Высокоуровневое обнаружение усиливает тени от солнца и добавляет их к объектам, которые изначально не были отрисованы. Это заметно по зазорам между камнями и вокруг механизма, с помощью которого вращается героиня. Контуры теней более четкие и правильные.
Лучи счастья — просто о трассировке лучей
Выпуск игровых видеокарт NVIDIA на базе архитектуры Turing вызвал множество вопросов, и даже сразу после выхода «улучшенных» моделей многие из них остаются актуальными. Недорогие видеокарты этой серии еще не анонсированы, а цены на RTX 2080 Ti, 2080 и 2070 остаются очень высокими. В то же время большинство игр, которые могут наглядно продемонстрировать основные возможности нового поколения видеокарт, еще не вышли (Atomic Heart) или их поддержка появится только в будущем (Shadow of the TombRaider).
В этой статье мы рассмотрим, почему именно поддержка обнаружения лучей вызвала столько путаницы с новыми видеокартами, а не другие инновации, такие как память GDDR6, VirtualLink, NVLink и 8KHEVC.
В чём идея трассировки лучей?
Суть технологии звучит очень просто. Он отслеживает взаимодействие между лучами света и поверхностями, на которые попадают эти лучи. В результате они могут отражаться, преломляться или проходить сквозь них.
NVIDIA представила возможности трассировки лучей в реальном времени на gamescom, используя Battlefield V в качестве примера.
Как видите, главное отличие в том, что огненные отблески появились на других объектах. Эти отражения появились в результате выстрелов из пушки «Колесница». Это означает, что добавлен новый источник света, лучи которого отражаются от блестящего кузова автомобиля, остальной части колесного диска и выбоины. И какими бы странными ни были такие костры, даже на фоне предыдущих доз Battlefield, сам эффект маячка был представлен очень наглядно и увлекательно.
Но чтобы лучше понять спектр инноваций, которые могут ожидать нас в будущем, давайте вкратце познакомимся с историей.
Как родилась технология?
Сама идея определения радиуса не нова, но успешно используется в моделировании, а точнее, в визуализации и рендеринге.
Все началось с рэйкастинга, который был создан для расчета гамма-лучей, то есть для изучения радиации. Первая версия представления была опубликована в 1968 году ученымАртур Аппель. (Артур Аппель.) Суть этого метода заключается в создании лучей из точки наблюдения (по одному лучу на пиксель) и поиске ближайшего объекта, препятствующего дальнейшему распространению. На основе этих данных с помощью графических компьютерных алгоритмов определяется затенение объекта. Сам термин raycasting появился только в 1982 году.
Это был метод луча, использованный для создания компьютерной графики в фильме «Трон» 1982 года.
Следующая веха началась в 1979 году. Тот факт, что алгоритм для метания световых лучей отслеживал путь луча от наблюдателя до столкновения с объектом. УченыеТернер Уиттед. (Turner Witteed) продолжил процесс. Его алгоритм позволяет лучу после попадания на поверхность создавать три новых типа лучей: отраженный, преломленный и затененный. Поэтому можно понять, что обнаружение лучей представляет собой более сложную серию задач, которые не только используют приведение лучей для определения пересечения луча и объекта, но и вычисляют вторичные и третичные лучи, которые могут быть применены к лучу. Коллекции. Они необходимы для расчета отраженного или рассеянного света.
В начале 1980-х годов группа преподавателей и студентов университета Осаки создала Links-1 — компьютер, работающий на микропроцессоре 514. Устройство было разработано для создания трехмерной графики с помощью обнаружения лучей. В 1985 году на стенде Fujitsu на Международной выставке в Цукубе (Япония) была представлена первая видеозапись планетарного зала, полностью спроектированного с помощью Links-1.
В 1984 году была представлена система моделирования BRL-CAD, разработанная Лабораторией баллистических исследований США. Три года спустя для этой цели были введены лучевые трассировщики, один из которых был хорошо оптимизирован. Общая эффективность достигала нескольких кадров в секунду, но это было достигнуто при использовании нескольких общих движков памяти. Сам BRL-CAD в настоящее время считается открытым исходным кодом и время от времени обновляется.
