Mogućnost RT ili Ray Tracinga u realnom vremenu diže prašinu otkako je Nvidia 2018. godine lansirala svoju RTX 20 seriju kartica sa RT mogućnostima. Ono što je počelo kao malo više od jednostavnog trika postepeno je napredovalo u karakteristike koje igrači sve više žele u novim igrama.
Ali Ray Tracing nije jedina mogućnost koja značajno doprinosi kvalitetu prikaza u igrama. Imamo još jednu mogućnost, koja možda nije toliko poznata, ali zaista doprinosi boljem izgledu igara. Radi se o Mogućnosti praćenja putanje. O čemu se tačno radi, i ako jeste, zašto je praćenje puta bolje od praćenja zrakapročitajte u nastavku.
Rasterizacija, praćenje zraka i praćenje putanja
Tradicionalno, programeri koriste tehniku zvanu rasterizacija za renderiranje vizuala igre. Rasterizacija je prevođenje matematičkih vektorskih oblika u piksele ili tačke, tako da se mogu gledati na kompjuterskim monitorima i drugim ekranima zasnovanim na pikselima, za razliku od starijih CRT ekrana. Ali rasterizacija je bila prilično efikasna u aproksimaciji stvarnog ponašanja svjetlosti korištenjem “unaprijed renderiranog” osvjetljenja sa statičnim izvorima svjetlosti.
Međutim, kako je potražnja za foto-realističnim vizualima u igricama rasla, s tehnologijom koja je mogla to prikazati, RT ili praćenje zraka u realnom vremenu konačno su postali dostupni. Ali za razliku od rasterizacije, RT pokušava simulirati ponašanje svjetlosti u stvarnom svijetu u svakom kadru igre ili aplikacije. Kako se svjetlost može reflektirati, prelamati ili apsorbirati nakon interakcije s više objekata u stvarnosti, isto ponašanje svjetlosnih zraka se izračunava za svaki pojedinačni piksel kadra. Ovo je ekvivalentno izračunavanju ponašanja miliona simuliranih zraka za samo jedan okvir. Zbog toga je RT toliko računski zahtjevan.
Praćenje zraka samo po sebi nije ništa novo. Razvijen 1969. godine, RT su koristili filmski studiji u različitom stepenu od 1970-ih. Ali Holivud ima luksuz da “pre-renderuje” svaki kadar filma koristeći “farme renderovanja” kojima su ponekad potrebne nedelje da bi se prikazala jedna RT scena.
RT u realnom vremenu u igricama je drugačiji, jer treba izvršiti prilično složen proračun u okruženju koje se dinamički mijenja za svaki pojedinačni okvir. To je i razlog zašto većina igara s ovom mogućnošću, čak i kada koriste hardversko ubrzanje modernih grafičkih kartica, koristi samo jedan ili dva elementa za praćenje zraka u kombinaciji sa rasterizacijom, kao što su refleksije ili sjene koje su poboljšane pomoću Ray Tracinga.
Sada polako dolazimo do “Path Tracing” ili praćenje puta, ako to doslovno prevedemo na hrvatski. u svojoj srži, Path Tracing je zapravo samo modificirana verzija Ray Tracinga. Umjesto praćenja putanje svakog pojedinačnog svjetlosnog zraka, bilo da je riječ o primarnim ili reflektovanim (sekundarnim) zracima, praćenje putanje izračunava samo najvjerovatniji put kojim bi svjetlost prošla ako bi prošla kroz određenu scenu slike.
Zamišljeno 1980-ih, Path Tracing zahtijeva složeniju matematiku koja uključuje više zraka za svaku pojedinačnu tačku, ali u konačnici rezultira nižim hardverskim troškovima za renderiranje, što znači da grafičke kartice to mogu lakše prikazati. Postoje i druge varijante RT-a, kao što je fotonsko mapiranje, koje je razvijeno 2001. godine, tehnika globalnog osvjetljenja u dva koraka.
Prvi korak koristi svjetlosne zrake kroz scenu za kreiranje fotonske karte koja sadrži podatke o boji i osvjetljenju, a drugi korak prikazuje scenu u realnom vremenu, koristeći prethodno obrađenu fotonsku mapu. Fotonsko mapiranje može tehnički dodatno smanjiti troškove renderiranja, ali je prilično složeno i podložno nekim artefaktima kada je prisutan manje moćan hardver.
Praćenje putanje izgleda znatno bolje od praćenja zraka
Ako je praćenje putanje samo po performansama blisko praćenju zraka, zašto je bolje? Ne bi li rezultat trebao biti gori od RT-a?
Poenta je da situacija nikada nije crno-bela, ima mnogo nijansi. Pokazalo se da PT ili Path Tracing, koji se ponekad naziva i Full Ray Tracing, proizvodi realističnije osvjetljenje u igrama. Nedavne igre poput Alan Wake 2 pokazale su kako može izgledati Full Ray Tracing, uz pomoć Path Tracinga. Path Tracing je čak implementiran u starijim naslovima kao što su Quake 2, Portal, The Elder Scrolls V: Skyrim i Half-Life, donoseći novi život i nove mogućnosti tim igrama.
Nadalje, PT može proizvesti realističnije osvjetljenje zbog većeg uzorka podataka kojima ima pristup. Za razliku od RT-a, PT ispaljuje višestruke svjetlosne zrake za svaku tačku u sceni, stvarajući uzorak od nekoliko kako bi se postigao konačni rezultat. Ovo omogućava algoritmu, uz pomoć smanjenja šuma zahvaljujući Nvidijinom DLSS-u, da kreira bolje definisane scene, refleksije i površinsko osvjetljenje u igri.
