Ray Tracing คืออะไร? (และความหมายสำหรับการเล่นเกมบนพีซี)
เผยแพร่แล้ว: 2022-01-29สังเกตว่าตาของคุณเบิกกว้างขึ้นมากเมื่อคุณเล่นเกมเมื่อเร็ว ๆ นี้? ถ้าเป็นเช่นนั้น นั่นอาจเป็นเพราะเทคนิคใหม่ที่แพร่กระจายอย่างช้าๆ ทั่วทั้งเกมโอสเฟียร์ การปรับปรุงด้านภาพล่าสุดที่น่าทึ่งที่สุดในเกม PC นำเสนอโดยอาศัย Ray Tracing ซึ่งเป็นสิ่งที่เพิ่งเกิดขึ้นได้ในแบบเรียลไทม์ด้วยฮาร์ดแวร์เฉพาะทาง
แม้ว่า ray tracing นั้นจะมีการอ้างอิงโดยทั่วไปในเกม PC แต่ Xbox Series X ของ Microsoft และ PlayStation 5 ของ Sony ก็มีฮาร์ดแวร์ที่จำเป็นและคลังเกมที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ที่รองรับ บทความนี้ครอบคลุมถึงความแตกต่างของ ray tracing จากการแรสเตอร์แบบดั้งเดิม เหตุใดจึงสำคัญสำหรับอนาคตของการเล่นเกม และแน่นอนว่า ray tracing ควรมีอิทธิพลต่อการซื้อพีซีสำหรับเล่นเกมเครื่องถัดไปของคุณ (ไม่ว่าจะเป็นเดสก์ท็อปสำหรับเล่นเกมหรือแล็ปท็อปสำหรับเล่นเกม) หรือคอนโซล
พื้นฐานของ Ray Tracing
การติดตามด้วยรังสีเป็นเทคนิคที่ใช้ได้ผลดีในการให้แสงสว่างกับฉากที่สร้างโดยคอมพิวเตอร์ แนวคิดนี้ไม่ใช่เรื่องใหม่ มี อะไรใหม่อยู่ในการเข้าถึงกล้ามเนื้อคอมพิวเตอร์เพื่อดึงมันออกอย่างมีประสิทธิภาพ
ลองนึกภาพการถ่ายภาพรังสีแสงที่วัตถุและติดตามว่าวัตถุกระเด็นออกจากพื้นผิวอย่างไร เกือบจะเหมือนกับการเดินเข้าไปในห้องมืดและชี้ไฟฉาย จากนั้นลองนึกภาพว่าต้องถ่ายรังสีจำนวนมากโดยใช้รังสีที่ทำ (และไม่) ย้อนกลับมาค้นหาว่าฉากควรเป็นอย่างไร ตัวอย่างเช่น รังสีที่ไม่ย้อนกลับอาจถูกวัตถุปิดกั้น ทำให้เกิดเงาขึ้น (การคิดแนวคิดแบบเดียวกับที่เรดาร์ทำงานอยู่ไม่ไกล)
คำอธิบายพื้นฐานดังกล่าวเน้นว่าการติดตามรังสีควบคู่ไปกับแสงในโลกแห่งความเป็นจริง แสงที่เข้าตาจะบอกสมองของคุณว่าคุณเห็นอะไร ภาพยนตร์แอนิเมชั่นใช้ Ray Tracing มานานหลายทศวรรษ ตัวอย่างเช่น Toy Story ของ Pixar ได้รับความนิยมในปี 1995 และมีความก้าวหน้าอย่างมากในการเรนเดอร์ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา
ตราบเท่าที่อุตสาหกรรมภาพยนตร์ได้ใช้ Ray Tracing อยู่แล้ว อย่างไรก็ตาม วิดีโอเกมได้อาศัยเทคนิคที่แตกต่างออกไป นั่นคือ rasterization สำหรับการเรนเดอร์โลก 3 มิติ แต่ก่อนที่เราจะพูดถึงเหตุผลเบื้องหลังนั้น เรามาเปรียบเทียบกันระหว่างการติดตามเรย์กับการแรสเตอร์
ความรู้พื้นฐาน: Ray Tracing กับ Rasterization
Rasterization เป็นวิธีการที่ใช้วัตถุในการแสดงฉาก แต่ละวัตถุจะถูกวาดด้วยสีก่อน จากนั้นจึงใช้ตรรกะเพื่อแสดงเฉพาะพิกเซลที่อยู่ใกล้กับดวงตาที่สุดเท่านั้น ในทางตรงกันข้าม การติดตามรังสีจะทำให้สีพิกเซลก่อน แล้วจึงระบุพิกเซลด้วยวัตถุในภายหลัง ง่าย...ที่อธิบายทุกอย่างใช่ไหม
