Se ultimamente hai preso anche il minimo slancio verso le notizie di gioco e grafiche, hai sentito l'ultima parola d'ordine più grande: ray tracing. Potresti anche aver sentito una parola dal suono simile chiamata traccia percorso. E potresti essere totalmente perdonato per non aver compreso del tutto uno dei due processi.
Una semplice spiegazione è che sia il tracciato che il ray tracing sono tecniche grafiche che danno luogo a immagini dall'aspetto più realistico al costo di un numero significativamente maggiore potenza computazionale. C'è un video di Minecraft su YouTube che mostra in modo chiaro i particolari aspetti del raytracing, ma illustra anche lo stress che mette su un sistema.
Se questa è l'unica spiegazione di cui hai bisogno, fantastico! Ma se vuoi approfondire e scoprire come funziona ogni tecnica e perché le aziende di hardware GPU stanno caricando una piccola fortuna per le schede abilitanti di ray tracing, continua a leggere.
Rasterizzazione e computer grafica
Qualsiasi immagine che vedi visualizzata sullo schermo di un computer non è iniziata come quella immagine. Inizia come un'immagine raster o vettoriale. Un'immagine raster è composta da una raccolta di pixel ombreggiati.
Un'immagine vettoriale si basa su formule matematiche che indicano che l'immagine può essere ingrandita quasi indefinitamente. Il rovescio della medaglia delle immagini vettoriali è che i dettagli più precisi sono difficili da ottenere. Le immagini vettoriali sono utilizzate al meglio quando sono necessari solo pochi colori.
Il principale punto di forza della rasterizzazione è la sua velocità, soprattutto rispetto a tecniche come il ray tracing. La tua GPU, unità di elaborazione orgraphics, dirà al gioco di creare un'immagine 3D da piccole forme, molto spesso triangoli. Questi triangoli vengono trasformati in singoli pixel e poi passati attraverso uno shader per creare l'immagine che vedi sullo schermo.
La rasterizzazione è stata per molto tempo l'opzione go-to per la grafica dei videogiochi a causa della rapidità con cui può essere elaborata, ma poiché la tecnologia attuale inizia a superare i suoi limiti, sono necessarie tecniche più avanzate per passare alla successiva livello. È qui che entra in gioco il raytracing.
Il ray tracing sembra molto più realistico della rasterizzazione, come mostra l'immagine qui sotto. Guarda i riflessi sulla pentola e sul cucchiaio.
Che cos'è Ray Tracing?
A livello di superficie, il ray tracing è un termine anumbrico che significa tutto, da una singola intersezione di luce e oggetto al fotorealismo completo. Nel contesto più comune usato oggi, tuttavia, il ray tracing si riferisce a una tecnica di rendering che segue un raggio di luce (in pixel) da un set point e simula il modo in cui reagisce quando si contrasta con gli oggetti.
Prenditi un momento e guarda il muro della stanza in cui ti trovi. C'è una fonte di luce sul muro o la luce viene riflessa dal muro da un'altra fonte? La grafica ray tracing inizierebbe ai tuoi occhi e seguirà la tua linea di vista verso il muro, quindi seguirà il percorso della luce dail muro torna alla fonte di luce.
Il diagramma sopra illustra come thisworks. Il motivo degli "occhi" simulati (la telecamera in questo diagramma) è di ridurre il carico sulla GPU.
Perché? Bene, il ray tracing non è nuovo di zecca. In realtà è in circolazione da un po 'di tempo. Pixar utilizza tecniche di ray tracing per creare molti dei suoi film, ma la grafica fotogramma per fotogramma ad alta fedeltà con le risoluzioni che Pixar raggiunge richiede tempo.
Moltodi tempo. Alcuni fotogrammi nella Università dei Mostrihanno richiesto 29 ore ciascuno. Toy Story 3ha impiegato in media 7 ore per fotogramma, mentre alcuni fotogrammi impiegano 39 ore secondo una storia del 2010 di Wired.
Poiché il film illustra il riflesso della luce da ogni superficie per creare lo stile grafico che tutti hanno conosciuto e amato, il carico di lavoro è quasi inimmaginabile. Limitando le tecniche di ray tracing solo a ciò che l'occhio può vedere, i giochi possono utilizzare la tecnica senza causare un crollo (letterale) del processore grafico.
Dai un'occhiata all'immagine qui sotto.
Non è una fotografia, nonostante sia reale. È un'immagine ray tracing. Prova a immaginare quanta potenza è necessaria per creare un'immagine simile a questa. Un raggio può essere rintracciato ed elaborato senza troppi problemi, ma che dire di quando quel raggio rimbalza su un oggetto?
Un singolo raggio può trasformarsi in 10 raggi, e quei 10 possono trasformarsi in 100 e così via. L'aumento è esponenziale. Dopo un certo punto, rimbalzi e riflessioni oltre il terziario e il quaternario mostrano rendimenti decrescenti. In altre parole, richiedono molto più potere per calcolare e visualizzare di quanto valgono. Per motivi di rendering di un'immagine, un limite deve essere disegnato da qualche parte.
Ora immagina di fare che da 30 a 60 volte persecond. Questa è la quantità di energia richiesta per utilizzare le tecniche di ray tracing in gioco. È certamente impressionante, vero?
La raggiungibilità delle schede grafiche in grado di eseguire il ray tracing aumenterà col passare del tempo, e alla fine questa tecnica diventerà prontamente disponibile come la grafica 3D. Per ora, tuttavia, il ray-tracing è ancora considerato all'avanguardia nella computer grafica. Quindi, come entra in gioco il tracciato?
Che cos'è il tracciato percorso?
Il tracciato percorso è un tipo di ray tracing. Scatta sotto quell'ombrello, ma dove il ray tracing era stato teorizzato nel 1968, il tracciato del percorso non è entrato in scena fino al 1986 (e i risultati non erano drammatici come quelli di adesso.)
Ricorda l'aumento esponenziale dei raggi citati in precedenza? La traccia del percorso fornisce una soluzione a questo. Quando si utilizza il tracciato per il rendering, i raggi producono solo un raggio per rimbalzo. I raggi non seguono una linea prestabilita per rimbalzo, ma piuttosto sparano in una direzione casuale.
L'algoritmo di tracciamento del percorso esegue quindi un campionamento casuale di tutti i raggi per creare l'immagine finale. Ciò comporta il campionamento di una varietà di diversi tipi di illuminazione, ma soprattutto dell'illuminazione globale.
Una cosa interessante del tracciamento del percorso è che l'effetto può essere emulato attraverso l'uso di shader. Uno shader apparso di recente per un emulatore di Nintendo Switch che ha permesso ai giocatori di simulare il percorso tracciato l'illuminazione globale in titoli come The Legend of Zelda: Breath of the Wilde Super Mario Odyssey.gli effetti sembrano belli, non sono così completi come il vero tracciato del percorso.
Il tracciato del percorso è solo uno forma di raytracing. Mentre è stato salutato come il modo migliore per rendere le immagini, il tracciato del tracciato ha i suoi difetti.
Ma alla fine, sia il tracciamento del percorso che il ray tracing danno vita a immagini assolutamente belle. Ora che l'hardware delle macchine di fascia consumer ha raggiunto il punto che il ray-tracing è possibile in tempo reale nei videogiochi, l'industria è pronta a fare una svolta quasi impressionante quanto il passaggio dalla grafica 2D a quella 3D.
Tuttavia, ci vorrà ancora del tempo - almeno diversi anni - prima che l'hardware necessario venga considerato "conveniente". A partire da ora, anche le schede grafiche necessarie costano ben oltre $ 1.000.