Path Tracing je manje zahtjevan od Ray Tracinga i stoga je bolji za grafičke kartice
Uprkos složenijim proračunima, uklanjanju šuma i AI trikovima koji su uključeni u PT, ono što Path Tracing čini boljim je uglavnom zato što troši manje resursa grafičke kartice. Barem u teoriji. Igre koje su razvijene iz kutije sa mogućnostima praćenja putanje imale bi najveću korist od ove funkcije. Ali nažalost, za mnoge igre PT je uveden postupno, tek kasnije sa ažuriranjima igara, što znači da mnoge grafičke kartice nisu osjetile smanjenu potrošnju resursa. Čak ni Alan Wake 2, igra za koju Nvidia tvrdi da je “igra sa potpunom podrškom za praćenje zraka”, ne koristi univerzalnu funkciju Path Tracing. Ali čak i bez ovih dodatnih funkcija, Alan Wake 2 je igra koja definitivno izgleda sjajno.
Ali kako stvari sada stoje, mnoge igre koje koriste Ray i Path Tracing troše mnogo resursa, što znači da ako korisnik želi da igra igru sa ovim mogućnostima, treba očekivati drastičan pad broja sličica u sekundi, čak i ako njegov računar ima moćnu grafičku karticu. Nvidijina RTX 40 serija treba da koristi brojne AI funkcije samo da bi ove igre prikazala na nižim rezolucijama i poboljšala ih kako bi proizvela prihvatljive rezultate. Međutim, za nekoliko godina, kako se mogućnosti umjetne inteligencije sve više implementiraju u igrice, Ray i Path Tracing će postati sve “lakši” u smislu potrošnje resursa.
Praćenje putanje u suštini nije nova tehnologija
Od 2000-ih, filmski studiji kao što su Disney i Sony koriste tehnologiju Path Tracing za renderiranje animiranih filmova, kako bi postigli ono što se naziva “Puno praćenje putanje”. Ali ova tehnologija je stvorena 1980-ih.
Path Tracing nije radikalno nova tehnika za koju će trebati mnogo vremena da se primijeni na više igara i na pristupačni hardver. Kako se kompanije kao što su Nvidia, AMD i Intel takmiče da poboljšaju svoje grafičke kartice i ulažu u napredne AI algoritme, stvari će postati sve zastupljenije u igrama, kao iu drugim medijima. Napredak grafičkih mogućnosti je iz godine u godinu sve vidljiviji. Kako više vremena bude prolazilo, stvari kao što su Ray Tracing i Path Tracing će nesumnjivo biti sve više zastupljene u sve većem broju, ne samo igara, već i drugih vrsta multimedijalnih sadržaja.
Vremenom će se praćenje zraka, praćenje putanje i rasterizacija sve više koristiti zajedno u sve više igara i medija općenito.
Koliko god da je Path Tracing napredno i impresivno, još uvijek ne može učiniti sve da bude kako treba. Ima još posla, a sam PT pokazuje određene nedostatke. Njegova najveća prednost što ima pristup većem broju podataka je i najveći nedostatak. Ray Tracing je i dalje superioran u slučajevima kada su dostupni podaci mali, kao što su tamne tamnice, ili u slučaju reflektirajućih i slomljenih površina, kao što su vodene površine ili staklo.
Ovo je i razlog zašto bi Ray i Path Tracing mogli učiniti čuda ako se koriste zajedno u igricama, jer bi se međusobno nadopunjavali. Programeri će, kao i uvijek, vjerovatno koristiti kombinaciju tehnika renderiranja kako bi proizveli najrealističniju scenu u bilo kojoj situaciji. Iz tog razloga, možemo biti sigurni da ćemo, kako vrijeme odmiče, vidjeti sve više igara koje neće imati samo opciju uključivanja Ray Tracinga u opcijama, već i igre koje će odmah imati i Ray Tracing i Path Tracing je podrazumevano uključen i da ove dve mogućnosti, zajedno sa rasterizacijom unutar igara, dovode do novih dostignuća u oblastima grafičkih mogućnosti u video igricama.
Ovo će se posebno odnositi na igre koje će ili imati opciju izdavanja za Windows sistem ili koje će biti objavljene samo na Windows računarima, s obzirom na to da su Windows računari još uvijek daleko superiorniji u pogledu hardvera u odnosu na čak i Playstation 5 i Xbox seriju X.
Svakih nekoliko godina nova tehnologija dođe na naslovnice i podiže prašinu. Postoji nekoliko razloga za to, od kojih je najveći taj što svaka nova tehnologija obećava dodatno povećanje grafičke kvalitete igre. Prvo su to bili shaderi, zatim teselacija, zatim praćenje zraka, a sada praćenje puta. Ali ove tehnologije takođe uzimaju veliki danak na performanse hardvera. I
Ako smatrate da vaš trenutni računar ne može iskoristiti prednosti ovih novih tehnika igranja, možda ćete morati kupiti novu grafičku karticu, jer mnoge starije grafičke kartice, što znači modeli stariji od 2-3 godine, ne podržavaju Ray Tracing i druge nove grafičke opcije.
Napisao: Alan Milić
Članak Zašto je Path Tracing bolje od Ray Tracinga za igre? prvi put se pojavio na PC CHIP-u.
pcchip.hr
