Kaj je sledenje žarkom in ali je to res prihodnost iger?

(Zasluge slike: Nvidia)

Če ste bili v industriji iger in okoli nje v zadnjih nekaj letih, ste že slišali za sledenje žarkom. Veliko se je ohlapno govorilo o tem, kako sledenje žarkom predstavlja prihodnost igranja iger, prihodnja strojna oprema pa bo zagotovo morala vključevati namenska sredstva za obvladovanje. Toda kaj je sledenje žarkom in ali je ogromen hype mehurček, ki se počasi širi okoli njega, upravičen?

Eden pritrdilnih navedb je napoved Marka Cernyja v a Žična funkcija da bo naslednja Sonyjeva konzola podpirala sledenje žarkov s pomočjo GPU-ja AMD Navi po meri. Predstavil je celo zanimivo gubo – konzola bo lahko uporabila sledenje žarkov ne le za vizualne učinke, ampak tudi za simulacijo pozicijskega zvoka.

Svet svetlobe in sence

Kot vsaka nova tehnologija, ki je usmerjena v potrošnike, je sledenje žarkom delno zakrito z vsemi trženjskimi besedami, ki izvirajo od ljudi, ki so zainteresirani za njeno prodajo. Resnica je, da sledenje žarkom pravzaprav sploh ni novo, to je tehnika, ki jo filmski studii uporabljajo že leta pri posebnih učinkih in animaciji za osvetlitev prizorov in omogočanje pravilnega odseva digitalnih predmetov. Se spomnite, da ste v Maščevalcih videli eksplodirajoče nezemeljske vojaške ladje, ovite z dimom in ognjem, ki se odražajo v čeladi Iron Mana? To je sledenje žarkom pri delu. Novost je obljuba izvajanja tovrstnega upodabljanja v realnem času. Omogoča videoigram, da sproti dosežejo tisto, kar potrebujejo hollywoodske render farme dni ali celo tedne, da dosežejo, pri čemer se opira na izjemno drago strojno opremo za izračun sledenja žarkom za kompleksne prizore z milijoni posameznih fotonskih žarkov.

Sledenje žarkom deluje tako, da simulira svetlobne žarke in načine njihove interakcije s predmeti in površinami. Modelira, kako osvetlitev vpliva na barvo ali okluzijo na osnovi žarka. Prej je bila osvetlitev obravnavana med rasterizacijo, procesom prevajanja 3D poligonalnih modelov v 2D sliko, zgrajeno iz slikovnih pik. Svetlobni učinki so bili v veliki meri 'ponarejeni', pri čemer je motor določal, kako bi svetlobni viri v prizoru teoretično vplivali na površine glede na umestitev in ustrezno senčenje/barvanje slikovnih pik te površine. Je računalniško učinkovit, zato ne zahteva tako smešno zmogljive namenske strojne opreme, kot jo ima tradicionalno sledenje žarkov, vendar ima številne omejitve.

Najboljše grafične kartice za računalniške igre

Naš pregled najboljše grafične kartice za računalniške igre, za pogon sodobnih trojnih A naslovov po najboljših cenah, ki jih lahko najdete kjer koli.

S sledenjem žarkov lahko razvijalci simulirajo način delovanja svetlobe v resničnem svetu, kar je v rastrskih rešitvah nemogoče. To pomeni, da so prizori videti bolj naravno osvetljeni in realistični, prav tako pa pomeni, da se svetlobni viri ali odsevni predmeti, ki niso v okvirju, še vedno lahko natančno odsevajo v vidnem prizoru. Eksplozija granate zunaj zaslona se na primer še vedno odraža v sijočem kovinskem trupu tanka Abrams, ki se kotali proti vašemu liku, in sence, ki jih mečejo drugi vojaki, ki trenutno niso v kadru, je mogoče natančneje upodobiti.

Sledenje žarkom deluje tako, da sledi žarku svetlobe iz slikovne pike na zaslonu nazaj v 3D sceno in sledi, kje ali če deluje s predmeti, preden doseže svetlobni vir. Če zadene predmet ali če se odbije med več predmeti ali se celo lomi pri prehodu skozi steklo ali vodo, so ti podatki predstavljeni v slikovni piki glede na svetlobo in barvo.

Možno je tudi uporabiti sledenje žarkov pri oblikovanju zvoka, kot predlaga Mark Cerny, zlasti če iščete hitrejšo in čistejšo rešitev, kot jo ponujajo bolj tradicionalne metode. Če zvočne valove obravnavate kot veliko manjše žarke, jih lahko modelirate podobno kot sledenje žarkov modelira svetlobo, jih vleče od vira do končnega uporabnika in presoja, kje so v interakciji s predmeti v okolju. Težava je v tem, da so zvočni valovi na splošno veliko večji od svetlobnih, segajo do deset metrov ali več, medtem ko se valovna dolžina svetlobe meri v nanometrih, zato bo njihovo modeliranje kot žarke neizogibno povzročilo netočnosti. Vsekakor pa je možno in bi bilo računsko učinkovitejše od večine alternativnih rešitev.