ไม่ค่อยเท่าไหร่ คิดแบบนี้ การแรสเตอร์ต้องใช้เทคนิคพิเศษและการปรับแต่งเพื่อสร้างภาพที่สมจริง ตัวอย่างเช่น ไปป์ไลน์การเรนเดอร์เกมอาจปรับแต่งและเพิ่มประสิทธิภาพเพื่อใช้เอฟเฟกต์บางอย่าง โดยที่พิกเซลบนวัตถุมีรูปแบบที่กำหนด ตรรกะประเภทนี้จะแตกต่างกันไปในแต่ละวัตถุและจากฉากหนึ่งไปอีกฉากหนึ่ง นักพัฒนาต้องใช้ความพยายามในส่วนของนักพัฒนาเพื่อใช้ประโยชน์จากสิ่งนี้ แต่สามารถชำระได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากคอมพิวเตอร์อาจสามารถแสดงฉากที่ซับซ้อนได้โดยไม่ต้องใช้กำลังประมวลผลตามสัดส่วน
การติดตามด้วยรังสีมีแนวโน้มที่จะนำไปใช้ในรูปแบบทั่วไปมากกว่าการแรสเตอร์เนื่องจากเป็นการถ่ายภาพรังสีของแสง ด้วยเหตุนี้ เทคนิคในการบรรลุผลการมองเห็นจึงขึ้นอยู่กับวิธีการใช้รังสีเหล่านั้น ตัวอย่างเช่น เงาและการสะท้อนที่นุ่มนวลขึ้น ต้องการการถ่ายภาพรังสีมากขึ้น ในขณะที่เอฟเฟกต์การเคลื่อนไหวและการเบลออาจต้องเปลี่ยนจังหวะเวลาของรังสีหรือจุดกำเนิดของรังสี
สามารถใช้การบอก rasterization และ ray tracing ทั้งหมดเพื่อให้ได้ผลลัพธ์เดียวกัน (หรืออย่างน้อยก็ใกล้เคียงกัน) ทีนี้มาสำรวจกันว่าทำไมถึงใช้อย่างอื่นมากกว่ากัน
การเล่นเกมกระแสหลัก พบกับ Ray Tracing
ทศวรรษที่ผ่านมา rasterization ได้เข้ามาแทนที่ในวิดีโอเกมเพราะฮาร์ดแวร์ที่จำเป็นในการทำนั้นมีราคาไม่แพงเพียงพอสำหรับผู้ซื้อหลักในการเข้าถึง ซึ่งแตกต่างจากที่จำเป็นสำหรับ Ray Tracing สิ่งนี้ยังคงเป็นจริงเป็นส่วนใหญ่ การ์ดกราฟิกสำหรับเล่นเกมได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการแรสเตอร์ และจะคงอยู่ไปอีกหลายปี
การเดินทางของ Ray tracing สู่การเล่นเกมกระแสหลักเริ่มต้นขึ้นในปี 2018 ด้วยการเปิดตัวกลุ่มผลิตภัณฑ์การ์ดเดสก์ท็อป GeForce RTX ของ Nvidia ในรูปแบบของ GeForce RTX 2080 Nvidia เปิดตัวการ์ดซีรีย์ GeForce RTX 3000 รุ่นที่สองในปี 2020 (พาดหัวโดย GeForce RTX 3080) และคู่แข่งของ AMD ก็ตามมาอย่างรวดเร็วด้วย Radeon RX 6000 series (ดูรีวิวของเราเกี่ยวกับเรือธง Radeon RX 6800 XT)
โดยสังเขป มันใช้เวลานานมากสำหรับ Ray Tracing เพื่อเข้าสู่ฉากการเล่นเกม เนื่องจากทรัพยากรในการคำนวณเพื่อดึงมันออกมานั้นไม่สามารถบรรลุได้ในราคาที่จะอนุญาตให้นำไปใช้ในกระแสหลัก จริงอยู่ ค่าใช้จ่ายในการเข้างานยังค่อนข้างสูง ทั้ง AMD และ Nvidia ไม่ได้เสนอการ์ดกราฟิกเดสก์ท็อประดับล่างพร้อมระบบติดตามเรย์ฮาร์ดแวร์ ในขณะนี้ การ์ดวิดีโอ "ระดับเริ่มต้น" ที่มีความสามารถในการติดตามรังสีในฮาร์ดแวร์คือ GeForce RTX 2060 ซึ่งเปิดตัวในปี 2019 ด้วยราคาที่ไม่แพงมากที่ $349 และขายได้ดีเกินจากแหล่งที่มาส่วนใหญ่ในทุกวันนี้ เนื่องจาก ความต้องการสูงสำหรับการ์ดวิดีโอ (และอุปทานต่ำ)
กราฟิกการ์ด Ray-Tracing ยอดนิยมที่เราได้ทดสอบ...
