Čo je sledovanie lúčov a je skutočne budúcnosťou hier?

(Obrazový kredit: Nvidia)

Ak ste sa za posledných pár rokov pohybovali v hernom priemysle, určite ste už počuli o sledovaní lúčov. Veľa sa hovorí o tom, ako ray tracing predstavuje budúcnosť hrania a budúci hardvér bude určite musieť začleniť špecializované zdroje, aby to zvládl. Ale čo je sledovanie lúčov a je masívna bublina, ktorá sa okolo neho pomaly rozširuje, opodstatnená?

Jedným kladným znakom je oznámenie Marka Černého v a Drôtová funkcia že ďalšia konzola Sony bude podporovať sledovanie lúčov prostredníctvom vlastného grafického procesora AMD Navi. Dokonca predstavil zaujímavú vrásku – konzola bude môcť využiť sledovanie lúčov nielen na vizuálne efekty, ale aj na simuláciu pozičného zvuku.

Svet svetla a tieňa

Ako každá nová technológia orientovaná na spotrebiteľa, sledovanie lúčov je čiastočne zatemnené všetkými marketingovými módnymi výrazmi, ktoré pochádzajú od ľudí, ktorí majú záujem ju predávať. Pravdou je, že sledovanie lúčov nie je v skutočnosti vôbec nové, je to technika, ktorú filmové štúdiá používajú už roky pri špeciálnych efektoch a animáciách na svetelné scény a umožňujúce správne odrazy digitálnych objektov. Pamätáte si, ako ste videli tie explodujúce mimozemské vojnové lode zahalené dymom a ohňom odrážajúcim sa v Iron Manovej prilbe v The Avengers? To je sledovanie lúčov v práci. Novinkou je prísľub vykonávania tohto druhu vykresľovania v reálnom čase. Umožňuje videohrám dosiahnuť za behu to, čo hollywoodskym renderovacím farmám trvá niekoľko dní alebo dokonca týždňov, pričom sa opiera o nesmierne drahý hardvér na výpočet sledovania lúčov pre zložité scény s miliónmi jednotlivých fotónových lúčov.

Ray tracing funguje tak, že simuluje lúče svetla a spôsoby ich interakcie s predmetmi a povrchmi. Modeluje, ako osvetlenie ovplyvňuje farbu alebo oklúziu na základe jednotlivých lúčov. Predtým sa osvetlenie riešilo počas rasterizácie, čo je proces prekladu 3D polygonálnych modelov do 2D obrazu zostaveného z pixelov. Svetelné efekty boli do značnej miery „falošné“, pričom motor určoval, ako by svetelné zdroje v scéne teoreticky ovplyvňovali povrchy na základe umiestnenia a podľa toho tieňovania/sfarbenia pixelov tohto povrchu. Je to výpočtovo efektívne, takže nevyžaduje ten druh smiešne výkonný, vyhradený hardvér, ktorý tradične má sledovanie lúčov, ale prichádza s množstvom obmedzení.

Najlepšie grafické karty pre PC hry

Náš súhrn z najlepšie grafické karty na hranie hier na počítači, na napájanie moderných titulov s trojitým A za tie najlepšie ceny, aké všade nájdete.

Pomocou sledovania lúčov môžu vývojári simulovať spôsob, akým svetlo funguje v reálnom svete, čo je v rastrových riešeniach nemožné. To znamená, že scény vyzerajú prirodzenejšie osvetlené a realistickejšie a tiež to znamená, že zdroje svetla alebo reflexné objekty, ktoré nie sú v zábere, sa môžu stále presne odrážať vo viditeľnej scéne. Explózia mimoobrazovkového granátu sa stále môže odrážať napríklad v lesklom kovovom trupe tanku Abrams, ktorý sa valí k vašej postave, a tiene vrhané inými vojakmi, ktorí momentálne nie sú v zábere, môžu byť vykreslené presnejšie.

Ray tracing funguje tak, že sleduje lúč svetla z pixelu na obrazovke späť do 3D scény a sleduje, kde alebo či interaguje s objektmi pred dosiahnutím svetelného zdroja. Ak narazí na objekt alebo ak sa odrazí medzi viacerými objektmi, alebo sa dokonca láme pri prechode cez sklo alebo vodu, tieto údaje sú v pixeli reprezentované svetlom a farbou.

Je tiež možné využiť sledovanie lúčov vo zvukovom dizajne, ako navrhuje Mark Cerny, najmä ak hľadáte rýchlejšie a čistejšie riešenie, než poskytujú tradičné metódy. Ak považujete zvukové vlny za oveľa menšie lúče, môžete ich modelovať podobne, ako sledovanie lúčov modeluje svetlo, privádzať ich od zdroja ku koncovému používateľovi a posudzovať, kde interagujú s objektmi v prostredí. Problém je v tom, že zvukové vlny sú vo všeobecnosti oveľa väčšie ako vlny svetla a dosahujú až desať metrov alebo viac, zatiaľ čo vlnová dĺžka svetla sa meria v nanometroch, takže ich modelovanie ako lúčov nevyhnutne spôsobí nepresnosti. Určite je to však možné a bolo by to výpočtovo efektívnejšie ako väčšina alternatívnych riešení.

