Sledenje žarkom je tehnika upodabljanja računalniške grafike, ki ustvari sliko s sledenjem poti žarkov skozi sceno. Žarki lahko komunicirajo s predmeti v prizoru, se odbijajo od njih in pridobijo lastnosti, kot je barva.
Sledenje žarkom: Osnove
Sledenje žarkom posnema svetlobo iz resničnega sveta. Svetloba, ki jo vidimo, je posledica fotonov, ki jih oddajajo viri energije, kot je sonce. Fotoni se lahko odbijejo in razpršijo, ko trčijo s predmeti. Ogledalo je vse, kar potrebujete, da vidite to v akciji. Svetloba, ki udari v ogledalo, ustvari odsev.
Sledenje žarkom simulira to. Število zasledenih žarkov je zanemarljivo v primerjavi z resničnim svetom, kjer se milijoni fotonov odbijajo čez naše vidno polje. Sodobne igre sledijo nekje med enim in štirimi žarki na piksel. Kljub temu je to dovolj za simulacijo resničnega sveta.
S sledenjem poti žarka omogoča tudi interakcijo s svetom igre. Na žarek, ki se odbije od rdečega predmeta, lahko vpliva ta barva, ki oddaja rdeč sij v bližini. Žarki se lahko razpršijo na različne načine glede na lastnosti, ki jih umetniki igre dajejo predmetom, kar omogoča realistične polodsevne ali grobe površine.
Sledenje žarkom je pomemben korak naprej za 3D grafiko. Ustvari realistično sliko s simulacijo poti žarkov med premikanjem skozi igro. To vodi do osvetlitve, ki lahko vpliva na okolje, tudi če okolje ni vidno igralcu. Sledenje žarkom za delovanje ne zahteva namenske strojne opreme, vendar je praktično le na grafični kartici ali igralni konzoli, ki lahko pospeši sledenje žarkom, ker je zelo zahtevno.
Sledenje žarkom v primerjavi z rastrizacijo (ali 3D grafiko, kot ste jo poznali)
Morda ste še vedno zmedeni, tudi če razumete to razlago. Odsevi so bili prisotni v preteklih igrah, tudi tistih, ki so zdaj stare več desetletij. V čem je sledenje žarkom drugačno?
Pretekle igre 3D in večina sodobnih iger uporabljajo rastriranje. Rasterizacija združuje igralcu vidne elemente 3D igralnega sveta v 2D sliko. Upodablja le tisto, kar bi moralo biti vidno igralcu, saj je vsaka zmogljivost, uporabljena za ustvarjanje tistega, česar igralec ne vidi, zapravljena. Vendar pa to povzroči težavo.
Vrnimo se k primeru ogledala. Igralčevo okolje in lik igralca nista vidna igralcu (vsaj v prvoosebni igri). Pri rastriranju ogledalo ne more ničesar odsevati.
Seveda zrcala obstajajo v sodobnih igrah. Sceno upodabljajo dvakrat. Ena podaja je z igralčevega vidika, druga pa iz druge perspektive. To pa podvoji zmogljivost, potrebno za upodabljanje scene.
Odsevi prostora na zaslonu, tehnika v priljubljenih motorjih 3D iger, uporabljajo podatke na zaslonu za ustvarjanje odseva. Ta tehnika je idealna za odsevne površine pod kotom glede na igralčevo perspektivo, kot je voda. Vendar odsevani predmeti izginejo, če se odsevni predmet premakne izven zaslona.
Sledenje žarkom nima teh težav, ker lahko za razliko od rastriranja sledi zunaj igralčeve perspektive.
Poleg tega lahko v igrah, ki omogočajo interakcijo žarkov s površinami, sledenje žarkom prikaže realistične barvne prelive in polodsevne površine, ki jih rasterizacija težko obvlada.
Kakšno strojno opremo zahteva sledenje žarkom?
Sledenje žarkom ni nova ideja. Računalniški znanstveniki so v zgodnjih osemdesetih letih prejšnjega stoletja eksperimentirali s sledenjem žarkom in ustvarili statične slike z realistično osvetlitvijo, odsevi in sencami. Na žalost je njihovo upodabljanje trajalo ure.
Video igra potrebuje sledenje žarkom v realnem času pri 30 slikah na sekundo ali več. To je mogoče samo z video kartico, ki je zasnovana za pospeševanje sledenja žarkom.
Nvidijino sledenje žarkom RTX temelji na siliciju, imenovanem Tensor Core. Tenzorska jedra najdemo samo v video karticah RTX. Nvidijine kartice GTX lahko upodabljajo igro s sledenjem žarkom, ker, kot rečeno, sledenje žarkom ne zahteva namensko izdelanega silicija. Vendar je zmogljivost v primerjavi s karticami RTX neverjetna. In nekatere igre, kot je Minecraft s sledenjem žarkom RTX, zahtevajo video kartico RTX zaradi posebnega načina, na katerega omogočajo sledenje žarkom.
Kartice AMD, ki pospešujejo sledenje žarkom, nimajo posebne blagovne znamke in nimajo namenskega silicija. Namesto tega za boljše rezultate uporabljajo prilagoditve strojne opreme in posodobitve programske opreme. Težje je prepoznati kartice AMD, ki pospešujejo sledenje žarkom, zato bodite pozorni na podrobnosti.
Sonyjevi PlayStation 5 in Xbox Series X in S imajo grafično strojno opremo AMD, ki lahko pospeši sledenje žarkom. Vendar morajo razvijalci omogočiti, številne igre pa tega ne storijo. Pomemben primer je Cyberpunk 2077, ki je ob zagonu podpiral sledenje žarkom RTX na osebnem računalniku, vendar ni podpiral sledenja žarkom na konzolah naslednje generacije. Funkcija je obljubljena za konzole naslednje generacije v prihodnjem popravku.
