Ako ste u posljednje vrijeme bacili i najmanji pogled na novosti o igrama i grafici, onda ste čuli najnoviju i najbolju riječ: praćenje zraka. Možda ste čuli i riječ sličnog zvuka koja se zove praćenje puta. I moglo bi vam biti potpuno oprošteno što niste u potpunosti razumjeli što je jedan od procesa.

Jednostavno objašnjenje je da su i praćenje putanje i praćenje zraka grafičke tehnike koje rezultiraju slikama realističnijeg izgleda po cijenu znatno veće računalne snage. Na YouTubeu^(YouTube) postoji Minecraft video koji na jasan način demonstrira određene aspekte praćenja zraka, ali i ilustrira stres koji on stavlja na sustav.

Ako je to jedino objašnjenje koje vam treba, super! Ali ako želite iskopati duboko i saznati kako svaka tehnika funkcionira i zašto tvrtke za GPU hardver naplaćuju malo bogatstvo za kartice s mogućnošću praćenja zraka, čitajte dalje.

Rasterizacija i računalna grafika

Nijedna slika koju vidite prikazanu na zaslonu računala nije započela kao ta slika. Počinje kao rasterska ili vektorska slika. Rasterska slika se sastoji od zbirke zasjenjenih piksela.

Vektorska slika temelji se na matematičkim formulama koje znače da se veličina slike može povećavati gotovo neograničeno. Nedostatak vektorskih slika je što je teško postići preciznije detalje. Vektorske^(Vector) slike najbolje je koristiti kada je potrebno samo nekoliko boja.

Glavna snaga rasterizacije je njezina brzina, osobito u usporedbi s tehnikama kao što je praćenje zraka. Vaš GPU , ili jedinica za grafičku obradu, reći će igri da stvori 3D sliku od malih oblika, najčešće trokuta. Ti se trokuti pretvaraju u pojedinačne piksele, a zatim prolaze kroz shader kako bi se stvorila slika koju vidite na zaslonu.

Rasterizacija je već dugo vremena bila opcija za grafiku videoigara zbog brzine obrade, ali kako trenutna tehnologija počinje nailaziti na svoje granice potrebne su naprednije tehnike za probijanje na sljedeću razinu. Tu dolazi praćenje zraka.

Praćenje zraka^(Ray) izgleda daleko realnije od rasterizacije, kao što ilustrira slika ispod. Pogledajte odraze na čajniku i žlici.

Što je praćenje zraka?

Na površinskoj razini, praćenje zraka je krovni pojam koji označava sve, od jednog sjecišta svjetlosti i objekta do potpunog fotorealizma. Međutim, u najčešće korištenom kontekstu koji se danas koristi, praćenje zraka odnosi se na tehniku ​​renderiranja koja prati snop svjetlosti (u pikselima) od zadane točke i simulira kako reagira kada naiđe na objekte.

Odvojite trenutak i pogledajte zid sobe u kojoj se nalazite. Postoji li izvor svjetlosti na zidu ili se svjetlost odbija od zida od drugog izvora? Grafika praćena zrakama^(Ray) počinjala bi od vašeg oka i pratila bi vašu liniju vida do zida, a zatim bi slijedila put svjetlosti od zida natrag do izvora svjetlosti.

Gornji dijagram ilustrira kako to funkcionira. Razlog za simulirane "oči" (kamera na ovom dijagramu) je smanjenje opterećenja GPU -a .

Zašto? Pa, praćenje zraka nije potpuno novo. Zapravo postoji već neko vrijeme. Pixar koristi tehnike praćenja zraka za stvaranje mnogih svojih filmova, ali za grafiku visoke vjernosti, okvir po kadar u rezolucijama koje Pixar postiže, treba vremena.

Puno^{(A lot)} vremena. Nekim okvirima na Sveučilištu Monsters^{(Monsters University)} bilo je prijavljeno 29 sati. Toy Story 3 je u prosjeku trajao 7 sati po kadru, a nekim okvirima je trebalo 39 sati prema priči iz 2010. iz Wireda.^{(Wired. )}

Budući da film ilustrira refleksiju svjetlosti sa svake površine kako bi se stvorio grafički stil koji su svi upoznali i zavoljeli, radno opterećenje je gotovo nezamislivo. Ograničavajući tehnike praćenja zraka samo na ono što oko može vidjeti, igre mogu koristiti tehniku ​​bez uzroka (doslovnog) pada vašeg grafičkog procesora.

Pogledajte sliku ispod.

To nije fotografija, unatoč tome koliko stvarno izgleda. To je slika praćena zrakama. Pokušajte zamisliti koliko je snage potrebno za stvaranje slike koja izgleda ovako. Jedna zraka se može pratiti i obraditi bez puno problema, ali što je kada se ta zraka odbije od objekta?

