Након покретања Нвидијине породице Туринг ГПУ-а 2018. године, свет игара забележио је експоненцијални пораст у дискусији о функцији познатој као „Трагање зрака“. Нвидијина тада потпуно нова серија „РТКС“ графичких картица донела је подршку за нешто што се зове „Трагање зрака у стварном времену“ у играма. Већина људи није била сигурна шта је то нова карактеристика и зашто је Нвидиа толико гурала, али су истовремено били узбуђени и заинтересовани за технологију. Раи Трацинг је био толико важан по Нвидији да су сматрали неопходним да се то стави у име производа које су лансирали. Нова ГеФорце „РТКС“ серија картица заменила је старију „ГТКС“ варијанту када су у питању врхунски СКУ-ови попут 60,70,80 и -80Ти СКУ-ова које Нвидиа обично издаје.
Нвидиа ГеФорце РТКС 3080 је једна од најбржих графичких картица које подржавају праћење зрака - Слика: Нвидиа
Нвидијина РТКС 2000 серија графичких картица донела је неколико хардверских промена које су омогућиле подршку за Раи Трацинг у играма. Нове графичке картице засноване на Турингу спаковале су посебна језгра која су била посвећена овом процесу и била су позната као РТ језгра. Сврха РТ језгара била је да се посебно баве свим графичким прорачунима који су били потребни да би се омогућило праћење зрака у реалном времену у играма. Нвидиа је такође допунила картице додатним ЦУДА језгрима како би повећала сирову снагу картица, додајући истовремено и нови сет језгара познат као Тенсор Цорес. Ова језгра су требала да помогну у апликацијама за дубоко учење и АИ, као што је нови облик технике надоградње познат као Супер узорковање дубоког учења. Већ смо детаљно расправљали о дубоком учењу о супер узорковању или ДЛСС Овај чланак , где можете сазнати више о техници повећања на АИ.
Трагање зрака није ново
Иако се на први поглед може чинити да је Раи Трацинг нова технологија коју је покренула Нвидиа, истина је заправо далеко од тога. Да, Нвидиа је била прва компанија која је имплементирала подршку за Раи Трацинг у стварном времену у играма, али то не значи да Раи Трацинг није постојао пре РТКС серије. Вероватно сте уживали годинама, а да то нисте знали ако сте гледали неки новији филм који садржи ЦГИ ефекте.
Трагање зрака већ се користи у другим областима попут филмова - Слика: Нвидиа
Примена у филмовима је додуше мало другачија и много интензивнија од играчке верзије. Велике буџетске продукције имају луксуз да могу да потроше велику количину новца и времена на приказивање тих сцена. Извештено је да су популарни анимирани филмови користили око 1000 суперрачунара за приказивање целог филма са Раи Трацинг ефектима током једног месеца. Такви процеси приказивања великих размера наравно нису изводљиви или могући за просечног играча који жели да игра неке игре са неким ажурираним визуелним приказима, па је верзија Раи Трацинг-а која је присутна у модерним играма прилично различита у примени. Ипак, Раи Трацинг је карактеристика која је присутна у многим производним областима изван игара, а филмови су један од најистакнутијих.
Софтвери за продуктивност које професионалци користе за рад на графички интензивним сценама, као што је Блендер, такође подржавају функције Раи Трацинг. Ови рачунари за графичку графику и софтвер за приказивање користе различите нивое апликације за тражење зрака за производњу фотореалистичних визуелних слика у статичним рендерима и 3Д анимацијама.
Шта је растеризација?
Па зашто је Нвидиа сматрала неопходним да тако сложен процес примени у традиционалне игре? Да ли постоји било каква разлика у процесу праћења зрака у играма како би се оптимизирао за радно оптерећење? Да бисмо разумели механизам који стоји иза Раи Трацинг-а, прво морамо да разумемо механизам којим се игре традиционално приказују. Ово ће нам помоћи да схватимо зашто се Раи Трацинг сматра побољшањем и великим скоком напред у графичкој верности.