В этой статье мы рассмотрим, почему именно поддержка обнаружения лучей вызвала столько путаницы с новыми видеокартами, а не другие инновации, такие как память GDDR6, VirtualLink, NVLink и 8KHEVC.
Что такое Трассировка лучей или Ray tracing?
Определение лучей, или иначе трассировка лучей, — это способ выполнения видеоигр, который более точно имитирует отражение света от объектов, создавая более реалистичные тени, отражения и эффекты освещения.
Исследования в области обнаружения лучей и искусственного интеллекта, а также их применение в графике впервые обсуждались в 1980-х годах. Проблема, однако, заключалась в недостаточной вычислительной мощности процессоров того времени. Потребовались десятилетия, чтобы заполнить этот пробел и воплотить идеи прошлого с помощью видеочипов, таких как Nvidia Turing.
Принципы работы
Фактически, все наше поле зрения является результатом падения света на объекты, которые мы видим. Различные степени поглощения, отражения и преломления света от этих объектов формируют изображение человеческого глаза.
Обнаружение лучей — это, как следует из названия, обратный процесс. Это метод создания компьютерных изображений путем «обнаружения» пути света от большого глаза или камеры к объекту изображения.
Алгоритм обнаружения лучей учитывает как тип материала, так и источник света. Например, два баскетбольных мяча одного цвета не будут выглядеть одинаково, если один из них сделан из кожи, а другой — из резины. Предметы на пути лучей света отбрасывают тени. Прозрачные или полупрозрачные материалы, такие как стекло или вода, преломляют свет.
Чтобы понять, как работает обнаружение световых лучей, представьте сетку диаграмм в виде экрана компьютера. Для иллюстрации сцены из современной видеоигры компьютер показывает трехмерный виртуальный мир игры на экране, который находится на двухмерном уровне. Таким образом, компьютер должен определить цвет каждого пикселя на экране.
Процесс начинается с того, что на сторону наблюдателя проецируется один или несколько лучей, которые управляют пересекающимися треугольниками (структурные элементы виртуальных объектов в компьютерной графике). Когда луч пересекает треугольник, алгоритм использует такие данные, как цвет треугольника и дистилляция наблюдателя, для вычисления конечного результата — цвета пикселя.
Более того, лучи могут отражаться от треугольников или на них, создавая все новые и новые лучи. Это также следует принимать во внимание. Чем больше лучей, тем выше качество изображения и тем больше требуется вычислительных ресурсов.
Как включить трассировку лучей в игре?
Одной из первых игр, поддерживающих обнаружение лучей, была самостоятельная игра Minecraft.
Вот как включить или выключить трассировку лучей в настройках игры
- Запустите игру через Microsoft Store, нажав кнопку Play;
- Нажмите на пункт Marketplace в главном меню Minecraft;Кликните по лупе в строке поиска и введите «RTX»;
- Выберите любой из официальных пакетов RTX от Nvidia и установите его;
- Вернитесь в главное меню и нажмите «Играть»;
- Нажмите «Создать» и выберите один из шаблонов RTX World;
- После загрузки нажмите ESC и перейдите в «Настройки» и «Видео»;
- Прокрутите страницу вниз и убедитесь, что ползунок напротив пункта «Ray Tracing» находится в активном состоянии.
В зависимости от модели видеокарты, расстояние по умолчанию для обнаружения лучей может быть меньше 24. Этот параметр следует изменить, чтобы изменить расстояние трассировки лучей и найти баланс между качеством графики и ритмом.
Производительность освещения является самым важным, но и самым требовательным ресурсом в части обнаружения лучей. В процессе работы алгоритм отслеживает всю сцену пиксель в пиксель, контролируя все преобразования и учитывая даже малейшие изменения освещенности.
