Kas ir staru izsekošana, un vai tā patiešām ir spēļu nākotne?

(Attēla kredīts: Nvidia)

Ja pēdējo pāris gadu laikā esat bijis spēļu industrijā un ap to, jūs esat dzirdējuši par staru izsekošanu. Ir daudz runāts par to, kā staru izsekošana atspoguļo spēļu nākotni, un nākotnes aparatūrai noteikti būs jāiekļauj īpaši resursi, lai to apstrādātu. Bet kas ir staru izsekošana, un vai milzīgais ažiotāžas burbulis, kas lēnām izplešas ap to, ir pamatots?

Viena no norādes uz apstiprinošu ir Marka Cernija paziņojums a Vadu funkcija ka Sony nākamā konsole atbalstīs staru izsekošanu, izmantojot pielāgoto AMD Navi GPU. Viņš pat ieviesa interesantu kroku - konsole varēs izmantot staru izsekošanu ne tikai vizuālo efektu iegūšanai, bet arī pozicionālā audio simulācijai.

Gaismas un ēnas pasaule

Tāpat kā jebkura jauna, uz patērētājiem orientēta tehnoloģija, staru izsekošana ir daļēji apmulsināta ar visiem mārketinga buzzwords, kas rodas no cilvēkiem, kuri ir ieinteresēti to pārdot. Patiesība ir tāda, ka staru izsekošana patiesībā nav nekas jauns, tas ir paņēmiens, ko filmu studijas gadiem ilgi ir izmantojušas specefektos un animācijā, lai apgaismotu ainas un nodrošinātu pareizu digitālo objektu atspulgu. Vai atceraties, ka filmā The Avengers redzējāt tos eksplodējošos citplanētiešu karakuģus, kas vainagojās ar dūmiem un uguni, kas atspoguļojās Dzelzs vīra ķiverē? Tā ir staru izsekošana darbā. Jaunums ir solījums veikt šāda veida renderēšanu reāllaikā. Tas ļauj videospēlēm ātri sasniegt to, kas nepieciešams Holivudas renderēšanas fermu dienām vai pat nedēļām, balstoties uz ļoti dārgu aparatūru, lai aprēķinātu staru izsekošanu sarežģītām ainām ar miljoniem atsevišķu fotonu staru.

Staru izsekošana darbojas, simulējot gaismas starus un veidus, kā tie mijiedarbojas ar objektiem un virsmām. Tas modelē, kā apgaismojums ietekmē krāsu vai oklūziju, pamatojoties uz katru staru. Iepriekš apgaismojums tika apstrādāts rastrizācijas laikā, kas ir process, kurā 3D daudzstūra modeļus pārveidoja 2D attēlā, kas veidots no pikseļiem. Apgaismojuma efekti lielākoties tika “viltoti”, dzinējam nosakot, kā gaismas avoti ainā teorētiski ietekmēs virsmas, pamatojoties uz izvietojumu un attiecīgi ēnojot/krāsojot šīs virsmas pikseļus. Tas ir skaitļošanas ziņā efektīvs, tāpēc tam nav nepieciešama tik smieklīgi jaudīga, īpaša aparatūra, kāda tradicionāli ir staru izsekošanas funkcijai, taču tai ir vairāki ierobežojumi.

Labākās grafiskās kartes datorspēlēm

Mūsu apkopojums par labākās grafikas kartes datorspēļu spēlēšanai, lai darbinātu modernus trīskāršās A spēles par vislabākajām cenām, ko varat atrast jebkur.

Izmantojot staru izsekošanu, izstrādātāji var simulēt to, kā gaisma darbojas reālajā pasaulē, kas nav iespējams rastra risinājumos. Tas nozīmē, ka ainas izskatās dabiskāk izgaismotas un reālistiskākas, kā arī tas nozīmē, ka gaismas avoti vai atstarojoši objekti, kas neatrodas kadrā, joprojām var tikt precīzi atspoguļoti redzamajā ainā. Piemēram, ārpus ekrāna esošās granātas sprādziens joprojām ir redzams spožajā Abrams tanka metāla korpusā, kas ripo pretī jūsu varonim, un var precīzāk atveidot citu karavīru ēnas, kuras pašlaik nav kadrā.

Staru izsekošana darbojas, sekojot gaismas staram no ekrāna pikseļa atpakaļ uz 3D ainu un izsekojot, kur un vai tas mijiedarbojas ar objektiem pirms gaismas avota sasniegšanas. Ja tas ietriecas objektā vai atspīd starp vairākiem objektiem vai pat laužas, izejot cauri stiklam vai ūdenim, šie dati tiek attēloti pikselī gaismas un krāsas izteiksmē.

Skaņas dizainā ir iespējams izmantot arī staru izsekošanu, kā iesaka Marks Cerny, it īpaši, ja meklējat ātrāku un tīrāku risinājumu, nekā nodrošina tradicionālās metodes. Ja skaņas viļņus uztverat kā daudz mazākus starus, varat tos modelēt līdzīgi kā staru izsekošanas modeļi rada gaismu, zīmējot tos no avota līdz gala lietotājam un novērtējot, kur tie mijiedarbojas ar objektiem vidē. Grūtības rada tas, ka skaņas viļņi parasti ir daudz lielāki par gaismas viļņiem, sasniedzot pat desmit metrus vai lielākus, savukārt gaismas viļņa garums tiek mērīts nanometros, tāpēc to modelēšana kā stari neizbēgami radīs neprecizitātes. Tomēr tas noteikti ir iespējams un būtu skaitļošanas ziņā efektīvāks nekā vairums alternatīvu risinājumu.