Pripoved o strojni opremi

Sledenje žarkom v Metro Exodus; omogočeno na pravi sliki, je najbolj očitno v odsevih na snegu in vodi

Verjetno ste prvič slišali za sledenje žarkom (kljub temu, da ste ga že leta videli na zaslonu v filmih), ko je Nvidia začela nagovarjati zmožnosti sledenja žarkom svoje serije kartic RTX 20. Nvidia je naredila ogromno hrupa o tem, kako bodo njena jedra RT omogočila naslednji generaciji grafičnih procesorjev, da v video igre prvič prinesejo neverjetno sledenje žarkov v realnem času. Večinoma je šlo za zvijačo, s katero so upravičili izjemno visoke cene novih kartic, vendar ni bil vse marketinški pohlep - predstavljal je precej neverjeten tehnični dosežek, ki je omogočal sodobno igralni računalniki narediti v realnem času tisto, kar je hollywoodskim studiem vzelo nekaj redov velikosti dlje.

Sprejem teh kartic serije 20 je bil mešan, prodaja pa je bila mlačna, a morda še pomembneje je, da je Nvidijina prevlada v pripovedi o „sledovanju žarkov v igrah“ začela upadati. Obstajajo številni kamenčki spotike, od katerih je prvi in ​​najpomembnejši, kako malo iger trenutno podpira sledenje žarkov in kako, tudi v tistih naslovih, ki ga podpirajo, ne naredi očitnega, takoj opaznega vpliva na grafiko in predstavitev. To seveda ni veliko presenečenje - večina novih grafičnih tehnologij, kot je nedavna renesansa HDR, potrebuje nekaj časa, da se ustrezno uvedejo in implementirajo, vendar je videti, kot da je bila Nvidia nekoliko predaleč pred krivulje in je v vmesnem času začela izgubljati svojo prednost pri sledenju žarkom.

Najprej je bila novica, da kartice RTX niso potrebne za sledenje žarkom, kot je pokazal a Demo CryEngine . Nato je Nvidia sama objavila, da bo razširila linijo GTX s tehnologijo Turing, vendar brez namenske strojne opreme za sledenje žarkom, in končno, da prinaša podpora za sledenje žarkov za kartice GTX prek posodobitve gonilnika. In zdaj na široko krožijo govorice, da bo AMD kmalu začel uvajati lastne kartice namenska podpora za sledenje žarkov ki bi se po zmogljivosti lahko ujemal ali presegal linijo RTX. Ker naj bi AMD sodeloval s Sonyjem in Microsoftom pri naslednji generaciji konzol (verjetno zagotavlja diskretne, prilagojene različice njihove arhitekture Navi), beseda, da bodo AMD čipi kmalu zapakirali namensko strojno opremo za podporo sledenju žarkov, pomeni, da bo naslednja generacija konzol verjetno tudi skočiti na RT.

Osvetlitev poti naprej

Sledenje žarkom v Remedyjevem motorju Northlight

Vse to ni odlična novica za Nvidio, vsaj kratkoročno, ampak odlična novica za navdušence nad sledenjem žarkom. Širša strojna podpora pomeni, da bo delo za vgradnjo tehnologije sledenja žarkom v igre za razvijalce videti veliko bolj privlačno, saj bo občinstvo, ki bo lahko cenilo rezultate. In tudi za Nvidio, ko postaja sledenje žarkom vse bolj razširjeno, bo tudi prodaja njene strojne opreme RTX, še posebej, če je podjetje sposobno stisniti cene za pospešitev glavne prodaje.

To je tudi dobra novica za igralce na splošno. Sledenje žarkom morda zdaj v praktičnem smislu ne povzroča velikih valov, v veliki meri zato, ker je trenutna podpora nekoliko prenagljena ali zategnjena, a ko vidimo igre, zgrajene iz skoka s podporo za sledenje žarkov, bodo končni izdelki začeli videti veliko bolj impresivno. V neštetih demonstracijah, najprej od Nvidie, zdaj pa od CryEngine in Unity (iger motorja, ki je pred kratkim vključeval orodja za sledenje žarkom), smo videli potencial sledenja žarkom in, pravilno implementiran, je tako osupljiv, kot bi si mislili pri trženju.

Izhodišče je, da je sledenje žarkov bolj HDR kot 3D. Ne gre za zvijačo, bliskovito tehnologijo, ki se ne bo uspela uveljaviti in zapustiti pogovora v manj kot enem letu. Resnično je pomemben del prihodnosti iger, zagotavljanje, da bo naslednja generacija iger videti bližje realnosti kot kdaj koli prej, in možnost, da jo dostavimo v realnem času, je res osupljiva inovacija. To je neizogibno in glavno vprašanje v zvezi s sledenjem žarkom je manj 'če' kot 'kdaj'.