Что такое трассировка лучей в играх
Суть обнаружения лучей заключается в определении пути, пройденного любым лучом света от человеческого глаза до источника света. Как уже упоминалось выше, существует бесчисленное множество лучей света, «перепрыгивающих» с одного объекта на другой, и обработка этой информации — огромная задача для компьютеров. Например, расчет реалистичного освещения путем обнаружения лучей света в мультипликационном фильме обычно занимает несколько дней или даже месяцев. Поэтому этот метод не может быть использован в компьютерных играх, так как видеокарта должна была бы обеспечивать до 60 кадров в секунду, каждый кадр с идеальным освещением.
Благодаря развитию графических процессоров, таких как новейшая серия NVIDIA RTX, обнаружение RAY используется во все большем количестве игр. До тех пор 3D-изображение выполняется путем ржавления, что является более простым методом (хотя сам процесс получения изображения все еще очень сложен).
Что такое растеризация?
Во время ржавления создается трехмерный объект с использованием миллионов многоугольников и треугольников. Каждый многоугольник или треугольник содержит информацию о своем положении, цвете, текстуре и ориентации. Все треугольники, составляющие модель, преобразуются в пиксели определенного цвета и переводятся на плоский экран. Для улучшения качества изображения используются дополнительные методы преобразования трехмерных объектов в двухмерное изображение на экране. Во-первых, это затенение. Это предполагает изменение цвета треугольников в зависимости от того, как на них падает свет и как текстура объекта взаимодействует со светом. Как будто на 3D-модель наносится слой цвета, соответствующий определенному эффекту осветления. Информация о глубине также хранится в специальных разделителях, чтобы компьютер мог определить, какие части объекта видны на экране, а какие скрыты от других поверхностей или объектов и поэтому не видны. Все это звучит очень сложно, но на самом деле все очень просто. Рационализация — это процесс определения наилучшего цвета для треугольника в зависимости от эффектов освещения, положения треугольника, цветовых и текстурных расчетов. Вся эта информация о треугольнике преобразуется в пиксели на экране. Экран играет роль художника, который закрашивает определенные участки экрана, используя данные Расти.
 |
При рендеринге методом трассировки лучей изображение получается путем отслеживания пути, который луч света проходит от окна просмотра (т.е. монитора) до каждого объекта, от которого он отражается, вплоть до источника этого луча. Во время отслеживания траектории лучей компьютер будет способен симулировать все эффекты их взаимодействия с различными поверхностями. Отражение, рефракция, тени на различных текстурах (гладких, грубых, прозрачных, цветных) – все это принимается в расчет. Результат – гораздо более реалистичное отображение света и тени по сравнению с растеризацией. Хотя существует множество приемов, которые применяются для искусственного повышения реализма игровых сцен, трассировка лучей продолжает оставаться самым полноценным решением.
Можно задаться вопросом, почему лучи направляются от проекционного окна к источнику света, а не наоборот. Если целью 3D-изображения является имитация реального мира, будет ли менее реалистичным визуализация лучей от источника? Причина этого — эффективность. Источник света испускает бесчисленное количество лучей света, и компьютер должен обрабатывать этот объем в течение нескольких дней, а то и месяцев. Однако не все лучи света достигают окна. Другими словами, мы их не видим, поэтому их вычисление было бы пустой тратой времени. Во время игры окно предсказания постоянно меняется, так как игровой персонаж постоянно движется, но до него доходит не так много лучей света. Поэтому обнаружение «обратных» лучей из окна проекции для расчета только того, что видит пользователь, является более эффективным в использовании ресурсов компьютера.
Как давно используется трассировка лучей?
 |
Трассировка лучей вот уже много лет используется во множестве областей, включая киноиндустрию, архитектуру, дизайн интерьеров. Если вы – геймер, то, вероятно, обратили на нее внимание лишь после выпуска новейших видеокарт NVIDIA серии RTX, в которых реализована поддержка этого метода. С развитием видеокарт мы будем видеть все больше игр, использующих трассировку лучей для создания реалистичного изображения. Для тех, кто желает получить максимум уже сегодня, самое время приобщиться самим к этой тенденции, ведь будущее технологии трассировки лучей выглядит очень перспективно. Компания MSI уже выпустила несколько мощных видеокарт с процессорами серии RTX, с помощью которых вы сможете поднять свою игру и качество изображения на новый уровень. Загляните на страницу-описание серии RTX, чтобы узнать больше о ее особенностях.
