Ce este Ray Tracing? (Și ce înseamnă pentru jocurile pe computer)
Publicat: 2022-01-29Ai observat că ochii ți se lărgesc mult mai mult când joci în ultima vreme? Dacă da, asta poate fi din cauza unei noi tehnici care se răspândește, încet, în sfera jocului. Cele mai recente și spectaculoase îmbunătățiri vizuale în jocurile pe computer vă sunt aduse prin amabilitatea de ray tracing, ceva care a devenit posibil doar recent în timp real cu hardware specializat.
Deși ray tracing este frecvent menționat în jocurile pe computer, Xbox Series X de la Microsoft și PlayStation 5 de la Sony au, de asemenea, hardware-ul necesar și o bibliotecă în creștere de jocuri care îl acceptă. Acest articol acoperă modul în care ray tracing diferă de rasterizarea tradițională, de ce este important pentru viitorul jocurilor și, bineînțeles, dacă ray tracing ar trebui să influențeze achiziția următorului tău PC de gaming (fie că este un desktop de gaming sau un laptop de gaming) sau consolă.
Bazele Ray Tracing
Ray tracing este o tehnică care funcționează bine pentru iluminarea unei scene generate de computer. Conceptul nu este nou; ceea ce este nou este să aibă la îndemână mușchiul de calcul pentru a-l scoate în mod eficient.
Imaginați-vă că trageți o rază de lumină către un obiect și urmăriți modul în care acesta sare de pe suprafață, aproape ca și cum ați merge într-o cameră întunecată și ați îndreptat o lanternă. Apoi imaginați-vă că filmați multe raze, folosindu-le pe cele care revin (și nu) pentru a vă da seama cum ar trebui să arate scena. De exemplu, razele care nu au revenit au fost probabil blocate de un obiect, creând astfel o umbră. (Gândirea la concept în același mod cu cum funcționează radarul nu este departe.)
Această explicație de bază evidențiază modul în care trasarea razelor este paralelă cu iluminarea din lumea reală: lumina care ajunge la ochi spune creierului tău ceea ce vezi. Filmele de animație folosesc ray tracing de zeci de ani; Toy Story de la Pixar, de exemplu, a adus-o în lumina reflectoarelor în 1995, iar de atunci s-au făcut pași mari în redare.
Cu toate acestea, atât timp cât industria filmului folosește ray tracing, jocurile video s-au bazat pe o tehnică diferită, rasterizarea, pentru redarea lumii 3D. Dar, înainte de a ajunge la motivele din spatele acestui lucru, să contrastăm ray tracing cu rasterizarea.
Fundamentele: Ray Tracing versus Rasterizare
Rasterizarea este o abordare bazată pe obiecte a redării scenei. Fiecare obiect este pictat mai întâi cu culoare, apoi se aplică logica pentru a afișa doar pixelii care sunt cei mai aproape de ochi. Prin contrast, ray tracing colorează mai întâi pixelii, apoi îi identifică cu obiecte. Simplu... asta explică totul, nu?
Ei bine, nu chiar , așa că gândește-te așa. Rasterizarea necesită tehnici speciale și ajustări pentru a crea imagini realiste. De exemplu, conducta de redare a unui joc ar putea fi adaptată și optimizată pentru a aplica un anumit efect, în care pixelii de pe un obiect au un model dat. Desigur, acest tip de logică va varia de la obiect la obiect și de la scenă la scenă. Este nevoie de efort din partea dezvoltatorului pentru a profita de acest lucru, dar poate plăti în eficiență, deoarece computerul poate reda o scenă complicată fără cantități proporționale de putere de procesare.
Ray tracing tinde să fie aplicat într-un mod mai general decât rasterizarea, deoarece se bazează pe fotografierea razelor de lumină. Ca rezultat, tehnicile pentru a obține rezultate vizuale cu acesta se bazează pe modul în care sunt utilizate acele raze. Umbrele și reflexiile mai blânde, de exemplu, necesită filmarea mai multor raze, în timp ce efectele de mișcare și de estompare pot necesita modificarea timpului razelor sau a punctului de origine al razelor.
Toate acestea, rasterizarea și ray tracing pot fi folosite pentru a obține același rezultat (sau, cel puțin, aproape de acesta). Deci acum haideți să explorăm de ce ar fi folosit unul în locul celuilalt.
Jocuri mainstream, Faceți cunoștință cu Ray Tracing
Cu zeci de ani în urmă, rasterizarea și-a câștigat locul în jocurile video, deoarece hardware-ul necesar pentru a face acest lucru era suficient de accesibil pentru a fi accesat de cumpărătorii mainstream, spre deosebire de ceea ce era necesar pentru ray tracing. Acest lucru este încă în mare parte adevărat; Plăcile grafice pentru jocuri sunt optimizate pentru rasterizare și vor fi pentru mulți ani de acum înainte.
