Čo je sledovanie lúčov a ako to funguje?

Ak pravidelne hráte videohry alebo ak ste sledovali animovaný film spoločnosti Pixar alebo Disney z posledných rokov, už ste videli lúčové stopy v akcii bez toho, aby ste si to uvedomovali.

Tento výraz vyvolal v hernom priemysle za posledné asi dva roky značný rozruch a hovorí sa o ňom ako o budúcnosti grafiky v hrách. Čo je to sledovanie lúčov, ako to funguje a prečo je to také dôležité?

Čo je sledovanie lúčov?

Ray tracing je metóda vykresľovania grafiky, ktorá pomocou algoritmov počíta, kde vo videohrách majú byť svetlo a tiene.

Tu je miesto, kde sa hodí prírodoveda na základnej škole: pozrite sa na hrnček. Pri pohľade na hrnček sa svetlo odráža od hrnčeka priamo do vášho oka a váš mozog chápe, že predmet, ktorý sedí pred vami, je hrnček. Teraz z hrnčeka pohnite očami a nájdite zdroj svetla vo svojej izbe. To je sledovanie lúčov.

V 3D videohrách, ktoré máme teraz, sa algoritmus sledovania lúčov začína z pohľadu hráča a sa vydáva na „sledovanie“, identifikáciu a mapovanie svetla, farieb a tieňov viacerých objektov na obrazovke.

Vďaka tomu sú grafiky produkované trasovaním lúčov hladšie po okrajoch a realistickejšie.

Pred sledovaním lúčov

Ak chcete vedieť, ako vyzerali pohyblivé obrázky pred sledovaním lúčov, stačí sa pozrieť na videohry vyrobené začiatkom 20. rokov 20. storočia a porovnať ich s názvami videohier AAA, ktoré sú na trhu práve teraz.

Tradičná počítačová grafika používa metódu nazývanú rasterizácia, pri ktorej sa koncept a vykreslenie zdrojov 3D svetla prevádzajú na povrch 2D. 3D polygóny sú preložené do 2D pixelov, a to nemusí vždy dobre dopadnúť, pretože v podstate nútite komplexný objekt s mnohými povrchmi na rovný povrch.

Navyše tradičné počítače jednoducho neboli dosť rýchle na to, aby držali krok s intenzitou videohier. Aj keď v rasterizácii došlo k mnohým vylepšeniam, napríklad pri predstavovaní intenzívnej strieľačky z pohľadu prvej osoby to v porovnaní so sledovaním lúčov zaostáva.

Ako funguje sledovanie lúčov

Sledovanie lúčov znie ako koncept jednoducho a vzrušujúco, ale nejde o ľahkú techniku. Ako teda funguje sledovanie lúčov?

Ray tracing vykonáva proces zvaný „odšumovanie“, kde jeho algoritmus, počnúc kamerou - z vášho pohľadu - sleduje a presne určuje najdôležitejšie odtiene svetla a tieňov. Pomocou strojového učenia „vypĺňa medzery“ a vytvára fotorealistický obraz.

Čím jasnejšia je scéna vo videohre, tým vyššia je kvalita grafiky a vyššia kvalita, tým je to nákladnejšie. To nás privádza k dôvodu neskorého príchodu ray tracingu do odvetvia videohier.

Prečo sa sledovaniu lúčov tak dlho vyhýbali?

Mali by ste vedieť, že ani sledovanie lúčov nie je novou technikou. Hollywood využíva sledovanie lúčov dávno predtým, ako sa táto technológia dostala do odvetvia videohier. Film Pixar z roku 2013, Univerzita príšer, bol vlastne prvým animovaným filmom, ktorý využíval technológiu sledovania lúčov pre všetko osvetlenie a tieňovanie. Prečo sa teda sledovanie lúčov dostalo do videohier tak neskoro?