Jedna se zraka može pretvoriti u 10 zraka, a tih 10 u 100 itd. Povećanje je eksponencijalno. Nakon točke, odbijanja i refleksije izvan tercijarnog i kvartarnog prikaza sve manji povrati. Drugim riječima, za izračun i prikaz zahtijevaju mnogo više snage nego što vrijede. Za renderiranje slike negdje se mora povući granica.  

Sada zamislite da to radite 30 do 60 puta u sekundi. To je količina energije potrebna za korištenje tehnika praćenja zraka u igrama. Sigurno je impresivno, zar ne?

Dostižnost grafičkih kartica sposobnih za praćenje zraka će se povećavati kako vrijeme prolazi, a na kraju će ova tehnika postati lako dostupna kao 3D grafika. Međutim, za sada se praćenje zraka još uvijek smatra vrhunskom računskom grafikom. Kako onda praćenje puta dolazi u obzir?

Što je praćenje puta?

Praćenje puta^(Path) je vrsta praćenja zraka. To spada pod taj kišobran, ali tamo gdje je praćenje zraka izvorno teoretizirano 1968., praćenje staza nije se pojavilo sve do 1986. (a rezultati nisu bili tako dramatični kao sada).

Sjećate li se ranije spomenutog eksponencijalnog povećanja zraka? Trasiranje puta^(Path) pruža rješenje za to. Kada koristite praćenje puta za renderiranje, zrake proizvode samo jednu zraku po odbijanju. Zrake ne prate zadanu liniju po odskoku, već pucaju u slučajnom smjeru.

Algoritam za praćenje puta tada uzima nasumično uzorkovanje svih zraka kako bi stvorio konačnu sliku. To rezultira uzorkovanjem raznih vrsta rasvjete, ali posebno globalnog osvjetljenja.

Zanimljiva stvar kod praćenja putanje je da se učinak može oponašati korištenjem shadera. Nedavno se pojavila zakrpa shadera za emulator Nintendo Switch koja je igračima omogućila da oponašaju globalno osvjetljenje ucrtanog puta u naslovima poput The Legend of Zelda: Breath of the Wild i Super Mario Odyssey. Iako efekti izgledaju lijepo, nisu tako potpuni kao pravo praćenje puta.

Praćenje putanje^(Path) samo je jedan od oblika praćenja zraka. Iako je hvaljen kao najbolji način za renderiranje slika, praćenje putanje ima svoje nedostatke.

Ali na kraju, i praćenje putanje i praćenje zraka rezultiraju apsolutno prekrasnim slikama. Sada kada je hardver u strojevima za potrošače dosegao točku da je praćenje zraka moguće u stvarnom vremenu u video igrama, industrija je spremna napraviti iskorak koji je gotovo jednako impresivan kao i korak od 2D do 3D grafike.

Međutim, proći će još neko vrijeme — najmanje nekoliko godina — prije nego što se potrebni hardver smatra „pristupačnim“. Od sada, čak i potrebne grafičke kartice koštaju više od 1000 dolara.

What is Path Tracing and Ray Tracing? And Why do They Improve Graphics?

If you’ve taken even the slightest glance towards gaming and graphics news lately, then you’ve heard the latest and greatest buzzword: ray tracing. You might also have heard a similar-sounding word cаlled path tracіng. And you could be tоtally forgiven for not fullу understаnding what either one оf the processes is.

A simple explanation is that both path tracing and ray tracing are graphical techniques that result in more realistic-looking images at the cost of significantly more computational power. There is a Minecraft video on YouTube that demonstrates the particular aspects of ray tracing in a clear way, but also illustrates the stress it puts on a system.

If that’s the only explanation you need, great! But if you want to dig deep and find out how each technique works and why GPU hardware companies are charging a small fortune for ray tracing-capable cards, read on.

Rasterization and Computer Graphics

Any image you see displayed on a computer screen did not start out as that image. It begins as either a raster or a vector image. A raster image is composed of a collection of shaded pixels.

A vector image is based on mathematical formulas that mean the image can be increased in size almost indefinitely. The downside of vector images is that more precise details are difficult to achieve. Vector images are best used when only a few colors are needed.

The main strength of rasterization is its speed, especially in comparison to techniques like ray tracing. Your GPU, or graphics processing unit, will tell the game to create a 3D image out of small shapes, most often triangles. These triangles are turned into individual pixels and then put through a shader to create the image you see on screen.

Rasterization has been the go-to option for video game graphics for a long time due to how quickly it can be processed, but as current technology begins to bump against its limits more advanced techniques are needed ot break through to the next level. That’s where ray tracing comes in.

Ray tracing looks far more realistic than rasterization, as the image below illustrates. Look at the reflections on the tea pot and the spoon.

What is Ray Tracing?