Aparatūras stāstījums

Staru izsekošana programmā Metro Exodus; ir iespējots pareizajā attēlā, tas visspilgtāk izpaužas atspīdumos uz sniega un ūdens

Visticamāk, ka jūs pirmo reizi dzirdējāt par staru izsekošanu (neskatoties uz to, ka to jau gadiem ilgi redzējāt ekrānā filmās), kad Nvidia sāka reklamēt savas RTX 20 sērijas karšu staru izsekošanas iespējas. Nvidia radīja milzīgu troksni par to, kā tās RT kodoli ļautu nākamās paaudzes GPU pirmo reizi nodrošināt neticamu reāllaika staru izsekošanu videospēlēm. Lielākoties tas bija triks, lai attaisnotu jauno karšu ārkārtīgi augstās cenas, taču tas nebija viss mārketinga ažiotāža — tas bija diezgan pārsteidzošs, neticams tehnisks sasniegums, ļaujot spēļu datori lai paveiktu reāllaikā to, kas tām Holivudas studijām prasīja vairākas kārtas ilgāk.

Šo 20. sēriju karšu uztveršana ir bijusi neviennozīmīga, un pārdošanas apjomi ir bijuši mēreni, taču, iespējams, vēl svarīgāk ir tas, ka Nvidia dominējošais stāvoklis “staru izsekošanas spēlēs” stāstā ir sācis paslīdēt. Ir bijuši vairāki klupšanas akmeņi, no kuriem pirmais un svarīgākais ir tas, cik maz spēļu pašlaik atbalsta staru izsekošanu un kā tas pat tajos nosaukumos, kas atbalsta, nerada uzkrītošu, uzreiz pamanāmu ietekmi uz grafiku un prezentāciju. Tas, protams, nav liels pārsteigums — lielākajai daļai jauno grafikas tehnoloģiju, piemēram, nesenajai HDR renesansei, ir vajadzīgs zināms laiks, lai tās pareizi ieviestu un ieviestu, taču šķiet, ka Nvidia bija pārāk tālu priekšā. līkne, un tas ir sācis zaudēt savu staru izsekošanas priekšrocību.

Vispirms bija ziņas, ka RTX kartes nav nepieciešamas staru izsekošanas veikšanai, kā to pierāda a CryEngine demonstrācija . Pēc tam pati Nvidia paziņoja, ka tā papildina GTX līniju ar Tjūringa tehnoloģiju, bet bez īpašas staru izsekošanas aparatūras, un visbeidzot, ka tā piedāvā staru izsekošanas atbalsts GTX kartēm izmantojot draivera atjauninājumu. Un tagad plaši izplatās baumas, ka AMD drīzumā sāks ieviest savas kartes īpašs staru izsekošanas atbalsts kas veiktspējas ziņā varētu atbilst vai pārsniegt RTX līniju. Tā kā tiek ziņots, ka AMD sadarbojas gan ar Sony, gan Microsoft pie nākamās paaudzes konsolēm (visticamāk, nodrošina atsevišķas, pielāgotas savas Navi arhitektūras versijas), vārds, ka AMD mikroshēmās drīz tiks iesaiņota speciāla aparatūra staru izsekošanas atbalstam, nozīmē, ka nākamās paaudzes konsoles, visticamāk, būs arī pieejamas. lēkt uz RT bandwagon.

Izgaismo ceļu uz priekšu

Staru izsekošana Remedy Northlight dzinējā

Tas viss nav lieliskas ziņas Nvidia, vismaz īstermiņā, bet lieliskas ziņas staru izsekošanas entuziastiem. Plašāks aparatūras atbalsts nozīmē, ka darbs pie staru izsekošanas tehnoloģijas izveides spēlēs izstrādātājiem izskatīsies daudz pievilcīgāks, jo būs auditorija, kas varēs novērtēt rezultātus. Un pat Nvidia gadījumā, kad staru izsekošana kļūst arvien izplatītāka, pieaugs arī tās RTX aparatūras pārdošana, it īpaši, ja uzņēmums spēj saspiest cenas, lai paātrinātu galveno pārdošanu.

Tās ir arī labas ziņas spēlētājiem kopumā. Iespējams, ka šobrīd staru izsekošana praktiski neizraisa milzīgus viļņus, lielā mērā tāpēc, ka pašreizējais atbalsts šķiet nedaudz sasteigts vai uzvilkts, taču, tā kā mēs redzam spēles, kas veidotas no lēciena, paturot prātā staru izsekošanas atbalstu, gala produkti sāks izskatīties. daudz iespaidīgāks. Neskaitāmās demonstrācijās, vispirms no Nvidia un tagad no CryEngine un Unity (spēļu dzinējs, kurā nesen tika iekļauti staru izsekošanas rīki), mēs esam redzējuši staru izsekošanas potenciālu, un, pareizi ieviesti, tas ir tik satriecošs, kā mārketings varētu ticēt.

Ņemiet vērā, ka staru izsekošana ir vairāk HDR nekā 3D. Tā nav viltīga, moderna tehnoloģija, kas nespēs nostiprināties un izbeigt sarunu mazāk nekā gada laikā. Tā patiešām ir svarīga spēļu nākotnes sastāvdaļa, lai nodrošinātu, ka nākamās spēļu paaudzes izskatās tuvāk realitātei nekā jebkad agrāk, un iespēja to nodrošināt reāllaikā patiešām ir satriecošs jauninājums. Tā ir neizbēgama, un galvenais jautājums par staru izsekošanu ir mazāks par “ja”, nevis “kad”.