Техника која се тренутно користи за приказивање позната је под називом „растеризација“. У овој техници, код игре усмерава ГПУ да црта 3Д сцену помоћу полигона. Ови 2Д облици (углавном троуглови) чине већину визуелних елемената који се приказују на екрану. Након што се сцена нацрта, она се преводи или „растеризује“ у појединачне пикселе који се затим обрађују помоћу наменског сенчења. Схадер додаје боје, текстуре и светлосне ефекте по пикселу да би створио потпуно рендеровани кадар. Ову технику је потребно поновити око 30-60 пута у секунди да би се у играма створили визуални ефекти од 30 фпс или 60 фпс.
Детаљи механизма растеризације - Слика: Медиум.цом
Ограничења растеризације
Иако је растеризација задати начин приказивања у играма већ дуже време, инхерентни процес растеризације има одређена ограничења. Главни проблем растеризације је што ова техника тешко прати тачно како светлост у сцени треба да путује и комуницира са другим елементима сцене. Растеризовано приказивање не даје исте резултате као приказивање Раи Трацед-ом када су у питању светлосни ефекти и целокупно осветљење одређене сцене. Растеризовано приказивање такође понекад може произвести помало нетачне слике у односу на осветљење које заиста могу оштетити потапање у одређеној игри. Због тога се Раи Трацинг сматра супериорним обликом приказивања када је у питању графичка верност, посебно у односу на осветљење.
Шта је тачно Раи Трацинг?
Сад кад смо разговарали о традиционалном облику растеризованог приказивања, разговарајмо о новој примени праћења зрака у реалном времену у модерним играма. Трагање зрака је техника приказивања која ствара слику засновану на виртуелној светлости и начину на који тај извор светлости комуницира са свим објектима унутар виртуелне сцене. Трагање зрака може створити много животнији приказ сцена које искориштавају интеракцију светлости са објектима унутар сцене дајући осећај реализма. Једноставним речима, Раи Трацинг је техника која чини да се светлост понаша у видео играма као у стварном животу.
Раи Трацинг обећава да ће у потпуности поправити визуелне елементе у играма - Слика: Нвидиа
Механизам иза Раи Трацинг-а
Механизам који стоји иза Раи Трацинг-а у играма суштински се разликује од осталих облика Раи Трацинг-а који се већ налазе у другим индустријама, попут филмова. Уместо да прати све милионе зрака који долазе из сваког извора светлости, потрошачко праћење зрака смањује рачунско оптерећење уместо да прати пут од камере који представља перспективу корисника, кроз један пиксел, па до било ког објекта који стоји иза тога пиксел, а затим се коначно вратимо на извор светлости дотичне сцене. Ова техника праћења зрака такође може произвести вишеструке ефекте попут апсорпције, рефлексије, преламања и дифузије светлости, како је одређено објектом који је био у интеракцији са светлошћу у сцени. Алгоритам тражења зрака такође може узети у обзир резултујуће зраке тако да се ефекти рефлексије или сенке приказују тачно.
У Раи Трацинг-у, светлост се у игри понаша као у стварном животу - Слика: Нвидиа
Различити облици праћења зрака
Нису све примене Раи Трацинг-а исте. Разноврсне игре које подржавају Раи Трацинг, сваку од њих имплементирају на нешто другачији начин. На програмеру игре је да повећа или смањи сложеност праћења зрака у игри тако да игра пружа савршену равнотежу перформанси и визуелног квалитета. Од 2020. године већина игара које подржавају Раи Трацинг обично користе Раи Трацинг само за један аспект сцене, за разлику од приказивања целе сцене помоћу самог Раи Трацинг-а. Могуће је, али рачунски трошкови трагања зрака Раиа у целој сцени су астрономски у поређењу са осталим приступима и стога не вреде напора барем сада. Што се тиче писања овог текста, различите примене Раи Трацинг-а које се тренутно користе у играма су:
- Сенке: Најједноставнија и најмање интензивна примена тражења зрака је сигурно повезана са сенкама. Овде се Раи Трацинг користи за савршено приказивање сенки у сцени на основу порекла светлости из извора светлости и положаја самог објекта. Ова техника се највише користи у „Сенци рампера гробница“ за израду детаљније мапе сенки која одговара на промене у окружењу око предмета који производе сенке. Оно што је најважније, кретање и угао извора светлости сада могу да изазову исте промене у насталим сенкама које примећујемо у стварном животу.
