OTT อธิบาย: Ray Tracing คืออะไร


การติดตาม Ray เป็นรูปแบบของคอมพิวเตอร์กราฟิกขั้นสูงที่จำลองการทำงานของแสงในชีวิตจริง มันสามารถสร้างคอมพิวเตอร์กราฟิกที่มีลักษณะเหมือนจริงได้อย่างแท้จริง

ในอดีตการติดตามรังสีนั้น จำกัด อยู่ที่โครงการกราฟิกคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่เช่นภาพยนตร์ CG CG ตอนนี้พบได้ในเกมพีซีและในไม่ช้าเกมคอนโซลรุ่นต่อไป

เพื่อให้เข้าใจว่าทำไมคนจำนวนมากถึงตื่นเต้นเราต้องเปรียบเทียบกราฟิกที่ตรวจสอบย้อนหลังกับวิธีการเรนเดอร์กราฟิกที่ใช้กันมาจนถึงปัจจุบัน : rasterization

<รูป class = "จัดตำแหน่งศูนย์ใหญ่ - ใหญ่">

การแรสเตอร์เทียบกับการติดตามเรย์

กราฟิกคอมพิวเตอร์แบบเรียลไทม์สมัยใหม่ดูน่าทึ่ง! มันยากที่จะจินตนาการว่ามันจะเกี่ยวอะไรกับกราฟิก 3D พื้นฐานเมื่อยี่สิบหรือสามสิบปีที่แล้ว ความจริงก็คือคอนโซลเช่น Playstation 1 และ เพลย์สเตชั่น 4 ปัจจุบันใช้วิธีการพื้นฐานในการเรนเดอร์กราฟิก 3D แล้ววางลงบนหน้าจอ 2D ของคุณ

สิ่งนี้เรียกว่า แรสเตอร์"แรสเตอร์" เป็นภาพที่แสดงเป็นตารางพิกเซลซึ่งเป็นสิ่งที่หน้าจอของคุณแสดง Rasterizationเป็นกระบวนการแปลงฉาก 3 มิติเป็นภาพ 2D บนหน้าจอ

ต้องทำสิ่งนี้เนื่องจากฉาก 3 มิตินั้นเป็น 3D มันมีความลึกดังนั้นวัตถุเสมือนสามารถเคลื่อนผ่านและมองจากมุมมองใดก็ได้ ในกระบวนการของการแรสเตอร์คอมพิวเตอร์จะต้องค้นหาว่าฉากนั้นจะเป็นอย่างไรถ้าหน้าจอของคุณเป็นหน้าต่างสู่โลก 3 มิตินั้น

<รูป class = "aligncenter size-large">

ในชีวิตจริงฉากนั้นมีพื้นผิวและ แสงเช่นเดียวกับรูปร่างความลึกและขนาด เนื่องจากแสงจำลองได้ใช้พลังงานคอมพิวเตอร์มากกว่าคอมพิวเตอร์ในบ้านทั่วไปจึงโปรแกรมเมอร์ได้สร้างเทคนิคและทางลัดเพื่อสร้างบางสิ่งที่ดูใกล้เคียงกับแสงสีและพื้นผิวจริง ๆ โดยใช้กระบวนการแรสเตอร์นี้

Ray การติดตามคือในทางเดียวง่ายกว่ามาก แทนที่จะพยายามใช้กลวิธียาว ๆ เพื่อสร้างภาพลวงตาของ ight จริงมันจำลองแสงจริงแทน ตอนนี้เมื่อคอมพิวเตอร์ต้องคิดออกว่าฉากจะมีลักษณะอย่างไรเมื่อมองผ่าน "หน้าต่าง" ของหน้าจอของคุณมันเพียงแค่เรียกใช้การจำลองการติดตามเรย์และมันก็ใช้ได้จริง

ในโลกแห่งความเป็นจริง แสงที่ส่องผ่านดวงตาของคุณทำให้ทุกสิ่งที่คุณมองไปเห็นนั้นมาถึงจอประสาทตาของคุณ การติดตามรังสีทำให้ได้ผลลัพธ์เดียวกันในวิธีที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น มันทำได้โดยการถ่ายภาพ "รังสี" ของแสงจาก "กล้อง" และปล่อยให้มันกระเด้งไปมารอบ ๆ ฉากเสมือนจริงเก็บข้อมูลสีและความสว่างของทาง หน้าจอของคุณแสดงถึงดวงตาเสมือนจริงดังนั้นคุณจึงเห็นโลกเสมือนจริงที่สมจริง

<รูป class = "จัดตำแหน่งศูนย์ใหญ่ - ใหญ่">

เมื่อใช้การติดตามรังสีเทคนิคเดียวสร้างวัตถุการสะท้อนแสงเงาและองค์ประกอบอื่น ๆ ของฉากที่ดูสมจริง ความสมจริงนั้นเกิดขึ้นตามธรรมชาติจากการจำลองไม่มีเทคนิคหรือทางลัดใด ๆ !

