Co je to trasování tras a trasování paprsků? A proč zlepšují grafiku?

Jestli jste vzali ještě sebemenší pohled
směrem k herním a grafickým novinkám v poslední době, pak jste slyšeli nejnovější a
největší bzučák: sledování paprsku. Možná jste také slyšeli podobný zvuk
slovo trasování cesty. A mohli byste být zcela odpuštěni, ne úplně
pochopení toho, co je jedním z procesů.

Jednoduché vysvětlení je, že obě cesty
trasování a sledování paprsku jsou grafické techniky, které vedou k realističtějšímu pohledu
obrazů za cenu výrazně vyšší výpočetní síly. Tady je
Minecraft video na YouTube, který demonstruje zvláštní aspekty paprsku
přehledným způsobem, ale také ilustruje stres, který kladou na systém.

Obrázek vytvořený pomocí Ray Tracing

Pokud je to jediné vysvětlení, které potřebujete,
skvělý! Ale pokud chcete kopat hluboko a zjistit, jak každá technika funguje a
proč GPU hardwarové společnosti účtují malé jmění pro sledování paprsku-schopný
čtěte dál.

Rasterizace a počítačová grafika

Jakýkoli obrázek, který se zobrazí na obrazovce počítače, se nezačal zobrazovat jako obraz. Začíná buď jako rastrový nebo vektorový obrázek. Rastrový obrázek se skládá ze kolekce stínovaných pixelů.

Vektorový obrázek je založen na matematických vzorcích, které znamenají, že obraz může být zvětšen téměř na dobu neurčitou. Nevýhodou vektorových obrazů je, že je obtížnější dosáhnout přesnějších detailů. Vektorové obrázky se nejlépe používají, když je potřeba pouze několik barev.

Hlavní síla rasterizace je její
rychlost, zejména ve srovnání s technikami, jako je sledování paprsku. Vaše GPU, nebo
grafického zpracování jednotky, řekne hře vytvořit 3D obraz z malých
tvary, nejčastěji trojúhelníky. Tyto trojúhelníky se mění na jednotlivé pixely
a pak přes shader vytvořte obraz, který vidíte na obrazovce.

Rasterizace byla možnost volby
grafiku videohry na dlouhou dobu kvůli tomu, jak rychle to může být zpracován, ale
současná technologie začíná narážet na své limity, které jsou pokročilejší
techniky je třeba přejít na další úroveň. Tam je paprsek
sledování.

Sledování paprsků vypadá mnohem realističtěji než
rasterizace, jak ukazuje obrázek níže. Podívejte se na odrazy na
čajové konvice a lžíce.

Co je to Ray Tracing?

Na úrovni povrchu je sledování paprsku
termín deštník, který znamená všechno z jediného průsečíku světla a
objekt k dokončení fotorealismu. V nejběžnějším kontextu, který se používá dnes,
trasování paprsků se však týká metody vykreslování, která následuje paprsek paprsku
světla (v pixelech) od nastavené hodnoty a simuluje, jak reaguje
narazí na objekty.

Udělejte si chvilku a podívejte se na zeď
Je na zdi zdroj světla nebo se odráží světlo
zeď z jiného zdroje? Ray sledoval grafiku by začít u oka a
Sledujte svou linii zraku ke zdi a pak sledujte cestu světla
stěny zpět ke zdroji světla.

Výše uvedený diagram ilustruje, jak to
funguje. Důvodem pro simulované „oči“ (kamera v tomto případě)
diagramu) je snížení zátěže GPU.

Proč? No, sledování paprsku není úplně nové. Je to vlastně už nějakou dobu. Pixar používá techniky pro sledování paprsků, aby vytvořil mnoho svých filmů, ale vysoce věrnou grafiku po jednotlivých snímcích v rozlišeních Pixar dosahuje času.

Hodně času. Některé snímky v Monsters University každý zaznamenal 29 hodin. Toy Story 3 průměrně 7 hodin na jeden snímek, přičemž některé snímky pořizovaly hodiny 39 podle příběhu 2010 od uživatele Kabelové připojení.