Po prvé, z hľadiska mechaniky je samotné sledovanie lúčov výpočtovo náročné. Aplikácia technológie sledovania lúčov na štandardný 90-minútový akčný film s rýchlosťou 24 snímok za sekundu je už mimoriadne časovo náročná. Animátori môžu stráviť dni alebo týždne iba na jednej scéne, takže si len predstavte, o koľko intenzívnejšie je sledovanie lúčov v štandardnej videohre, pri ktorej 60 snímok beží za sekundu. Bolo to jednoducho nepraktické.

Ďalej, ako už bolo spomenuté vyššie, sledovanie lúčov je nákladné. Okrem skutočnosti, že je to časovo náročné, je drahý rozpočet dôvodom, prečo si ray tracing mohli dovoliť vždy iba megafilmové produkčné spoločnosti v Hollywoode. Výroba Pixar’s Monsters University stála 200 miliónov dolárov, rovnako ako Toy Story 4, ktorá vyšla v roku 2019.

Zatiaľ čo moderné grafické karty s podporou sledovania lúčov v reálnom čase sa pohybujú od 400 do 3 000 dolárov.

Keď sa používa sledovanie lúčov

Ray tracing sa vo videohre používa takmer všade, najmä však v scénkach. Všimli ste si niekedy, prečo vaša postava vyzerá realistickejšie a sofistikovanejšie počas scén strihu videohry? To je sledovanie lúčov v akcii. Hit Control AAA z roku 2019 je najlepším príkladom úspešného sledovania lúčov vo videohre.

Okrem videohier sa sledovanie lúčov využíva aj v mnohých odvetviach. V architektúre je sledovanie lúčov zabudované do softvérových aplikácií na 3D modelovanie budovy. Vďaka tomu je predstava architekta o návrhu budovy realistickejšia ako ručne nakreslené koncepčné náčrty a svetlo modelovania je presnejšie. V strojárstve sa na podobné účely používa aj sledovanie lúčov.

Vývojári hier a sledovanie lúčov

Po získaní spoločnosti RayScale pre sledovanie lúčov v roku 2008 sa Nvidia stala prvou v odbore, ktorá komerčne uviedla sledovanie lúčov. V roku 2018 predstavila spotrebiteľom svoje grafické karty série GeForce RTX. Odvtedy sa k hre na sledovanie lúčov jeden po druhom pripojili aj známi vývojári hier.

V roku 2019 spoločnosti Epic Games a Utility Technologies oznámili, že ich podpisové hardvérové ​​motory teraz ponúkajú natívnu podporu pre sledovanie lúčov. V roku 2018 Microsoft integroval ray tracing do DirectX 12, svojho kľúčového softvéru pre programovanie multimédií a hier pre Xbox One. Začiatkom roku 2020 predstavil technologický titan DirectX 12 Ultimate, upgrade na DirectX 12.

Ak sa chcete dozvedieť viac informácií o sledovaní lúčov, vyskúšajte naše porovnanie najnovších produktov Nvidia GeForce RTX. Ak ste používateľom systému Linux, pozrite sa, ako rôzne grafické karty od Nvidia a AMD sa hromadia v systéme Linux.

Prečo sú grafické procesory série Nvidia 30 lepšie ako AMD

Zdá sa, že gigant grafických čipov Nvidia bude dominovať na trhu GPU so svojou novou radou kariet GFX série 30, ktoré porazia AMD.

Ray Tracing ovplyvní budúcnosť hrania

Čo v zásade sľubuje sledovanie lúčov, je vysokokvalitný vizuálny zážitok pre maximálny pôžitok. Ray tracing vo videohrách je stále veľmi skoro, ale jeho vstup na trh predstavuje sľubnú budúcnosť pre miliardový priemysel.

7 najlepších grafických kariet pre lacné hry

Rozpočtové grafické karty sú v dnešnej dobe veľmi schopné. Tu sú najlepšie rozpočtové grafické karty, ktoré vám umožnia hrať lacno.

O autorovi