Ray tracing to funkcja, o której wspomina się w najnowszych kartach graficznych Nvidia RTX z serii 50, a także w nowych kartach AMD Radeon RX 9070 XT i RX 9070. Jest ona wykorzystywana w nowoczesnych grach do tworzenia niesamowitych efektów wizualnych i opiera się na wyspecjalizowanym sprzęcie w dzisiejszych procesorach graficznych, dlatego też Nvidia, AMD, a nawet Intel podkreślają tę technologię przy każdej nowej premierze sprzętu.
Ray tracing jest również wykorzystywany do nadawania niektórym klasycznym grom nowego życia, co trafnie pokazała niedawna premiera Half-Life 2 RTX.
Zanurzmy się w tym, czym jest ray tracing, gdzie jest używany, jakie efekty obsługuje, jakie wyzwania przed nim stoją i które gry z niego korzystają. Tak więc, bez zbędnych ceregieli, przejdźmy do rzeczy.
Czym jest Ray Tracing?
W grach ray tracing symuluje realistyczne oświetlenie. To wszystko. Niektóre z efektów, które tworzy, mogą być niezwykle imponujące, tworząc znacznie bardziej wiarygodne światy niż tradycyjna rasteryzacja, ale to w zasadzie wszystko, co robi. Efekty świetlne, takie jak realistyczne cienie, odbicia, półprzezroczystość i globalne oświetlenie, są znacznie ulepszone dzięki ray tracingowi w porównaniu z poprzednimi metodami.
Jeśli chcesz wyrenderować zalaną deszczem ulicę z kałużami odbijającymi neony i witrynami sklepowymi odpowiednio załamującymi światło, aby zbudować przekonujący świat, ray tracing jest najlepszym rozwiązaniem. Właśnie dlatego technologia ta jest tak skutecznie wykorzystywana w grach takich jak Cyberpunk 2077, a ostatnio w aktualizacji GTA V Enhanced, by wymienić tylko dwa z rosnącej listy tytułów wykorzystujących ray tracing.
Ponieważ ray tracing dokładnie symuluje interakcję światła z obiektami w scenie, może on pozwolić twórcom gier skupić się na tworzeniu środowiska, które sobie wyobrażają, zamiast na obchodzeniu ograniczeń rasteryzacji. Z tego powodu ray tracing jest często określany jako przyszłość renderowania gier i istnieje wiele przykładów sugerujących, że może to być prawda.
Gdy deweloper implementuje ray tracing, jego celem są konkretne efekty i koncepcje wizualne. Nie jest to po prostu coś, co się włącza - jest to zestaw efektów, od stosunkowo prostych, takich jak cienie, po bardziej złożone techniki, takie jak globalne oświetlenie. Oto krótki przegląd głównych efektów ray tracingu:
Odbicia w technologii Ray-Traced
Tworzenie odbić za pomocą tradycyjnej rasteryzacji jest niezwykle trudne, jeśli nie niemożliwe, bez obejścia. Przez lata deweloperzy korzystali z technik takich jak Screen Space Reflection (SSR), które mogą skutecznie obsługiwać odbicia wody lub duplikować scenę, aby stworzyć iluzję odbicia. Metody te mają jednak wyraźne ograniczenia - na przykład SSR odzwierciedla tylko to, co aktualnie znajduje się na ekranie, co oznacza, że obiekty znajdujące się poza widokiem kamery nie pojawią się w odbiciach.
Z kolei odbicia oparte na ray tracingu dokładnie odwzorowują środowisko gry, znacznie poprawiając immersję. Lustra, szkło, kałuże, a nawet subtelne odbicia na wypolerowanych powierzchniach - wszystko to korzysta z prawdziwego ray tracingu. Odbicia mogą być jednak wymagające obliczeniowo, dlatego do gry wkraczają rozwiązania oparte na sztucznej inteligencji, takie jak DLSS 3.5 Ray Reconstruction firmy Nvidia.
Ray-Traced Shadows
Twórcy gier od lat korzystają z map cieni, ale mają one swoje ograniczenia - cienie mogą wyglądać sztucznie, cierpią z powodu ograniczeń rozdzielczości i zmagają się z dynamicznym oświetleniem. Cienie oparte na ray tracingu są znacznie bardziej realistyczne, zwłaszcza w połączeniu z innymi technikami ray tracingu, takimi jak globalne oświetlenie.