Hardvérový príbeh

Sledovanie lúčov v Metro Exodus; zapnuté na pravom obrázku, je to najzreteľnejšie pri odrazoch na snehu a vode

Je pravdepodobné, že ste prvýkrát počuli o sledovaní lúčov (napriek tomu, že ste ho roky videli na obrazovke vo filmoch), keď Nvidia začala ponúkať možnosti sledovania lúčov svojich kariet série RTX 20. Nvidia urobila obrovské množstvo hluku o tom, ako jej RT jadrá umožnia novej generácii GPU po prvýkrát priniesť neuveriteľné sledovanie lúčov v reálnom čase do videohier. Z veľkej časti to bol trik na ospravedlnenie extrémne vysokých cien nových kariet, ale nebol to len marketingový humbuk – predstavovalo to celkom úžasný neuveriteľný technický úspech, ktorý umožnil moderné herné počítače robiť v reálnom čase, čo tým hollywoodskym štúdiám trvalo o niekoľko rádov dlhšie.

Príjem týchto kariet 20-série bol zmiešaný a predaj bol vlažný, ale možno ešte dôležitejšie je, že dominancia Nvidie v príbehu „sledovania lúčov v hrách“ začala klesať. Došlo k niekoľkým kameňom úrazu, pričom prvým a najdôležitejším z nich je, ako málo hier v súčasnosti podporuje sledovanie lúčov a ako ani v tých tituloch, ktoré ho podporujú, nemá výrazný, okamžite viditeľný vplyv na grafiku a prezentáciu. To samozrejme nie je veľké prekvapenie – väčšine nových grafických technológií, ako je napríklad nedávna renesancia HDR, trvá nejaký čas, kým sa správne zavedú a implementujú, no vyzerá to tak, že Nvidia bola o niečo predbehnutá. krivka a medzičasom začala strácať svoje prvenstvo v sledovaní lúčov.

Najprv tu bola správa, že karty RTX nie sú potrebné na sledovanie lúčov, ako to ukázal a Ukážka CryEngine . Potom samotná Nvidia oznámila, že rozširuje rad GTX s technológiou Turing, ale bez špeciálneho hardvéru na sledovanie lúčov, a nakoniec, že ​​prináša podpora sledovania lúčov pre karty GTX prostredníctvom aktualizácie ovládača. A teraz sa šíria fámy, že AMD čoskoro začne uvádzať na trh svoje vlastné karty špecializovaná podpora sledovania lúčov ktoré by sa z hľadiska výkonu mohli rovnať alebo prekročiť rad RTX. Keďže AMD údajne spolupracuje so Sony aj Microsoftom na ďalšej generácii konzol (pravdepodobne poskytujú diskrétne, vlastné verzie ich architektúry Navi), slová, že čipy AMD čoskoro zabalia vyhradený hardvér na podporu sledovania lúčov, znamenajú, že ďalšia generácia konzol bude pravdepodobne tiež skákať do rozbehnutého vlaku RT.

Osvetlenie cesty vpred

Sledovanie lúčov v motore Northlight spoločnosti Remedy

Toto všetko nie je skvelá správa pre Nvidiu, aspoň z krátkodobého hľadiska, ale skvelá správa pre nadšencov sledovania lúčov. Širšia podpora hardvéru znamená, že vykonanie práce na zabudovaní technológie sledovania lúčov do hier bude pre vývojárov vyzerať oveľa príťažlivejšie, pretože sa nájde publikum, ktoré dokáže oceniť výsledky. A dokonca aj pre spoločnosť Nvidia, keďže sledovanie lúčov sa stáva všadeprítomnejším, predaj hardvéru RTX sa zvýši, najmä ak je spoločnosť schopná stlačiť ceny, aby urýchlila bežný predaj.

Je to dobrá správa aj pre hráčov vo všeobecnosti. Ray tracing možno teraz v praktickom zmysle nevytvára obrovské vlny, z veľkej časti preto, že súčasná podpora sa zdá byť trochu unáhlená alebo uponáhľaná, ale ako vidíme hry postavené zo skoku s podporou ray tracingu, finálne produkty začnú vyzerať oveľa pôsobivejšie. V nespočetných ukážkach, najprv od Nvidie a teraz od CryEngine a Unity (herný engine, ktorý nedávno obsahoval nástroje na sledovanie lúčov), sme videli potenciál sledovania lúčov a ak je správne implementované, je to také úžasné, ako by si marketing myslel.

Výsledkom je, že sledovanie lúčov je viac HDR ako 3D. Nie je to nezvyčajná, blesková technológia, ktorej sa nepodarí získať oporu a ukončiť konverzáciu za menej ako rok. Je to skutočne dôležitá súčasť budúcnosti hier, zabezpečenie toho, aby budúca generácia hier vyzerala bližšie k realite ako kedykoľvek predtým, a schopnosť dodávať ju v reálnom čase je skutočne ohromujúca inovácia. Je to nevyhnutné a hlavná otázka týkajúca sa sledovania lúčov je menej „ak“ ako „kedy“.