- Рефлецтионс: Рефлексије су прилично рачунски интензивније да би се приказивале помоћу Раи Трацинг-а, међутим, Раи Трацед рефлексије изгледају феноменално у модерним играма и вероватно су најзначајније графичко побољшање које се може добити помоћу Раи Трацинг-а. Рефлексије користе извор светлости у сцени за прецизно приказивање рефлексија од рефлектујућих предмета као што су стакло и вода. Једна од најпопуларнијих игара у којима се користе рефлектирани зраци је „Контрола“.
- Оклузија околине: Ово је такође повезано са сенкама и мање-више је везано за исти основни процес. Амбиент Оцлусион користи Раи Трацинг за предвиђање угла и интензитета сенки на основу положаја и смештаја објеката у сцени. Када се добро изведе, Амбиент Оццлусион може додати невероватне детаље и реализам у игру.
- Глобално осветљење: Вероватно рачунално најинтензивнији облик примене Раи Трацинг-а у модерним играма, Глобал Иллуминатион користи Раи Трацинг за тачно приказивање светског осветљења. Ово пружа много реалнији осећај осветљења када је укључено, али такође има и огроман ударац у перформансама због велике количине података који се обрађују. „Метро Екодус“ користи Раи Трацинг како би пружио много реалнији облик глобалног осветљења.
- Пуно праћење путање: Коначно, такође видимо како се појављују неке игре којима је потпуно праћен пут, што у суштини значи да је све Раи Трацед. Сада су ове игре нешто једноставније и мање од осталих игара које су биле мање-више ААА наслови великих компанија, али то не значи да не изгледају импресивно. У ствари, неки могу тврдити да ове игре са потпуним праћењем пута изгледају боље од свих осталих примена Раи Трацинг-а. „Минецрафт РТКС“ и „Куаке РТКС“ су два од наслова који су у потпуности праћени путем доступни у време писања овог текста.
Раи Трацед Рефлецтионс могу бити најпријатнија оку Раи Трацинг-а у играма - Слика: Нвидиа
Шта ми треба за праћење зрака?
Као што је већ поменуто, Раи Трацинг је врло рачунски интензиван задатак, тако да му је потребан одређени врхунски хардвер да би се добро показао. У тренутку писања овог текста, постоји неколико графичких картица и од АМД-а и од Нвидие које подржавају хардверски убрзано праћење зрака. Чак и конзоле компаније Сони и Мицрософт подржавају ову функцију. То мало проширује листу подржаних хардвера:
- Нвидиа ГеФорце РТКС 2000 серија
- Нвидиа ГеФорце РТКС 3000 серија
- АМД Радеон РКС 6000 серија
- Мицрософт Ксбок Сериес Кс
- Сони ПлаиСтатион 5
Имајте на уму да ако АМД третира Раи Трацинг нешто другачије од Нвидие, постоји нешто већа казна за перформансе која се примећује када користите АМД картице за Раи Трацинг. Такође, ако желите да искусите побољшане перформансе користећи Дееп Леарнинг Супер Самплинг, та функција је такође доступна само на Нвидијиним РТКС картицама. АМД наводно ради на функцији сличној ДЛСС-у за своје картице серије РКС 6000, али тренутно је још увек у фази израде у тренутку писања овог текста.
Нвидиа је такође сковала термин „Гига Раис“ како би корисницима пружила идеју о релативним могућностима праћења зрака својих РТКС графичких картица. Нвидиа каже да је 5 гига зрака у секунди минимална количина виртуелног светла идеално потребна за потпуно осветљење типичне собе у окружењу видео игара. ГеФорце РТКС 2070 нуди 5 Гига зрака у секунди, док РТКС 2080 нуди 8 Гига зрака у секунди. РТКС 2080Ти нуди огромних 10 гига зрака у секунди. То је донекле произвољна јединица, па би је требало користити генерално само за показивање релативних очекивања од учинка.