Обнаружение лучей на экране в технологии обнаружения лучей относится к свету и тени. Когда эта технология активирована, в играх часто предлагаются сцены с очень яркими и очень темными участками, как в реальной жизни. Однако экранам трудно представить столь сильные противоречия. На кадрах с низким динамическим контрастом часто жертвуют деталями в темных областях, чтобы подчеркнуть яркие участки, поэтому вся сцена может казаться покрытой слоем серой краски. Для полного раскрытия функциональности обнаружения световых лучей требуется экран с отличной контрастностью. Это определяется исключительно типом ЖК-экрана. В настоящее время для создания экранов используются три типа панелей: VA, IPS и TN. Панели VA обладают наилучшей контрастностью, но панели IPS и TN отображают сероватое изображение без глубокого черного цвета, просто устраняя все преимущества светотеневой технологии трассировки лучей. Кроме того, панели VA обладают другими важными преимуществами, такими как низкое время отклика в 1 мс, широкий диапазон углов обзора и отличная цветопередача. Они выпускаются в виде экранов с эргономичными выпуклыми дисплеями. Поэтому для использования преимуществ обнаружения лучей настоятельно рекомендуется использовать экраны с панелями VA.
Как настоящая геймерская компания, MSI выбрала панели VA для экранов своих игрушек. Посмотрите здесь. Войдите в век обнаружения лучей на выпуклом игровом дисплее MSI, и вы получите высокое качество изображения, о котором даже не мечтали!
Здание сильно отражало солнечный свет, на прилегающей дороге все таяло, а люди не разогревали еду на тротуаре. Одной из жертв стал припаркованный Jaguar XJ, зеркала и эмблемы которого расплавились от перегрева.
Ghostwire: Tokyo
- Жанр: action-adventure
- Разработчик: Tango Gameworks
- Дата выхода: 25 марта 2022 года
- Платформы: ПК, PS5
Изначально игра задумывалась как продолжение первого «Зла», но со временем стало ясно, что идея сильно выбивается из правил и нужно создавать новую игру. Неоново-яркие вывески и красочные городские ночные клубы Токио не вписывались в пессимистичную вселенную игры The Evil, поэтому была создана игра Ghostwire: Tokyo.
В этой новой среде разработчики получили возможность экспериментировать с технологиями, включая RayTracing. Особенно хорошие результаты были получены при съемке мокрого асфальта и капель с мокрых зонтов, отражающих свет уличных фонарей.
Ghostrunner
- Жанр: экшен / платформер
- Разработчик: One More Level / Slipgate Ironworks
- Дата выхода: 27 октября 2020 года
- Платформы: ПК, PS4, Xbox One, PS5, Xbox Series, Switch
Уже вторая польская игра в подборке, она не так красива. Ghostrunner — это киберпанковый экшен с неоновыми вывесками и блестящими мечами. В таком городском пейзаже рейды предстают во всей своей красе. Но у вас нет времени, чтобы остановиться и полюбоваться пейзажем. Так что остановитесь и полюбуйтесь трейлером.
Doom Eternal
- Жанр: шутер от первого лица
- Разработчик: id Software
- Дата выхода: 20 марта 2020 года
- Платформы: ПК, PS4, Xbox One, PS5, Xbox Series, Switch
Поддержка рейтинга была добавлена в последнюю часть Demon’s Crawler не сразу, а спустя несколько лет после ее выхода. В целом, эта функция кажется ненужной в игре, где почти невозможно сидеть и отдыхать, глядя на свое отражение в луже.
Особенность серии — ураганная динамика боя. Поэтому, чтобы трассировка лучей правильно функционировала в игре, FPS улучшается с помощью нейронных сетей, производительность. Короче говоря, трассировка лучей в DOOM — это здорово, но компьютеру нужно восстанавливаться.