Călătoria Ray Tracing în jocurile mainstream a început în 2018 odată cu lansarea liniei de carduri pentru desktop GeForce RTX de la Nvidia, sub forma GeForce RTX 2080. Nvidia a introdus a doua generație a plăcilor din seria GeForce RTX 3000 în 2020 (titrat de GeForce RTX 3080) , iar rivalul AMD a urmat rapid exemplul cu seria sa Radeon RX 6000. (Vezi recenzia noastră despre modelul emblematic Radeon RX 6800 XT.)
Pe scurt, a durat atât de mult până când ray tracing-ul să intre pe scena jocurilor, deoarece resursele de calcul pentru a-l reuși au fost de neatins la prețuri care să permită adoptarea generală. Desigur, costul de intrare este încă relativ ridicat - nici AMD, nici Nvidia nu oferă încă o placă grafică desktop de gamă inferioară cu urmărire hardware hardware. În momentul de față, placa video „entry level” capabilă de ray tracing în hardware este GeForce RTX 2060, care s-a lansat în 2019 la un buget nu prea mare de 349 USD și se vinde cu mult peste cel din majoritatea surselor în prezent, datorită cererea mare pentru (și oferta scăzută de) plăci video.
Cele mai bune plăci grafice Ray-Tracing pe care le-am testat...
Totuși, la un moment dat, prețurile se vor stabiliza. Și scena este pregătită pentru adoptarea continuă, mai ales că cele mai recente console de jocuri s-au alăturat petrecerii.
Îmbunătățiri vizuale cu Ray Tracing
Este important să ne dăm seama că ray tracing-ul a pus piciorul doar în ușa graficii pentru jocuri. Acest lucru se datorează faptului că redarea unui joc întreg în ray tracing în timp real depășește încă cu mult capacitățile hardware-ului de astăzi. Jocurile care acceptă ray tracing îl folosesc doar pentru anumite efecte, în principal cele legate de umbre și iluminare, în timp ce totul este încă rasterizat.
În primul rând, o introducere rapidă asupra terminologiei. Plăcile marca RTX ale Nvidia — GeForce RTX 2060 sau RTX 3080, de exemplu — utilizează o implementare proprie de redare grafică la care Nvidia o numește în general „RTX”. Această implementare poate folosi DirectX 12 și, mai precis, DirectX Raytracing API (DXR) pentru a afișa căi luminoase în motorul de joc.
Între timp, DXR este un API de urmărire a razelor care poate funcționa independent de hardware-ul Nvidia sau împreună cu acesta. De exemplu, dezvoltatorii jocului Crysis au prezentat o demonstrație a propriului motor Crytek în urmă cu câțiva ani, care rula reflexii cu trasare de raze pe o placă AMD Radeon RX 5000 (un GPU fără nuclee RT la bord), deși performanța era de așteptat lentă. . Dacă ar fi să rulați același demo pe un card AMD Radeon RX 6000 Series, complet cu nuclee RT la bord, scena DXR ar procesa semnificativ mai rapid.
Miezurile RT (care sunt specializate pentru a analiza matematica razelor de lumină) ajută orice placă grafică, marca AMD sau Nvidia, să ruleze DXR mai repede, dar DXR nu are nevoie de nuclee RT pentru a rula.
Să vedem cum ray tracing poate îmbunătăți vizual un joc. Am făcut următoarele perechi de capturi de ecran în Shadow of the Tomb Raider pentru PC de la Square Enix, care acceptă umbre cu trasare de raze pe plăcile grafice Nvidia GeForce RTX. Mai exact, uită-te la umbrele de pe pământ.
Iată o altă pereche de scene din Shadow of the Tomb Raider...
Și să ne uităm la un set final...
Umbrele trasate de raze sunt mai blânde și mai realiste în comparație cu versiunile rasterizate mai dure. Întunericul lor variază în funcție de cât de multă lumină blochează un obiect și chiar în interiorul umbrei în sine, în timp ce rasterizarea pare să confere fiecărui obiect o margine dură. Umbrele rasterizate încă nu arată rău, dar după ce ai jucat jocul cu umbre trasate cu raze, este greu să te întorci.
În prezent, suportul pentru ray tracing în jocuri este oarecum polarizant, deoarece caracteristica trebuie implementată separat pentru cardurile AMD și Nvidia. Mai multe jocuri acceptă plăci Nvidia, în principal pentru că Nvidia a fost singura care a produs plăci grafice capabile de ray-tracing până în 2020, dar mai multe jocuri încep să accepte ambele variante. Exemple dintre acestea din urmă includ Cyberpunk 2077, Dirt 5, Godfall și World of Warcraft: Shadowlands.