Globalne oświetlenie oparte na ray tracingu
Gry tradycyjnie obsługiwały oświetlenie w bardzo prosty sposób. Bezpośrednie oświetlenie dodawało odrobinę wiarygodności, ale rezultat nadal mógł wyglądać kreskówkowo. W miarę jak gry stawały się coraz bardziej szczegółowe i bogatsze, zapotrzebowanie na realistyczne oświetlenie wzrosło do punktu, w którym subtelna interakcja między materiałami, powierzchniami i oświetleniem wtórnym jest niezbędna. Tradycyjna rasteryzacja wstępnie wypiekała oświetlenie, aby stworzyć bardziej wiarygodny, solidny świat, ale odbywało się to kosztem dynamiki. Gdy coś się poruszało, oświetlenie mogło sprawiać wrażenie niedziałającego, ponieważ brakowało mu możliwości realistycznej reakcji.
Ray tracing po raz kolejny przychodzi na ratunek, obsługując oświetlenie z większą dokładnością, tworząc bardziej wciągające środowisko. Symuluje zarówno bezpośrednie, jak i pośrednie światło, tworząc bardziej wiarygodną scenę. Taką, która jest dynamiczna i tonalnie znacznie bliższa temu, co można zobaczyć w prawdziwym świecie. Efekty globalnego oświetlenia opartego na ray tracingu mogą być subtelne, zwłaszcza w naturalnych sceneriach, takich jak gęsta dżungla, ale mózg wyłapuje odpowiednie sygnały i ma to więcej sensu niż gotowe oświetlenie.
Dlaczego Ray Tracing nie stał się standardem?
Ray tracing stoi przed poważnymi wyzwaniami. Po pierwsze, jest on niezwykle kosztowny obliczeniowo i wymaga dedykowanego sprzętu. Nowoczesna, wydajna karta graficzna jest niezbędna do pełnego wykorzystania tej technologii.
Nawet przy użyciu najnowszych procesorów graficznych nie jest możliwe śledzenie każdego promienia światła w scenie przy płynnej liczbie klatek na sekundę. Skutkuje to zaszumionymi obrazami, których oczyszczenie wymaga obróbki końcowej. Ze względu na te ograniczenia, większość gier renderuje sceny oparte na ray tracingu w niższej rozdzielczości i wykorzystuje techniki skalowania w górę, takie jak DLSS lub FSR, aby zachować jakość obrazu.
Kolejną przeszkodą jest fakt, że nie wszystkie gry obsługują ray tracing. Nie jest to tak proste, jak zakup karty z serii RTX 50 i nagłe przekształcenie każdej gry. Dobrą wiadomością jest to, że DirectX 12 firmy Microsoft zawiera wbudowaną obsługę ray tracingu, co ułatwia deweloperom jego implementację.
Ostatnim wyzwaniem jest to, że tradycyjna rasteryzacja stała się niezwykle dobra w symulowaniu realistycznego oświetlenia. Nadal opiera się na przybliżeniach i sprytnych sztuczkach, a niektóre efekty są niemożliwe bez ray tracingu, ale deweloperzy udoskonalili techniki rasteryzacji do tego stopnia, że różnica wizualna nie zawsze uzasadnia koszt obliczeniowy ray tracingu.
Najlepsze gry ze śledzeniem promieni
Technologia ray tracingu w czasie rzeczywistym istnieje już od kilku lat, a wiele gier pokazuje jej możliwości. Oto kilka wyróżniających się tytułów, które podkreślają tę technologię:
- Alan Wake 2
- Czarny mit: Wukong
- Kontrola
- Cyberpunk 2077
- Ghostwire: Tokio
- Indiana Jones i Wielki Krąg
- Marvel's Spider-Man
- Metro Exodus
- Minecraft RTX
- Ratchet & Clank: Rift Apart
- Resident Evil Village
- Shadow of the Tomb Raider
- Watch Dogs: Legion
Sortowalną listę gier wykorzystujących ray tracing można znaleźć na stronie internetowej Nvidii. Choć skupia się ona na technologiach Nvidii, to nadal jest przydatnym źródłem informacji na temat gier prezentujących możliwości ray tracingu.