Τι είναι το Ray Tracing και πώς λειτουργεί;

Εάν παίζετε τακτικά βιντεοπαιχνίδια ή αν έχετε παρακολουθήσει κάποια από τις ταινίες κινουμένων σχεδίων της Pixar ή της Disney από τα τελευταία δύο χρόνια, έχετε ήδη δει ακτίνες ακτίνων σε δράση χωρίς να το συνειδητοποιήσετε.

Ο όρος έχει δημιουργήσει σημαντική φήμη στον κλάδο των τυχερών παιχνιδιών τα τελευταία δύο χρόνια περίπου, και θεωρείται το μέλλον των γραφικών στα τυχερά παιχνίδια. Τι είναι λοιπόν η ανίχνευση ακτίνων, πώς λειτουργεί και γιατί είναι τόσο σημαντικό;

Τι είναι το Ray Tracing;

Η ανίχνευση ακτίνων είναι μια μέθοδος απόδοσης γραφικών που χρησιμοποιεί αλγόριθμους για να υπολογίσει πού θα έπρεπε το φως και οι σκιές στα βιντεοπαιχνίδια.

Εδώ είναι όπου η επιστήμη του δημοτικού σχολείου είναι χρήσιμη: κοιτάξτε μια κούπα. Όταν κοιτάζετε την κούπα, το φως αναπηδά από την κούπα απευθείας στο μάτι σας και ο εγκέφαλός σας καταλαβαίνει ότι το αντικείμενο που κάθεται μπροστά σας είναι μια κούπα. Τώρα, από την κούπα, μετακινήστε τα μάτια σας για να βρείτε την πηγή φωτός στο δωμάτιό σας. Αυτό είναι ανίχνευση ακτίνων.

Στα τρισδιάστατα βιντεοπαιχνίδια που έχουμε τώρα, ο αλγόριθμος ανίχνευσης ακτίνων ξεκινά από την άποψη του παίκτη και ξεκινά να «εντοπίζει», να αναγνωρίζει και να χαρτογραφεί το φως, τα χρώματα και τις σκιές πολλών αντικειμένων σε μια οθόνη.

Ως αποτέλεσμα, τα γραφικά που παράγονται μέσω ανίχνευσης ακτίνων είναι πιο ομαλά γύρω από τις άκρες και πιο ρεαλιστικά.

Πριν από τον Ray Tracing

Αν θέλετε να μάθετε πώς ήταν οι κινούμενες εικόνες πριν από την ανίχνευση ακτίνων, ρίξτε μια ματιά στα βιντεοπαιχνίδια που έγιναν στις αρχές της δεκαετίας του 2000 και συγκρίνετέ τα με τίτλους βιντεοπαιχνιδιών AAA στην αγορά αυτή τη στιγμή.

Τα παραδοσιακά γραφικά υπολογιστών χρησιμοποιούν μια μέθοδο που ονομάζεται ραστεροποίηση, όπου η ιδέα και η σχεδίαση τρισδιάστατων πηγών φωτός μετατρέπονται σε επιφάνεια 2D. Τα τρισδιάστατα πολύγωνα μεταφράζονται σε εικονοστοιχεία 2D και αυτό δεν πάνε πάντοτε καλά επειδή ουσιαστικά αναγκάζετε ένα σύνθετο αντικείμενο με πολλές επιφάνειες σε μια επίπεδη επιφάνεια.

Επιπλέον, οι παραδοσιακοί υπολογιστές δεν ήταν αρκετά γρήγοροι για να συμβαδίζουν με την ένταση των βιντεοπαιχνιδιών. Παρόλο που έχουν γίνει πολλές βελτιώσεις στην ραστεροποίηση, όταν πρόκειται για την παρουσίαση ενός εντατικού παιχνιδιού shooter πρώτου προσώπου, για παράδειγμα, υπολείπεται σε σύγκριση με την ανίχνευση ακτίνων.