Губитак перформанси и ДЛСС
Као што је до сада видљиво, највећи недостатак Раи Трацинг-а је погодак у перформансама због велике количине наменских рачунања која треба обавити у процесу. У неким играма је погодак перформанси толико велик да може одвести игру до фрејмова који се више не може играти. Учинак перформанси је још већи у играма које користе сложеније имплементације Раи Трацинг-а, попут Рефлецтионс, Глобал Иллуминатион или Фулл Патх Трацинг.
Наравно, Нвидиа је размишљала о овој ситуацији кажњавања перформанси, а такође је развила нову технику надокнаде познату као Супер узорковање дубоког учења. Ова техника названа ДЛСС објављена је заједно са Нвидијином серијом РТКС 2000 још 2018. Већ смо детаљно истражили ДЛСС у Овај чланак , али суштина ове технологије је у томе што приказује слику у нижој резолуцији, а затим паметно и методично увећава слику како би се подударала са излазном резолуцијом, пружајући изузетно супериорне перформансе у односу на изворни приказ. ДЛСС је одличан механизам компензације за губитак перформанси Раи Трацинг-а, али се такође може користити без Раи Трацинг-а да би пружио још већи број сличица у секунди и много боље искуство.
Значајно повећање перформанси у контроли када је ДЛСС УКЉУЧЕН - Слика: Нвидиа
Највећа предност ДЛСС-а је што користи дубоко учење и АИ за надоградњу слике тако да постоји мала или никаква разлика у визуелној јасноћи између изворне и надограђене слике. Нвидиа користи језгре Тенсор на својој РТКС серији картица како би убрзала ДЛСС процес, тако да се ово израчунавање повећања може извршити темпом игре која се приказује. Ово је заиста узбудљива технологија за коју бисмо желели да се даље развија и постаје боља него што је сада.
Будућност праћења зрака
Трагање зрака у играма тек почиње и можемо са сигурношћу рећи да је ту да остане. АМД је управо објавио њихов прва линија карата која подржава пуњење зрака у реалном времену са серијом РКС 6000 , а ПлаиСтатион 5 и Ксбок Сериес Кс такође имају подршку за Раи Трацинг. Тренутне препреке које треба превазићи укључују губитак перформанси и мали број игара које то подржавају. Тренутне игре које подржавају Раи Трацинг у време писања овог текста укључују:
- Усред зла
- Бојно поље В.
- Бригхт Мемори
- Цалл оф Дути: Модерн Варфаре (2019)
- Цалл Оф Дути: Блацк Опс Цолд Вар
- Контрола
- Црисис Ремастеред
- Испоручи нам Месец
- Фортните
- Гхоструннер
- Правда
- Мецхварриор В: Плаћеници
- Метро Екодус
- Минецрафт
- Моонлигхт Бладе
- Пумпкин Јацк
- Куаке ИИ РТКС
- Схадов оф тхе Томб Раидер
- Останите у светлости
- Ватцх Догс Легион
- Волфенстеин: Иоунгблоод
У међувремену, Нвидиа је потврдила да ће следећи наслови такође подржавати Раи Трацинг када изађу:
- Атомско срце
- Циберпунк 2077 (лансирање)
- Умируће светло 2
- Доом Етернал
- Увршћен (новембар затворена бета)
- ЈКС3
- Мортал Схелл (новембар)
- Посматрач: Систем Редук
- Спремни или не (лансирање са раним приступом)
- Ринг Оф Елисиум (лансирање)
- Синхронизовано: ван планете
- Тхе Витцхер ИИИ
- Вампир: Маскенбал - Крвне линије 2
- Ворлд Оф Варцрафт: Схадовландс (новембар)
- Мач Ксуан-Иуан ВИИ (лансирање)
Предстојеће игре које подржавају РТКС и ДЛСС - Слика: Нвидиа
Иако се ове можда не чине као многе игре, то представља почетак у правцу где би претежни облик приказивања могао бити Раи Трацинг. Што се тиче перформанси, заиста је тешко предвидети да ли ће се хит за перформансе Раи Трацинга мало смањити или не. Оно што је разумно очекивати, јесте да се ДЛСС побољша и понуди довољну надокнаду за губитак перформанси који настаје укључивањем Раи Трацинг-а. Од тренутка писања овог списка, листа игара које подржавају ДЛСС ни на који начин није пространа, али је добар почетак имајући на уму да је Нвидиа најавила ДЛСС подршку и за неколико предстојећих игара. Ево свих игара које тренутно подржавају Дееп Леарнинг Супер Самплинг:
- Химна
- Бојно поље В.