อย่างไรก็ตาม ใน บาง จุดราคาจะทรงตัว และฉากนี้ถูกกำหนดให้นำไปใช้ในกระแสหลักอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งตั้งแต่คอนโซลเกมล่าสุดได้เข้าร่วมปาร์ตี้
ปรับปรุงการมองเห็นด้วย Ray Tracing
สิ่งสำคัญคือต้องตระหนักว่า ray tracing เป็นเพียงจุดเริ่มต้นสำหรับกราฟิกเกมเท่านั้น นั่นเป็นเพราะว่าการเรนเดอร์เกม ทั้ง เกมในแบบเรียลไทม์นั้นยังเกินความสามารถของฮาร์ดแวร์ในปัจจุบัน เกมที่รองรับ Ray Tracing ใช้สำหรับเอฟเฟกต์บางอย่างเท่านั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกมที่เกี่ยวข้องกับเงาและแสง ในขณะที่เกมอื่นๆ จะยังคงแรสเตอร์
ขั้นแรกให้ไพรเมอร์อย่างรวดเร็วเกี่ยวกับคำศัพท์ การ์ดแบรนด์ RTX ของ Nvidia เช่น GeForce RTX 2060 หรือ RTX 3080 ใช้การนำการแสดงผลกราฟิกที่เป็นกรรมสิทธิ์ซึ่ง Nvidia เรียกโดยทั่วไปว่า "RTX" การใช้งานนี้ สามารถ ใช้ DirectX 12 และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง DirectX Raytracing API (DXR) เพื่อแสดงเส้นทางแสงในเอ็นจิ้นเกม
ในขณะเดียวกัน DXR เป็น API การติดตามรังสีที่สามารถทำงานได้โดยไม่ขึ้นกับฮาร์ดแวร์ของ Nvidia หรือใช้ร่วมกับมัน ตัวอย่างเช่น ผู้พัฒนาเกม Crysis ได้แสดงการสาธิตของเครื่องยนต์ Crytek ของตัวเองเมื่อหลายปีก่อนซึ่งใช้การสะท้อนแบบ Ray-traced บนการ์ดซีรีส์ AMD Radeon RX 5000 ( GPU ที่ไม่มีคอร์ RT ออนบอร์ด) แม้ว่าประสิทธิภาพจะช้าก็ตาม . หากคุณใช้การสาธิตเดียวกันบนการ์ด AMD Radeon RX 6000 Series พร้อมด้วย RT cores ในตัว มันจะประมวลผลฉาก DXR ได้เร็วขึ้นอย่างมาก
RT cores (ซึ่งเชี่ยวชาญในการคิดคำนวณทางคณิตศาสตร์ของแสง) ช่วยให้กราฟิกการ์ดแบรนด์ AMD หรือ Nvidia รัน DXR ได้เร็วขึ้น แต่ DXR ไม่ต้องการ RT cores เพื่อทำงาน
มาดูกันว่า Ray Tracing สามารถปรับปรุงเกมได้อย่างไร ฉันถ่ายภาพหน้าจอคู่ต่อไปนี้ใน Shadow of the Tomb Raider ของ Square Enix สำหรับพีซี ซึ่งรองรับเงาแบบ Ray-traced บนการ์ดกราฟิก Nvidia GeForce RTX โดยเฉพาะดูที่เงาบนพื้น
นี่เป็นอีกหนึ่งฉากจาก Shadow of the Tomb Raider...