Recomandat de editorii noștri
Ray Tracing: Impactul asupra performanței
Când vine vorba de grafica pentru PC, totul are un preț, iar bunătățile vizuale ale ray tracing-ului nu fac excepție. Activarea acestuia are ca rezultat, în general, o penalizare de performanță care variază în impactul său de la joc la joc.
Să luăm, de exemplu, benchmark-ul încorporat în jocul Shadow of the Tomb Raider. L-am rulat pe un desktop pregătit pentru jocuri cu un procesor AMD Ryzen 9 5900X, o placă grafică GeForce RTX 3080 și 32 GB de memorie. Cifrele prezentate mai jos, testate la două rezoluții, reprezintă cadrele medii pe secundă (fps). Este necesar cel puțin 60 de fps pentru un joc fără probleme.
Afișările de performanță cu două cifre de la ray tracing sunt semnificative și rețineți că acest lucru este cu funcția DLSS de îmbunătățire a performanței activată. DLSS este o caracteristică specifică Nvidia, acceptată în anumite jocuri, care poate ajuta la reducerea impactului asupra ratelor de cadre ale încărcăturii de calcul a ray tracing-ului. (Pentru multe mai multe despre DLSS, vezi caracteristica noastră Testarea DLSS 2.0 de la Nvidia: Rate mai mari de cadre gratuit?) DLSS arată foarte promițătoare, dar jocul trebuie să-l susțină. Deși câștigă amploare în zilele noastre, sprijinul pentru acesta este departe de a fi universal.
Amintiți-vă, acest compromis de performanță vine doar din aplicarea efectelor de umbră și de lumină, așa că tehnologia de astăzi este într-adevăr departe de a utiliza ray tracing pentru a reda un întreg joc. Acestea fiind spuse, succesele de performanță sunt cel mai rău scenariu în acest caz, deoarece acest joc are setări de umbră cu trasare de raze cu un impact mai puțin negativ asupra performanței.
Optimizarea jocului merită o mențiune. Dezvoltatorii vor învăța, fără îndoială, să optimizeze mai bine urmărirea razelor la fel ca și rasterizarea, așa că ar trebui să devină posibilă obținerea mai multor efecte de urmărire a razelor din hardware-ul actual. (Din nou, uitați-vă la cât de departe a ajuns rasterizarea.)
Jocuri Key Ray-Tracing pe care le-am revizuit
DLSS este o abordare care va ajuta, de asemenea, și ne așteptăm la îmbunătățirea și extinderea DLSS pe măsură ce trece timpul. AMD lucrează, de asemenea, la propria sa alternativă de economisire a performanței în stil DLSS, numită „Super Resolution”. Super Resolution este dezvoltată în colaborare cu echipa DirectML a Microsoft („ML” fiind prescurtare pentru „învățare automată”). Cu toate acestea, AMD spune că tehnologia este încă o cale de ieșire și probabil că nu vom vedea niciun joc care rulează cu ea până în 2022 cel mai devreme.
Un viitor Ray-Traced: Încet câștigând abur
În ciuda aplicațiilor limitate de ray tracing în jocurile de astăzi, este aici pentru a rămâne. Scrisul a fost pe perete de când AMD a urmat Nvidia prin introducerea plăcilor grafice Radeon cu suport hardware ray tracing. Suportul hardware ray tracing în Xbox Series X și PlayStation 5 conduce în continuare acest lucru.
În această notă, alegerea de a adopta ray tracing a fost făcută pentru jucătorii de pe consolă. De asemenea, a fost făcut pentru jucătorii de pe computer care cumpără plăci grafice moderne de nivel mediu și înalt, deoarece toate cele mai recente modele acceptă urmărirea de radiații hardware, dar rămâne întrebarea dacă jucătorii cu plăci grafice mai vechi sau de nivel inferior ar trebui să facă upgrade sau cei de pe piață. ar trebui să se ridice.
Pe scurt, nu este imperativ să investești într-o placă grafică care acceptă ray tracing hardware decât dacă determinați că diferențele vizuale merită banii. Ray tracing oferă în prezent puține alte avantaje pentru jocuri, așa că se rezumă la o simplă distracție.
Disponibilitatea actuală limitată și prețurile ridicate ale plăcilor grafice fac din ray tracing o investiție și mai mare decât ar trebui să fie, așa că dacă nu ați avut norocul să obțineți o placă GeForce RTX sau Radeon RX 6800, ar putea avea sens să păstrați ray tracing pe lista de dorințe și folosiți banii pentru jocuri. Această strategie ar putea funcționa și mai bine pe termen lung, deoarece veți putea reexperimenta orice joc pe care l-ați cumpărat și care adaugă suport pentru ray tracing în timp ce așteptați.