорогое в вычислительном отношении и нуждается в самой мощной из современных видеокарт для эффективной работы. Из-за этого популярны полумеры, такие как только тени с трассировкой лучей или отражающие поверхности. Другие используют технологии Nvidia, такие как шумоподавление и Deep Learning Super Sampling, чтобы улучшить производительность и скрыть некоторые визуальные ошибки, возникающие при рендеринге меньшего количества лучей, чем необходимо для создания действительно трассируемой сцены. Они по-прежнему зарезервированы для предварительно отрисованных снимков экрана и фильмов, где мощные серверы могут проводить дни, отрисовывая отдельные кадры.
Чтобы справиться даже с этими относительно скромными реализациями трассировки лучей, графические карты Nvidia RTX представили аппаратное обеспечение, специально разработанное для трассировки лучей. Архитектура Тьюринга использует RT-ядра компании для обработки этой технологии в режиме реального времени. Они не являются строго необходимыми для трассировки лучей, поскольку эффекты трассировки лучей можно запускать на видеокартах GTX серии 10 и 16, хотя они гораздо менее способны, чем карты RTX верхнего уровня, такие как 2070, 2080 и 2080 Ti. все из которых имеют ядра RT.
RTX 2080 и GTX 1080 Ti могут быть примерно сопоставимы по производительности для игр без трассировки лучей, когда трассировка лучей применяется к сцене, для 1080 Ti, без выделенных ядер RT, может потребоваться гораздо больше времени для генерации того же самого образа.
RTX 2080 Ti, самая мощная в мире потребительская видеокарта с большинством ядер RT, пытается достичь скорости 60 кадров в секунду или более в таких играх, как Battlefield V или Metro Exodus с включенной трассировкой лучей на 1440p. Это карта, которая без включенной трассировки лучей способна обеспечить высокую частоту кадров при 4K.
Метод трассировки лучей Nvidia — не единственный вариант. Существуют также эффекты пост-обработки Reshade «отслеживание пути», которые обеспечивают сопоставимые визуальные эффекты без какого-либо подобного снижения производительности.
Недавпо компания Nvidia выпустила линейку видеокарт GeForce RTX 20 с процессором Turing, в которых аппаратная трассировка лучей в режиме реального времени стала самой продаваемой. Тем не менее, было не так много игр, которые действительно использовали бы эту мощь, и Nvidia неустанно работает с разработчиками и издателями, чтобы сделать это более массовым. Теперь Nvidia поставляет бесплатную копию игры с каждой покупкой подходящей видеокарты GeForce RTX 2080 Ti, 2080 SUPER, 2080, 2070 SUPER, 2070, 2060 SUPER или 2060 с GPU, ноутбуком или настольным компьютером.
Версия сайта для слабовидящих