Spinduliavimo sekimas – tai kompiuterinės grafikos atvaizdavimo technika, kuri sukuria vaizdą atsekdama spindulių kelią per sceną. Spinduliai gali sąveikauti su objektais scenoje, atsimušdami nuo jų ir įgydami savybių, pvz., spalvą.
Spindulio sekimas: pagrindai
Spinduliavimo sekimas imituoja realaus pasaulio apšvietimą. Šviesa, kurią matome, yra fotonų, skleidžiamų iš energijos š altinių, pavyzdžiui, saulės, rezultatas. Fotonai gali atšokti ir išsisklaidyti susidūrę su objektais. Veidrodis yra viskas, ko jums reikia, kad pamatytumėte tai veikiant. Šviesa, atsitrenkusi į veidrodį, sukuria atspindį.
Spindulio sekimas tai imituoja. Atsektų spindulių skaičius yra menkas, palyginti su realiu pasauliu, kuriame milijonai fotonų atsimuša per mūsų regėjimo lauką. Šiuolaikiniai žaidimai viename pikselyje atskleidė nuo vieno iki keturių spindulių. Vis dėlto to pakanka, kad būtų galima imituoti tikrąjį pasaulį.
Spindulio kelio atsekimas taip pat leidžia jam sąveikauti su žaidimų pasauliu. Spindulį, kuris atsimuša į raudoną objektą, gali paveikti ta spalva, šalia esanti raudona šviesa. Spinduliai gali išsisklaidyti įvairiais būdais, atsižvelgiant į savybes, kurias žaidimo menininkai suteikia objektams, todėl susidaro tikroviški pusiau atspindintys arba šiurkštūs paviršiai.
Spindulio sekimas yra svarbus žingsnis į priekį 3D grafikos srityje. Jis sukuria tikrovišką vaizdą, imituodamas spindulių kelią, kai jie juda žaidime. Dėl to atsiranda apšvietimas, kuris gali sąveikauti su aplinka net tada, kai žaidėjas to nemato. Norint, kad spindulių sekimas veiktų, nereikia specialiai sukurtos aparatinės įrangos, bet tai praktiška tik naudojant vaizdo plokštę arba žaidimų konsolę, kuri gali pagreitinti spindulių sekimą, nes tai reikalauja daug pastangų.
Ray Tracing vs. Rasterization (arba 3D grafika, kaip žinote)
Vis tiek galite būti sumišę, net jei suprasite šį paaiškinimą. Atspindžių būta ankstesniuose žaidimuose, net ir tuose, kurie dabar yra keli dešimtmečiai. Kuo skiriasi spindulių sekimas?
Ankstesniuose 3D žaidimuose ir daugelyje šiuolaikinių žaidimų naudojamas rastravimas. Rasterizacija sujungia žaidėjui matomus 3D žaidimų pasaulio elementus į 2D vaizdą. Jis pateikia tik tai, kas turėtų būti matoma žaidėjui, nes bet koks našumas, naudojamas generuoti tai, ko žaidėjas nemato, yra švaistomas. Tačiau tai sukelia problemų.
Grįžkime prie veidrodžio pavyzdžio. Žaidėjo aplinka ir žaidėjo veikėjas žaidėjui nematomi (bent jau pirmojo asmens žaidime). Naudojant rastravimą, veidrodis neturi ką atspindėti.
Žinoma, šiuolaikiniuose žaidimuose yra veidrodžių. Jie perteikia sceną du kartus. Vienas perdavimas yra žaidėjo požiūriu, o kitas - iš kitos perspektyvos. Tačiau tai padvigubina našumą, reikalingą scenai atkurti.
Ekrano erdvės atspindžiai – populiarių 3D žaidimų variklių technika – atspindžiui sukurti naudojami ekrano duomenys. Ši technika idealiai tinka atspindintiems paviršiams, esantiems žaidėjo perspektyvos kampu, pavyzdžiui, vandeniui. Tačiau atspindėti objektai išnyksta, jei atspindėtas elementas pasislenka iš ekrano.
Spinduliavimo sekimas neturi bendrų problemų, nes, skirtingai nei rastravimas, jis gali atsekti ne iš žaidėjo perspektyvos.
Be to, žaidimuose, kuriuose spinduliai sąveikauja su paviršiais, spindulių sekimo funkcija gali parodyti tikroviškas spalvas ir pusiau atspindinčius paviršius, kuriuos sunku tvarkyti rastruoti.
Kokios aparatinės įrangos reikia spindulių sekimui?
Spindulio sekimas nėra nauja idėja. Devintojo dešimtmečio pradžioje kompiuterių mokslininkai eksperimentavo su spindulių sekimu, kurdami statiškus vaizdus su tikrovišku apšvietimu, atspindžiais ir šešėliais. Deja, jų pateikimas užtruko valandas.
Vaizdo žaidimui reikia realaus laiko spindulių sekimo 30 kadrų per sekundę ar didesniu greičiu. Tai įmanoma tik naudojant vaizdo plokštę, sukurtą pagreitinti spindulių sekimą.
Nvidia RTX spindulių sekimas remiasi siliciu, vadinamu Tensor Core. Tensor branduoliai yra tik RTX vaizdo plokštėse. „Nvidia“GTX kortelės gali atkurti žaidimą naudojant spindulių sekimą, nes, kaip minėta, spindulių sekimui nereikia specialiai sukurto silicio. Tačiau, palyginti su RTX kortelėmis, našumas yra menkas. O kai kuriems žaidimams, pvz., „Minecraft“su RTX spindulių sekimu, reikalinga RTX vaizdo plokštė, nes jie įgalina spindulių sekimą.
AMD kortelės, kurios pagreitina spindulių sekimą, neturi specifinio prekės ženklo ir neturi tam skirto silicio. Vietoj to jie naudoja aparatūros pakeitimus ir programinės įrangos naujinimus, kad pasiektų geresnių rezultatų. Sunkiau atpažinti AMD korteles, kurios pagreitina spindulių sekimą, todėl atkreipkite dėmesį į detales.
Sony PlayStation 5 ir Xbox Series X ir S turi AMD grafinę aparatinę įrangą, kuri gali pagreitinti spindulių sekimą. Tačiau kūrėjai turi įgalinti, o daugelis žaidimų to nedaro. Ryškus pavyzdys yra „Cyberpunk 2077“, kuri paleidimo metu palaikė RTX spindulių sekimą asmeniniame kompiuteryje, bet nepalaikė spindulių sekimo naujos kartos pultuose. Būsimoje pataisoje ši funkcija žadama naujos kartos konsolėms.