At the surface level, ray tracing is an umbrella term that means everything from a single intersection of light and object to complete photorealism. In the most common context used today, however, ray tracing refers to a rendering technique that follows a beam of light (in pixels) from a set point and simulates how it reacts when it encounters objects.

Take a moment and look at the wall of the room you’re in. Is there a light source on the wall, or is light reflected off the wall from another source? Ray traced graphics would start at your eye and follow your line of sight to the wall, and then follow the path of light from the wall back to the light source.

The diagram above illustrates how this works. The reason for the simulated “eyes” (the camera in this diagram) is to lessen the load on the GPU.

Why? Well, ray tracing isn’t brand-new. It’s actually been around for quite some time. Pixar uses ray tracing techniques to create many of its movies, but high-fidelity, frame-by-frame graphics at the resolutions Pixar achieves take time.

A lot of time. Some frames in Monsters University took a reported 29 hours each. Toy Story 3 took an average of 7 hours per frame, with some frames taking 39 hours according to a 2010 story from Wired.

Because the film illustrates the reflection of light from every surface to create the graphical style everyone has come to know and love, the work load is almost unimaginable. By limiting ray tracing techniques to only what the eye can see, games can utilize the technique without causing your graphics processor to have a (literal) meltdown.

Take a look at the image below.

That’s not a photograph, despite how real it looks. It’s a ray-traced image. Try to imagine how much power is required to create an image that looks like this. One ray can be traced and processed without much trouble, but what about when that ray bounces off an object?

A single ray can turn into 10 rays, and those 10 can turn into 100, and so on. The increase is exponential. After a point, bounces and reflections beyond tertiary and quaternary display diminishing returns. In other words, they require far more power to calculate and display than they are worth. For the sake of rendering an image, a limit has to be drawn somewhere.  

Now imagine doing that 30 to 60 times per second. That is the amount of power required to use ray tracing techniques in games. It’s certainly impressive, right?

The attainability of graphics cards capable of ray tracing will go up as time goes on, and eventually this technique will become as readily available as 3D graphics. For now, though, ray tracing is still considered the cutting-edge of computer graphics. So how does path tracing come into play?

What is Path Tracing?

Path tracing is a type of ray tracing. It falls under that umbrella, but where ray tracing was originally theorized in 1968, path tracing didn’t come onto the scene until 1986 (and the results were not as dramatic as those now.)

Remember the exponential increase in rays mentioned earlier? Path tracing provides a solution to that. When using path tracing for rendering, the rays only produce a single ray per bounce. The rays do not follow a set line per bounce, but rather shoot off in a random direction.

The path tracing algorithm then takes a random sampling of all of the rays to create the final image. This results in sampling a variety of different types of lighting, but especially global illumination.

An interesting thing about path tracing is that the effect can be emulated through the use of shaders. A shader patch appeared recently for a Nintendo Switch emulator that allowed players to emulate path traced global illumination in titles like The Legend of Zelda: Breath of the Wild and Super Mario Odyssey. While the effects look nice, they aren’t as complete as true path tracing.

Path tracing is just one form of ray tracing. While it was hailed as the best way to render images, path tracing comes with its own flaws.

But in the end, both path tracing and ray tracing result in absolutely beautiful images. Now that the hardware in consumer-grade machines has reached a point that ray tracing is possible in real-time in video games, the industry stands poised to make a breakthrough that’s almost as impressive as the step from 2D to 3D graphics.

However, it will still be some time—several years at least—before the necessary hardware will be considered “affordable.” As of now, even the necessary graphics cards cost well over $1,000.

Related posts

• Kako preokrenuti tekst na putu u Illustratoru

• 3 načina za snimanje fotografije ili videozapisa na Chromebooku

• Kako otkriti softver za praćenje računala i e-pošte ili špijuniranje

• Demistificirana tehnologija ravnog zaslona: TN, IPS, VA, OLED i više

• Kako uključiti ili isključiti Caps Lock na Chromebooku

• Kako podijeliti isječak u Adobe Premiere Pro

• Kako objaviti članak na Linkedinu (i najbolja vremena za objavljivanje)

• Ne možete unaprijed zakazati Uber? Evo što učiniti

• Kako koristiti Discord Spoiler oznake

• Možete li promijeniti svoje Twitch ime? Da, ali budi oprezan

• Kako emitirati na Roku TV s računala ili mobitela

• What Is the Uber Passenger Rating and How to Check It

• Kako pronaći najbolje Discord poslužitelje

• Kako isključiti nekoga u Discordu

• Kako pronaći uspomene na Facebooku

• Kako napraviti snimku zaslona na Steamu

• Kako provjeriti ima li grešaka na tvrdom disku

• Kako preuzeti i instalirati Peacock na Firestick

• Što znače BCC i CC? Razumijevanje osnovnog jezika e-pošte

• Kako se riješiti Yahoo pretraživanja u Chromeu