Πώς λειτουργεί το Ray Tracing

Η ανίχνευση ακτίνων ακούγεται απλή και συναρπαστική ως έννοια, αλλά δεν είναι μια εύκολη τεχνική. Λοιπόν, πώς λειτουργεί η ανίχνευση ακτίνων;

Η ανίχνευση ακτίνων εκτελεί μια διαδικασία που ονομάζεται «denoising», όπου ο αλγόριθμος του, ξεκινώντας από την κάμερα - την οπτική σας άποψη - εντοπίζει και εντοπίζει τις πιο σημαντικές αποχρώσεις του φωτός και των σκιών. Χρησιμοποιώντας τη μηχανική εκμάθηση, «συμπληρώνει τα κενά» για να σχηματίσει μια φωτορεαλιστική εικόνα.

Έτσι, όσο πιο φωτεινή είναι η σκηνή σε ένα βιντεοπαιχνίδι, τόσο υψηλότερη είναι η ποιότητα των γραφικών και όσο υψηλότερη είναι η ποιότητα, τόσο πιο ακριβό είναι. Αυτό μας φέρνει στο λόγο της καθυστερημένης άφιξης του ray tracing στη βιομηχανία βιντεοπαιχνιδιών.

Γιατί αποφεύχθηκε τόσο πολύ το Ray Tracing;

Πρέπει επίσης να γνωρίζετε ότι η ανίχνευση ακτίνων δεν είναι νέα τεχνική. Το Χόλιγουντ χρησιμοποιεί ιχνηλάτηση ακτίνων πολύ πριν η τεχνολογία εισέλθει στη βιομηχανία βιντεοπαιχνιδιών. Η ταινία του Pixar 2013, το Monsters University, ήταν στην πραγματικότητα η πρώτη ταινία κινουμένων σχεδίων που χρησιμοποίησε τεχνολογία ανίχνευσης ακτίνων για όλο το φωτισμό και τη σκίαση. Γιατί λοιπόν η ανίχνευση ακτίνων το έκανε σε βιντεοπαιχνίδια τόσο αργά;

Πρώτον, όσον αφορά τη μηχανική, η ίδια η ανίχνευση ακτίνων είναι υπολογιστικά απαιτητική. Η εφαρμογή τεχνολογίας ανίχνευσης ακτίνων σε μια τυπική ταινία δράσης 90 λεπτών με 24 καρέ ανά δευτερόλεπτο είναι ήδη εξαιρετικά χρονοβόρα. Οι εμψυχωτές μπορούν να περάσουν ημέρες ή εβδομάδες σε μία μόνο σκηνή, οπότε φανταστείτε πόσο πιο έντονο είναι να γίνεται η ανίχνευση ακτίνων σε ένα τυπικό βιντεοπαιχνίδι που τρέχει 60 σε καρέ ανά δευτερόλεπτο. Ήταν απλώς ανέφικτο.

Στη συνέχεια, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η ανίχνευση ακτίνων είναι δαπανηρή. Εκτός από το γεγονός ότι είναι χρονοβόρα, ο ακριβός προϋπολογισμός είναι ο λόγος που ήταν πάντα εταιρείες παραγωγής μεγάλων ταινιών στο Χόλιγουντ που μπορούσαν να αντέξουν ακτίνες. Το Πανεπιστήμιο Monsters της Pixar κόστισε 200 εκατομμύρια δολάρια, όπως και το Toy Story 4, το οποίο κυκλοφόρησε το 2019.

Ενώ οι σύγχρονες κάρτες γραφικών με υποστήριξη για παρακολούθηση ακτίνων σε πραγματικό χρόνο κυμαίνονται από 400 $ έως 3.000 $.

Όταν χρησιμοποιείται Ray Tracing

Η ανίχνευση ακτίνων χρησιμοποιείται σχεδόν παντού σε ένα βιντεοπαιχνίδι, αλλά ιδιαίτερα σε κομμένες σκηνές. Έχετε παρατηρήσει ποτέ γιατί ο χαρακτήρας σας φαίνεται πιο ζωντανός και εκλεπτυσμένος κατά τη διάρκεια σκηνών κοπής βιντεοπαιχνιδιών; Αυτό είναι η ανίχνευση ακτίνων σε δράση. Ο τίτλος επιτυχίας AAA του 2019 Control είναι το καλύτερο παράδειγμα επιτυχούς ανίχνευσης ακτίνων σε ένα βιντεοπαιχνίδι.