- Бригхт Мемори
- Цалл Оф Дути: Блацк Опс Цолд Вар
- Контрола
- Смрт насукавање
- Испоручи нам Месец
- Ф1 2020
- Финал Фантаси КСВ
- Фортните
- Гхоструннер
- Правда
- Марвелови осветници
- Мецхварриор В: Плаћеници
- Метро Екодус
- Минецрафт
- Ловац на чудовишта: Свет
- Схадов оф тхе Томб Раидер
- Ватцх Догс Легион
- Волфенстеин Иоунгблоод
Као што сте могли приметити, већина игара које подржавају ДЛСС су наслови који такође имају неки облик подршке за Раи Трацинг. Ово нуди додатну потврду теорији да је ДЛСС развијен и објављен углавном као компензациона технологија за ублажавање огромног губитка перформанси у Раи Трацинг-у. ДЛСС је ипак озбиљно импресивна технологија, јер је Нвидиа објаснила да користи суперрачунаре за извођење сложених прорачуна који обучавају алгоритам који Тенсор језгра унутар Нвидиа ГПУ-а прате. Баш као и Раи Трацинг, очекује се да ДЛСС долази и у више игара:
- Усред зла
- Атомско срце
- Граница
- Циберпунк 2077 (лансирање)
- Едге Оф Етернити (новембар)
- ЈКС3
- Мортал Схелл (новембар)
- Моунт & Бладе ИИ Баннерлорд (новембар)
- Спремни или не (лансирање са раним приступом)
- Чистачи
- Вампир: Маскенбал - Крвне линије 2
- Мач Ксуан-Иуан ВИИ (лансирање)
ДЛСС, у комбинацији са Раи Трацинг-ом, изгледа да је будућност индустрије игара од 2020.
Листа игара које подржавају ДЛСС 2.0 наставља да расте - Слика: Нвидиа
Закључак
Растеризација је техника која се већ дуже време користи за претварање 2Д равни полигона у 3Д слику на екрану у играма. 2018. године, Нвидиа је представила серију графичких картица РТКС 2000 са потпуном подршком за праћење зрака у реалном времену у играма, техником која користи сложене прорачуне за тражење зрака светлости у сцени како би створила тачне приказе како би светлост у интеракцији објекти у сцени. Ово је свет игара однео неочекиваном олујом и цела индустрија је Раи Трацинг ставила као свој примарни фокус у будућности.
Од тренутка писања овог чланка, Нвидиа је објавила још једну генерацију графичких картица које додатно побољшавају њихове перформансе трагања зрака, док су и АМД и конзоле најавили пуну подршку за ову функцију. Нвидиа је такође побољшала своју технику дубоког учења Супер Самплинг која користи АИ и Дееп Леарнинг за паметно увећавање слике која је приказана у нижој резолуцији како би надокнадила губитак перформанси услед праћења зрака.
Чини се да је Раи Трацинг ту да остане, и иако почетни број наслова који подржавају функцију није опсежан, најављује се све више наслова који имају потпуну подршку за Раи Трацинг у стварном времену. Сада је на програмерима да фино прилагоде Раи Трацинг функције у својим предстојећим играма, као и да повећају број наслова који подржавају ову функцију. Нвидиа и АМД такође имају одговорност да свој хардвер оптимизују за ову функцију тако да играчи не би морали да доживе поразни губитак перформанси кад год желе да укључе Раи Трацинг.