ตำแหน่งที่จะสัมผัสกับการติดตามเรย์

หากคุณต้องการดูการติดตามเรย์ ในทางปฏิบัติสิ่งที่คุณต้องทำคือดูภาพยนตร์สมัยใหม่ที่ใช้กราฟิกที่สร้างจากคอมพิวเตอร์ หากคุณดูภาพยนตร์ CG เช่น Toy Story 4 ทุกสิ่งที่คุณเห็นคือผลิตภัณฑ์ที่มีการติดตามรังสี

หากคุณต้องการสำรวจโลกที่มีการตรวจจับรังสีแบบอินเทอร์แอคทีฟปัจจุบันมีเพียงหนึ่งเกมในเมืองเท่านั้น ชุด RTX ของ Nvidia GPU พร้อมกับวิดีโอเกมและแอพที่สนับสนุนเทคโนโลยีนี้ คุณสามารถเรียกใช้แอปพลิเคชันการติดตาม ray ด้วยฮาร์ดแวร์ที่ไม่ใช่ RTX ได้ แต่จะไม่ได้ประสิทธิภาพที่ดี อย่าลืมอ่านบทความของเราใน เกมที่ดีที่สุดที่อวดฮาร์ดแวร์ RTX

<รูป class = "aligncenter size-large">

ปัญหาคือฮาร์ดแวร์ RTX ยังคงมีราคาแพง อย่างไรก็ตามเครื่องเล่นวิดีโอเกมรุ่นต่อไปจะมีรูปแบบของการรองรับการติดตามรังสี ซึ่งหมายความว่าโลกของเกมหลักอาจช่วยเปลี่ยนการติดตามเรย์ให้กลายเป็นเทคโนโลยีการเล่นเกมที่สำคัญต่อไป อย่างไรก็ตามหากการติดตามรังสีเป็นเรื่องยากมากในเวลาจริง GPUs ใหม่เหล่านี้จะจัดการกับมันอย่างไร

การติดตามเรย์ตามเวลาจริงเป็นอย่างไร

คอมพิวเตอร์ทุกเครื่องสามารถแสดงฉาก 3 มิติได้โดยใช้การติดตามรังสี ผู้ที่ทำงานกับแพ็คเกจการแสดงผล 3 มิติได้ทำมาหลายปีแล้ว ซีพียูสมัยใหม่ทุกตัวสามารถทำการคำนวณตามจริงที่จำเป็นเพื่อติดตามเส้นทางของแสงรอบ ๆ ฉาก

อย่างไรก็ตาม CPU และ GPU ที่ทันสมัยไม่สามารถกระทืบตัวเลขเหล่านั้นได้อย่างรวดเร็วเพียงพอที่จะสร้างภาพในแบบเรียลไทม์ ตัวอย่างเช่นฟาร์มคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ที่ใช้สร้างภาพยนตร์เช่น Monsters Inc หรือ Toy Story ใช้เวลาหลายชั่วโมงในการแสดงผลเฟรมเดียวของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

วิดีโอเกมที่ทันสมัยต้องสร้างภาพอย่างน้อยสามสิบเฟรมทุกวินาทีเพื่อให้เล่นได้โดยมาตรฐานทองคำตั้งอยู่ที่ประมาณ 60 เฟรมต่อวินาที

<รูป class = "aligncenter ขนาดใหญ่">

ดังนั้น GPU เช่น Nvidia RTX series จะสามารถใช้วิธีการติดตามเรย์ในอัตราเฟรมที่เล่นได้อย่างไร คำตอบคือพวกเขาไม่ได้ใช้การติดตามรังสีสำหรับทุกสิ่ง อย่างน้อยไม่ได้อยู่ในชื่อที่ทันสมัย