Protože film ilustruje odraz
světla z každého povrchu vytvořit grafický styl každý přišel
znát a milovat, pracovní zátěž je téměř nepředstavitelná. Omezením trasování paprsků
techniky pouze to, co oko vidí, hry mohou využít techniku
bez toho, aby váš grafický procesor měl (doslovný) zhroucení.

Podívejte se na níže uvedený obrázek.

To není fotografie, přestože to vypadá skutečně. Je to obraz sledovaný paprsky. Zkuste si představit, kolik energie je zapotřebí k vytvoření obrázku, který vypadá takto. Jeden paprsek lze vysledovat a zpracovat bez větších problémů, ale co když ten paprsek odrazí objekt?

Jeden paprsek se může proměnit v paprsky 10 a ty 10 se mohou změnit na 100 a tak dále. Zvýšení je exponenciální. Za bodem se odrazí odrazy a odrazy za terciárním a kvartérním zobrazením. Jinými slovy, oni vyžadují mnohem více energie pro výpočet a zobrazení, než stojí za to. Kvůli vykreslení obrázku musí být někde definován limit.

Příklad sledování paprsku

Nyní si představte, že to 30 na 60 krát za
druhý. To je množství energie potřebné pro použití techniky sledování paprsku v
hry. Je to určitě působivé, že?

Schopnost grafických karet
Sledování paprsků půjde nahoru, jak čas pokračuje, a nakonec tato technika bude
být stejně snadno dostupný jako grafika 3D. Prozatím je však sledování paprsku
stále považován za špičku počítačové grafiky. Tak jak to jde
do hry přichází stopování?

Co je to trasování cesty?

Trasování trasy je typ sledování paprsku. To
spadá pod tento deštník, ale tam, kde se původně předpokládalo sledování paprsku
1968, trasování cesty nepřišlo na scénu, dokud 1986 (a výsledky nebyly
ne tak dramatické jako ty.)

Vzpomeňte si na exponenciální nárůst paprsků
zmíněno dříve? Trasování cesty je řešením. Při použití cesty
trasování pro vykreslování, paprsky produkují pouze jeden paprsek na odraz. Paprsky
nesledují nastavený řádek na jeden odraz, ale spíše střílejí v náhodném pořadí
směr.

Algoritmus trasování cesty pak trvá a
náhodného vzorkování všech paprsků pro vytvoření konečného obrazu. Výsledkem je vzorkování
různé druhy osvětlení, ale zejména globální osvětlení.

Zajímavostí o trasování cesty je
že efekt může být emulován použitím shaderů. Náplast shaderu
nedávno se objevil pro emulátor Nintendo Switch, který hráčům umožnil
emulovat cestu sledoval globální osvětlení v titulech jako The Legend of Zelda: Breath of the Wild a Super Mario Odyssey. Zatímco efekty vypadají pěkně, nejsou jako
jako skutečné trasování cesty.

Trasování je jen jednou formou paprsku
sledování. Zatímco to bylo vítané jako nejlepší způsob, jak vykreslit obrázky, trasování cesty
přichází s vlastními vadami.

Výsledkem je, že výsledkem trasování cesty i trasování paprsků jsou naprosto krásné snímky. Nyní, když hardware ve spotřebitelských strojích dosáhl bodu, kdy je v reálném čase ve videohrách možné sledovat paprsek, je odvětví připraveno udělat průlom, který je téměř stejně působivý jako krok od 2D ke grafice 3D.

Nicméně, to bude ještě nějaký čas - přinejmenším několik let - předtím, než bude nezbytný hardware považován za „cenově dostupný“. Od nynějška i potřebné grafické karty stojí více než $ 1,000.

Napsat komentář

Tyto stránky používají Akismet k omezení spamu. Zjistěte, jak jsou vaše údaje komentářů zpracovávány.