Ray tracing a path tracing jsou dvě z nejvíce vzrušujících a nejnáročnějších technik dynamického osvětlení dostupných hráčům a herním vývojářům v roce 2024. Obě představují masivní skok v realismu oproti tradičním „pečeným“ technikám osvětlení a mohou dokonce i starší hry vypadat mnohem lépe. realistické, než na co mají jejich blokové textury a geometrie právo.
Ale pokud ray tracing i path tracing generují ve hrách více realistického osvětlení, co je lepší? A jaký je mezi nimi vůbec rozdíl? Zde se dozvíte, jak se ray tracing a path tracing srovnávají a proč byste v nadcházejících letech mohli ve svých oblíbených hrách vidět jeden více než druhý.
Co je ray tracing?
Ray tracing je realistická metoda modelování osvětlení ve scéně. Původně vznikl koncem 60. let 20. století, ale teprve nedávno se dostal do her v reálném čase, protože je náročný na výpočty.
Ray tracing funguje tak, že vrhá paprsek do scény z pohledu hráče. Pokaždé, když paprsek interaguje s objektem, vypočítá se účinek tohoto objektu na paprsek, včetně jeho barvy, průhlednosti a orientace. Tento paprsek je nadále sledován, když se odráží kolem scény, dokud se neprotne se světelným zdrojem. Tento výpočet se provádí pro každý pixel ve scéně, což umožňuje neuvěřitelně realisticky vypadající, ale také neuvěřitelně náročnou techniku osvětlení.
Ray tracing se ve filmovém CGI používá roky, přičemž vykreslení jednotlivých snímků často trvá hodiny nebo dokonce dny. S tím, jak se ale zlepšil výpočetní výkon a po uvedení grafických karet RTX od Nvidie a GPU RDNA od AMD, umožnily akcelerátory ray tracingu ray tracing ve hrách v reálném čase. Ačkoli se v prvních vydáních omezuje na stíny a odrazy, v některých hrách se od té doby rozšířilo na globální osvětlení.
Co je sledování cesty?
Trasování cesty je modernější metodou modelování dynamického osvětlení scény v reálném čase. Byl vyvinut v polovině 80. let 20. století a využívá jiný přístup – vysílá stovky nebo dokonce tisíce paprsků najednou ze zdroje světla a poté je sleduje, jak se náhodně odrážejí po scéně. To je na povrchu mnohem složitější, ale konečným výsledkem je snazší vykreslování, protože místo sledování každého jednotlivého paprsku od pixelu ke zdroji sleduje pouze vzorek těchto paprsků na základě nejpravděpodobnější cesty, kterou by světlo prošlo.
Je to kombinace ray tracingu a Simulace Monte Carlo to umožňuje hře nebo aplikaci používat zvládnutelný počet cest ke sledování zdroje světla. To umožňuje světelné efekty podobné ray tracingu s menší režií, ale pravděpodobně, stejně důležité, umožňuje mnohem větší granularitu založenou na možnostech systému a zvolených nastaveních. Větší velikost vzorku znamená větší nároky na GPU vykreslující scénu, ale také větší detaily. Díky menším vzorkům je sledování cest lépe ovladatelné na úkor vizuální kvality.
Konečné výsledky trasování cesty však nejsou dokonalé. Jsou kombinovány s odšumovacími algoritmy pro vyčištění výsledného obrazu a výsledky jsou působivé.
Existují určité scény a určité předměty, například reflexní a refrakční objekty – například sklenice vody – u kterých je třeba vyladit algoritmus sledování cesty, aby se zabránilo nežádoucí ztrátě informací v menších vzorcích. Je možné, že s těmito objekty bude algoritmus místo toho jednoduše sledovat paprsky hrubé síly, aby byla zaručena přesnost.
Konečným výsledkem je však v každém případě vykreslená scéna, která vypadá stejně realisticky osvětlená jako ray traced, ne-li více, ale s potenciálem mnohem nižší režie – zejména při nastavení vyšších detailů. Trasování dráhy je také považováno za efektivnější pro dobře osvětlené scény, protože má k dispozici více dat, zatímco sledování paprsků může být efektivnější při vykreslování scén se spoustou stínů, protože zná skutečnou dráhu, kterou by paprsky světla prošly. .
Vypadá sledování cesty lépe než sledování paprsků?
Ray tracing je přesná technika pro modelování osvětlení v reálném čase, protože sleduje přirozenou cestu, jak se světlo může šířit kolem scény. Avšak obrovské množství výpočtů, které je třeba provést, aby bylo možné efektivně využívat sledování paprsků, je neuvěřitelné. Dokonce i moderní hardware se vší svojí hardwarovou akcelerací může bojovat v silně ray tracovaných hrách. To je důvod, proč mnoho her, které podporují „sledování paprsků“, ve skutečnosti používá sledování paprsků pouze pro určitou část scény: obvykle stíny nebo odrazy.
Trasování cest na druhé straně může vytvářet stejně silné nebo dokonce lépe vypadající vizuály, přičemž klade menší nároky na vykreslovací hardware. Je to model používaný v některých dosud nejpůsobivějších hrách s „ray traced“, jako je Quake II RTX, Portál RTXa aktualizace režimu Overdrive pro Cyberpunk 2077. Také se to modifikuje do starších her, jako Half-Life 2s velkým efektem.
Trasování cesty nabízí lépe vypadající, méně intenzivní formu dynamického osvětlení a celkově je pravděpodobně lepším řešením. Sledování paprsků má však stále své místo tam, kde by omezené velikosti vzorků s dráhou vedly k problémům s vizuální přesností. Existuje také mnoho moderních příkladů tradičně rastrovaných her, kde osvětlení s paprskem trasovaným nebo trasovaným osvětlením přidává k zážitku jen velmi málo, a přitom zcela snižuje počet snímků za sekundu – např. Bradavické dědictví.
Je pravděpodobné, že dokud nebudou grafické karty dostatečně výkonné, kde se ray tracing nebo path tracing vykreslí stejně snadno jako rasterizace, uvidíme v budoucích hrách kombinaci světelných efektů, protože každá technika má své místo.
Podpořte naši práci ❤️
Pokud se vám tento článek líbil, zvažte zaslání spropitného, abychom mohli i nadále vydávat kvalitní obsah.