Εκτός των βιντεοπαιχνιδιών, η ανίχνευση ακτίνων χρησιμοποιείται επίσης σε πολλές βιομηχανίες. Στην αρχιτεκτονική, η ανίχνευση ακτίνων ενσωματώνεται σε εφαρμογές λογισμικού για την τρισδιάστατη μοντελοποίηση ενός κτιρίου. Αυτό καθιστά τη φαντασία ενός αρχιτέκτονα ενός σχεδιασμού κτιρίου πιο ρεαλιστική από τα σχεδιασμένα χειροποίητα σκίτσα και το φως μοντελοποίησης είναι πιο ακριβές. Στη μηχανική, η ανίχνευση ακτίνων χρησιμοποιείται επίσης για παρόμοιο σκοπό.

Προγραμματιστές παιχνιδιών και Ray Tracing

Μετά την απόκτηση της εταιρείας Ray Trace RayScale το 2008, η Nvidia έγινε η πρώτη στον κλάδο που ξεκίνησε εμπορικά την ανίχνευση ακτίνων. Το 2018, παρουσίασε τις κάρτες γραφικών της σειράς GeForce RTX στους καταναλωτές. Από τότε, οι προγραμματιστές παιχνιδιών μεγάλων ονομάτων έχουν ενταχθεί στο παιχνίδι ray tracing, ένα προς ένα.

Το 2019, η Epic Games και η Utility Technologies ανακοίνωσαν ότι οι κινητήρες υλικού υπογραφής τους προσφέρουν πλέον εγγενή υποστήριξη για την ανίχνευση ακτίνων. Το 2018, η Microsoft ενσωμάτωσε την ανίχνευση ακτίνων στο DirectX 12, το βασικό λογισμικό πολυμέσων και προγραμματισμού παιχνιδιών για το Xbox One. Στις αρχές του 2020, ο τεχνολογικός τιτάνας παρουσίασε το DirectX 12 Ultimate, μια αναβάθμιση σε DirectX 12.

Αν θέλετε να μάθετε περισσότερα σχετικά με την ανίχνευση ακτίνων, ρίξτε μια ματιά τη σύγκριση των τελευταίων προϊόντων GeForce RTX της Nvidia. Εάν είστε χρήστης Linux, δείτε πώς διαφορετικές GPU από Nvidia και AMD στοιβάζονται σε Linux.

Γιατί οι GPU της σειράς 30 της Nvidia είναι καλύτερες από τις AMD

Ο γίγαντας chip γραφικών Nvidia φαίνεται ότι θα κυριαρχήσει στην αγορά GPU με τη νέα γκάμα καρτών GFX 30 Series της AMD.

Ο Ray Tracing θα διαμορφώσει το μέλλον του τυχερού παιχνιδιού

Στην ουσία, αυτό που υπόσχεται η ανίχνευση ακτίνων είναι μια οπτική εμπειρία υψηλής ποιότητας για μέγιστη απόλαυση. Η ανίχνευση του Ray στα βιντεοπαιχνίδια είναι ακόμη πολύ στα αρχικά της στάδια, αλλά η είσοδος στην αγορά σηματοδοτεί ένα πολλά υποσχόμενο μέλλον για τη βιομηχανία των δισεκατομμυρίων δολαρίων.

Οι 7 καλύτερες κάρτες γραφικών προϋπολογισμού για φθηνά παιχνίδια

Οι κάρτες γραφικών προϋπολογισμού είναι πολύ ικανές αυτές τις μέρες. Εδώ είναι οι καλύτερες κάρτες γραφικών προϋπολογισμού που θα σας επιτρέψουν να παίξετε φθηνά.

Σχετικά με τον Συγγραφέα