แล้วมาดูชุดสุดท้ายกัน...
เงาที่มีรังสีจะนุ่มนวลและสมจริงกว่าเมื่อเทียบกับเวอร์ชันแรสเตอร์ที่รุนแรงกว่า ความมืดจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับปริมาณแสงที่วัตถุปิดกั้นและแม้แต่ภายในเงาเอง ในขณะที่การแรสเตอร์ดูเหมือนจะทำให้วัตถุทุกชิ้นมีขอบแข็ง เงาที่แรสเตอร์ยังดูไม่เลว แต่หลังจากเล่นเกมด้วยเงาที่มีรังสีแล้ว มันยากที่จะย้อนกลับ
ปัจจุบันการรองรับ Ray Tracing ในเกมค่อนข้างมีขั้ว เนื่องจากฟีเจอร์นี้ต้องใช้งาน แยกกัน สำหรับการ์ด AMD และ Nvidia เกมจำนวนมากขึ้นรองรับการ์ด Nvidia ส่วนใหญ่เนื่องจาก Nvidia เป็นเพียงคนเดียวที่ผลิตการ์ดกราฟิกที่รองรับ Ray Tracing ได้จนถึงปี 2020 แต่มีเกมอื่น ๆ ที่เริ่มรองรับทั้งสองรสชาติ ตัวอย่างหลัง ได้แก่ Cyberpunk 2077, Dirt 5, Godfall และ World of Warcraft: Shadowlands
แนะนำโดยบรรณาธิการของเรา
Ray Tracing: ผลกระทบต่อประสิทธิภาพ
เมื่อพูดถึงกราฟิกบนพีซี ทุกอย่าง ต้องแลกมาด้วยราคา และภาพที่สวยงามของ Ray Tracing ก็ไม่มีข้อยกเว้น การเปิดใช้งานโดยทั่วไปจะส่งผลให้มีการลงโทษประสิทธิภาพที่แตกต่างกันไปในแต่ละเกม
ยกตัวอย่าง เบนช์มาร์กในตัวในเกม Shadow of the Tomb Raider ฉันรันบนเดสก์ท็อปที่พร้อมเล่นเกมด้วยโปรเซสเซอร์ AMD Ryzen 9 5900X, การ์ดกราฟิก GeForce RTX 3080 และหน่วยความจำ 32GB ตัวเลขที่แสดงด้านล่างซึ่งทดสอบที่ความละเอียดสองระดับคือเฟรมเฉลี่ยต่อวินาที (fps) ต้องมีอย่างน้อย 60fps เพื่อการเล่นเกมที่ราบรื่น
ประสิทธิภาพการทำงานเป็นตัวเลขสองหลักจากการติดตามรังสีมีความสำคัญ และโปรดทราบว่านี่เป็นคุณลักษณะ DLSS ที่เพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน DLSS เป็นคุณสมบัติเฉพาะของ Nvidia ที่รองรับในบางเกม ซึ่งสามารถช่วยลดผลกระทบต่ออัตราเฟรมของโหลดการคำนวณของ Ray Tracing (สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ DLSS โปรดดูคุณลักษณะของเรา การทดสอบ DLSS 2.0 ของ Nvidia: อัตราเฟรมที่สูงกว่าฟรีหรือไม่) DLSS ให้คำมั่นสัญญาที่ดี แต่เกมต้องรองรับ ในขณะที่กำลังได้รับแรงผลักดันในทุกวันนี้ การสนับสนุนก็ยังห่างไกลจากความเป็นสากล
โปรดจำไว้ว่า การแลกเปลี่ยนประสิทธิภาพนี้มาจากการใช้เอฟเฟกต์เงาและแสง ดังนั้นเทคโนโลยีในปัจจุบันจึงห่างไกลจากการใช้ Ray Tracing ในการเรนเดอร์ทั้งเกม ที่กล่าวว่าการแสดงประสิทธิภาพเป็นสถานการณ์ที่แย่ที่สุดในกรณีนี้ เนื่องจากเกมนี้มีการตั้งค่าเงาแบบ Ray-traced โดยมีผลกระทบต่อประสิทธิภาพในเชิงลบน้อยกว่า