เคล็ดลับคือการรวมกราฟิกแบบดั้งเดิมเข้ากับการติดตามเรย์แบบเลือก การ์ด RTX มีฮาร์ดแวร์การติดตามเรย์เฉพาะซึ่งตั้งอยู่ตาม GPU แบบดั้งเดิมมากขึ้น ด้วยวิธีนี้การติดตามรังสีสามารถใช้เพื่อชดเชยข้อบกพร่องบางอย่างของฮาร์ดแวร์กราฟิกดั้งเดิม

มีวิดีโอเกม ที่คุณสามารถเล่นกับการ์ด RTX ที่มีความสมบูรณ์ ray ตรวจสอบ ตัวอย่างที่ดีที่สุดคือ Quake II RTX เกมนี้เป็นวิดีโอเกมอายุหลายสิบปีที่ง่ายพอที่จะทำการติดตามเรย์แบบเรียลไทม์ได้ เมื่อพูดถึงการประยุกต์ใช้การติดตามเรย์แบบบริสุทธิ์กับวิดีโอเกมในปัจจุบันมันจะยังคงเป็นปีก่อนที่ฮาร์ดแวร์ดังกล่าวจะกลายเป็นกระแสหลัก

การติดตามเรย์ในอนาคตหรือไม่

คำตอบสั้น ๆ คือใช่การติดตามเรย์คืออนาคต คำตอบที่ยาวกว่าคือเมื่อฮาร์ดแวร์ที่ทำให้การติดตามเรย์แบบเรียลไทม์มีราคาถูกลงเราอาจเห็นว่ามันแทนที่การเรนเดอร์แบบเดิมทีละนิด หากกราฟิกที่ตรวจจับด้วยรังสีกลายเป็นส่วนปกติของการสร้างคอนโซลใหม่จะไม่มีการย้อนกลับ

นักพัฒนาซอฟต์แวร์สามารถรวมคุณสมบัติการติดตามรังสีในชื่อเรื่องของพวกเขาได้อย่างปลอดภัยเพราะแพลตฟอร์มยอดนิยมทั้งหมดจะสนับสนุน เนื่องจากกราฟิกที่ตรวจจับรังสีได้ดีกว่าดาวจึงได้รับการปรับให้เข้ากับการติดตามเรย์บนฮาร์ดแวร์ราคาไม่แพง ซึ่งหมายความว่าในที่สุด photorealism จริงอาจเป็นที่นี่

เครื่องหมายสำคัญอื่น ๆ ที่การติดตามการฉายรังสีจะกลายเป็นวิธีการเรนเดอร์กระแสหลักคือการรวมอยู่ในเครื่องมือทั่วไปที่นักพัฒนาซอฟต์แวร์ใช้ในการทำวิดีโอเกมและแอปพลิเคชัน 3D อื่น ๆ กล่าวอีกนัยหนึ่งก็ไม่จำเป็นสำหรับนักพัฒนาในการคิดค้นโซลูชันการติดตามเรย์ของตัวเองอีกต่อไป

เอ็นจิ้นกราฟิกที่ได้รับความนิยมเช่น Unreal Engine 4 หรือ Frostbite ตอนนี้มีการรองรับการติดตามเรย์ RTX สำหรับฮาร์ดแวร์ ทำให้มีโอกาสมากขึ้นที่นักพัฒนาซอฟต์แวร์จะรวมเป็นตัวเลือกสำหรับหนังสือของพวกเขา

คุณควรซื้อในการติดตาม Ray ทันทีหรือไม่

ณ เวลาที่ การเขียนเรายังคงอยู่ในฮาร์ดแวร์เรย์การติดตามรุ่นแรก แม้ว่าราคาจะลดลง แต่ประสิทธิภาพก็ยังค่อนข้างปานกลาง หากคุณเป็นผู้ไม่ยอมใครง่ายๆผู้ยอมรับก่อนก็มีเรื่องน่าสนใจมากมายเกี่ยวกับการติดตามเรย์บนพีซี

หากคุณไม่เต็มใจที่จะใช้เงินหลายร้อยหรือหลายพันดอลลาร์ในการยอมรับในช่วงเริ่มต้นการลงทุนในคอนโซลหลักรุ่นต่อไปที่ดีกว่าซึ่งสัญญาว่าจะนำเสนอเทคโนโลยีหรือรอผู้สืบทอดต่อไป การ์ด RTX 20 ซีรี่ส์

Related posts:


1.05.2020