Hvis du har tatt selv den minste blikk
mot spill og grafikk nyheter i det siste, så har du hørt siste nytt
største buzzword: ray tracing. Du kan også ha hørt en lignende-klingende
ordet kalt banen tracing. Og du kan være helt tilgitt for ikke fullt
forstå hva enten en av prosessene er.
En enkel forklaring er at både banen
sporing og ray tracing er grafisk teknikker som resulterer i at mer realistisk utseende
bilder på bekostning av betydelig mer datakraft. Det er en
Minecraft video på YouTube som demonstrerer bestemte deler av ray
sporing på en tydelig måte, men illustrerer også stress setter det på et system.
Bildet er opprettet ved hjelp av Ray TracingHvis det er den eneste forklaringen du trenger,
flott! Men hvis du ønsker å grave dypt og finne ut hvordan hver teknikk som fungerer og
hvorfor GPU hardware selskapene er betalt en liten formue for ray tracing-stand
kort, bør du lese videre.
Rasterization og datagrafikk
Alle bilder som du ser vises på en dataskjerm ikke starte ut som at bildet. Det begynner som et raster eller vektor bilde. Et rasterbilde er sammensatt av en samling av skyggelagt punkter.
En vektor bilde er basert på matematiske formler som betyr at bildet kan bli økt i størrelse nesten i det uendelige. Ulempen med vektor-bilder er at mer presise detaljer er vanskelig å oppnå. Vektor-bilder er best når bare noen få farger er nødvendig.
Den største styrken til rasterization er dens
fart, spesielt i forhold til teknikker som ray tracing. Din GPU, eller
graphics processing unit, vil fortelle spillet for å opprette et 3D-bilde ut av lite
former, som oftest trekanter. Disse trekanter er omgjort til enkelte punkter
og så satt gjennom en shader for å lage bildet du ser på skjermen.
Rasterization har vært gå-til-alternativet for
video game grafikk for lang tid på grunn av hvor raskt det kan behandles, men
som dagens teknologi begynner å støte mot sine grenser mer avansert
teknikker er nødvendig for ot bryte gjennom til neste nivå. Det er der ray
sporing kommer inn.
Ray tracing ser langt mer realistisk enn
rasterization, som bildet nedenfor viser. Se på refleksjoner på
tekanne og en skje.
Hva er Ray Tracing?
På overflaten nivå, ray tracing er en
paraplybetegnelse som innebærer alt fra en enkelt skjæringspunktet mellom lys og
objektet for å fullføre fotorealisme. I de mest vanlige kontekst som brukes i dag,
imidlertid, ray tracing refererer til en gjengivelse teknikk som følger en bredde av
lys (i bildepunkter) fra et angitt punkt og simulerer hvordan den reagerer når det
møter objekter.
Ta et øyeblikk og se på veggen i
rommet du er i. Er det en lyskilde på veggen, eller lys som reflekteres av
veggen fra en annen kilde? Ray-spores grafikk ville starte på øyet og
følg din linje av syne på veggen, og deretter følg veien til lyset fra
veggen tilbake til lyskilden.
Diagrammet over viser hvordan dette
fungerer. Årsaken til den simulerte “øyne” (i dette kameraet
diagrammet) er å minske belastningen på GPU.
Hvorfor? Vel, ray tracing er ikke helt nytt. Det er faktisk eksistert i ganske lang tid. Pixar bruker ray tracing teknikker for å lage mange av sine filmer, men high-fidelity, frame-by-frame grafikk på vedtak Pixar oppnår ta tid.
Mye tid. Noen bilder i Monsters University tok en rapportert 29 timer hver. Toy Story 3 tok i gjennomsnitt 7 timer per ramme, med noen rammer å ta 39 timer i henhold til en 2010 historie fra Wired.
Fordi filmen illustrerer refleksjon
lys fra alle underlag for å lage den grafiske stilen som alle har kommet til
kjenner og elsker, arbeidsmengden er nesten ufattelig. Ved å begrense ray tracing
teknikker for å bare hva øyet kan se, spill og kan utnytte teknikken
uten å forårsake grafikk prosessor til å ha en (bokstavelig talt) meltdown.
Ta en titt på bildet nedenfor.
Det er ikke et fotografi, til tross for hvor ekte det ser ut. Det er en ray-spores bilde. Prøv å forestille deg hvor mye kraft som er nødvendig for å skape et bilde som ser ut som dette. Man ray kan spores og bearbeides uten store problemer, men hva når som ray spretter av et objekt?
En enkelt ray kan slå inn 10-stråler, og de 10 kan slå inn i 100, og så videre. Økningen er eksponentiell. Etter at et punkt, spretter og refleksjoner utover tertiær og kvartær vise avtagende avkastning. Med andre ord, de krever langt mer makt til å beregne og vise enn de er verdt. For ordens skyld gjengis et bilde, en grense må trekkes et sted.
Ray Tracing EksempelForestill deg nå å gjøre som 30 til 60 ganger per
andre. Det er mye kraft som kreves for å bruke ray tracing teknikker i
spillene. Det er sikkert imponerende, ikke sant?
Den attainability av grafikk-kort som er i stand
av ray tracing vil gå opp som tiden går, og til slutt denne teknikken vil
blir så lett tilgjengelig som 3D-grafikk. For nå, skjønt, ray tracing er
fortsatt ansett som den cutting-edge datagrafikk. Så hvordan gjør banen
sporing spiller inn?
Hva er Veien å Spore?
Banen tracing er en type ray tracing. Det
faller inn under denne paraplyen, men hvor ray tracing var opprinnelig en teori i
1968, bane tracing ikke kom på scenen før 1986 (og resultatene var
ikke så dramatisk som de nå.)
Husk den eksponentielle økning i stråler
som ble nevnt tidligere? Banen sporing gir en løsning på det. Når du bruker banen
sporing for gjengivelse, stråler bare produsere en enkelt ray per sprette. Stråler
ikke følge et bestemt linje per sprette, men heller skyte av i tilfeldig
retning.
Banen sporing algoritmen tar deretter en
tilfeldig utvalg av alle stråler for å lage det endelige bildet. Dette resulterer i prøvetaking
et utvalg av forskjellige typer belysning, men spesielt global belysning.
En interessant ting om banen tracing er
at effekten kan bli etterlignet gjennom bruk av shaders. En shader patch
dukket opp nylig for en Nintendo Slår emulator som lar spillere
emulere banen spores global belysning i titler som ” The Legend of Zelda: Pust av Vill og Super Mario Odyssey. Mens effektene ser fin, de er ikke like
komplett som sanne vei å spore.
Banen tracing er bare en form av ray
søker etter. Mens det ble hyllet som den beste måten å gjengi bilder, bane tracing
kommer med sine egne feil.
Men i slutten, både bane sporing og ray tracing resulterer i absolutt vakre bilder. Nå som maskinvaren i forbruker-klasse maskiner har nådd et punkt som ray tracing er mulig i real-time innen spill, industri står klar til å gjøre et gjennombrudd som er nesten like imponerende som den steg fra 2D til 3D-grafikk.
Det vil imidlertid fortsatt være noen gang—i flere år minst—før den nødvendige maskinvaren, vil bli ansett som “rimelig.” Som nå, selv den nødvendige grafikk-kort koster godt over $1,000.