การเพิ่มประสิทธิภาพเกมสมควรได้รับการกล่าวถึง นักพัฒนาซอฟต์แวร์จะต้องเรียนรู้ที่จะเพิ่มประสิทธิภาพการติดตามรังสีให้ดียิ่งขึ้นอย่างไม่ต้องสงสัย เหมือนกับที่พวกเขาทำแรสเตอร์ไลซ์เซชั่น ดังนั้นจึงน่าจะเป็นไปได้ที่จะได้เอฟเฟกต์ Ray-traced มากขึ้นจากฮาร์ดแวร์ปัจจุบัน (อีกครั้ง ดูว่าการแรสเตอร์ไลซ์เซชั่นมาไกลแค่ไหนแล้ว)
เกม Ray-Tracing ที่สำคัญที่เราได้ตรวจสอบแล้ว
DLSS เป็นแนวทางหนึ่งที่จะช่วยได้เช่นกัน และเราคาดหวังการปรับปรุงและขยาย DLSS เมื่อเวลาผ่านไป AMD กำลังทำงานทางเลือกที่ช่วยประหยัดประสิทธิภาพในรูปแบบ DLSS ของตัวเอง ซึ่งเรียกว่า "Super Resolution" กำลังพัฒนา Super Resolution ร่วมกับทีม DirectML ของ Microsoft ("ML" ย่อมาจาก "machine-learning") อย่างไรก็ตาม AMD กล่าวว่าเทคโนโลยีนี้ยังคงเป็นทางออก และเราน่าจะไม่เห็นเกมใดใช้งานได้จนกว่าจะถึงปี 2022 อย่างเร็วที่สุด
A Ray-Traced Future: ดึงดูด Steam อย่างช้าๆ
แม้จะมีแอพพลิเคชั่น ray tracing ที่จำกัดในเกมในปัจจุบัน แต่ก็ยังคงอยู่ที่นี่ การเขียนเกิดขึ้นบนกำแพงตั้งแต่ AMD ติดตาม Nvidia โดยแนะนำกราฟิกการ์ด Radeon พร้อมการสนับสนุนการติดตามเรย์ฮาร์ดแวร์ ฮาร์ดแวร์ ray tracing รองรับ Xbox Series X และ PlayStation 5 ไดรฟ์เพิ่มเติมที่ชี้ที่บ้าน
ในบันทึกย่อนั้น ทางเลือกในการปรับใช้ Ray Tracing ได้ถูกสร้างขึ้นมาสำหรับเกมคอนโซล นอกจากนี้ยังทำขึ้นสำหรับนักเล่นเกมพีซีที่ซื้อกราฟิกการ์ดระดับกลางถึงระดับสูง เนื่องจากรุ่นล่าสุดทั้งหมดรองรับ hardware ray tracing แต่คำถามยังคงอยู่ว่าเกมเมอร์ที่มีกราฟิกการ์ดรุ่นเก่าหรือการ์ดจอระดับล่างควรอัพเกรดหรือในตลาด ควรม้าขึ้น
กล่าวโดยย่อ ไม่จำเป็นต้องลงทุนในกราฟิกการ์ดที่รองรับการติดตามเรย์ของฮาร์ดแวร์ เว้นแต่คุณจะพิจารณาว่าความแตกต่างของภาพนั้นคุ้มค่ากับเงินที่จ่ายไป ปัจจุบัน Ray Tracing ให้ข้อดีอื่น ๆ เพียงเล็กน้อยสำหรับการเล่นเกม ดังนั้นมันจึงเป็นความเพลิดเพลินที่เรียบง่าย
ความพร้อมใช้งานที่จำกัดในปัจจุบันและราคาของการ์ดกราฟิกที่สูงทำให้ ray tracing เป็นการลงทุนที่มากกว่าที่ควรจะเป็น ดังนั้นหากคุณไม่โชคดีพอที่จะลงการ์ด GeForce RTX หรือการ์ด Radeon RX 6800 ก็อาจสมเหตุสมผลที่จะเปิด ray tracing ต่อไป รายการสินค้าที่ต้องการและใช้เงินสดสำหรับเกม กลยุทธ์ดังกล่าวอาจใช้ได้ผลดียิ่งขึ้นในระยะยาว เนื่องจากคุณจะสามารถสัมผัสประสบการณ์ใหม่กับเกมใดๆ ที่คุณซื้อซึ่งเพิ่มการรองรับ Ray Tracing ในขณะที่คุณรอ