Ray Tracing vs Rasterering Rendering - Dijelaskan

Pendapat

Setelah pelancaran keluarga GPU Nvidia Turing pada tahun 2018, dunia permainan menyaksikan peningkatan eksponensial dalam perbincangan mengenai ciri yang dikenali sebagai 'Ray Tracing'. Siri kad grafik “RTX” baru Nvidia memberikan sokongan untuk sesuatu yang disebut “Real-Time Ray Tracing” dalam permainan. Sebilangan besar orang tidak yakin dengan apa ciri baru ini dan mengapa ia didorong oleh Nvidia begitu banyak tetapi pada masa yang sama teruja dan berminat dengan teknologi ini. Ray Tracing merupakan titik besar menurut Nvidia sehingga mereka menganggap perlu untuk memasukkannya tepat ke nama produk yang mereka lancarkan. Rangkaian kad GeForce 'RTX' yang baru menggantikan variasi 'GTX' yang lebih lama ketika datang ke SKU teratas seperti SKU 60,70,80 dan -80Ti yang biasanya dilancarkan oleh Nvidia.



Nvidia GeForce RTX 3080 adalah salah satu kad grafik terpantas untuk menyokong Ray Tracing - Gambar: Nvidia

Rangkaian kad grafik Nvidia RTX 2000 membawa beberapa perubahan perkakasan yang membolehkan sokongan Ray Tracing dalam permainan. Kad grafik berasaskan Turing baru memuatkan teras khas di dalamnya yang didedikasikan untuk proses ini dan dikenali sebagai RT Cores. Tujuan inti RT adalah untuk menangani secara khusus semua pengiraan grafik yang diperlukan untuk memungkinkan Ray Tracing masa nyata dalam permainan. Nvidia juga menambah kad dengan teras CUDA tambahan untuk meningkatkan daya mentah kad, sementara juga menambah satu set teras baru yang dikenali sebagai Tensor Cores. Inti ini dimaksudkan untuk membantu dalam pembelajaran mendalam dan aplikasi AI seperti bentuk teknik peningkatan baru yang dikenal sebagai Deep Learning Super Sampling. Kami telah membincangkan Deep Learning Super Sampling atau DLSS secara terperinci dalam artikel ini , di mana anda boleh mengetahui lebih lanjut mengenai teknik penambahbaikan bertenaga AI.



Jejak Ray Bukan Baru

Walaupun pada pandangan pertama mungkin kelihatan seperti Ray Tracing adalah teknologi baru yang dipelopori oleh Nvidia, kebenaran sebenarnya jauh dari itu. Ya, Nvidia adalah syarikat pertama yang menerapkan sokongan untuk Ray Tracing dalam masa nyata dalam permainan, tetapi itu tidak bermaksud bahawa Ray Tracing belum ada sebelum siri RTX. Anda mungkin menikmatinya tanpa menyedarinya selama bertahun-tahun sekiranya anda menonton filem terbaru yang menampilkan CGI Effects.



Ray Tracing sudah digunakan di kawasan lain seperti filem - Gambar: Nvidia



Pelaksanaan dalam filem diakui sedikit berbeza dan jauh lebih intensif daripada versi permainan. Pengeluaran anggaran besar mempunyai kemewahan untuk dapat menghabiskan sejumlah besar wang dan masa untuk membuat pemandangan itu. Filem animasi popular dilaporkan telah menggunakan sekitar 1000 superkomputer untuk menghasilkan keseluruhan filem dengan kesan Ray Tracing dalam jangka masa satu bulan. Proses rendering berskala besar seperti itu tentu saja tidak dapat dilaksanakan atau mungkin bagi rata-rata gamer yang ingin bermain beberapa permainan dengan beberapa visual yang dikemas kini, oleh itu versi Ray Tracing yang terdapat dalam permainan moden agak berbeza dalam aplikasi. Namun, Ray Tracing adalah ciri yang terdapat di banyak bidang produksi di luar permainan, dengan filem menjadi salah satu yang lebih terkenal.

Perisian produktiviti yang digunakan oleh para profesional untuk mengerjakan pemandangan intensif grafik, seperti Blender, juga menyokong ciri Ray Tracing. Perisian grafik dan rendering komputer ini menggunakan berbagai tahap aplikasi penelusuran sinar untuk menghasilkan visual fotorealistik dalam rendering pegun dan animasi 3D.

Apa itu Rasterisasi?

Oleh itu, mengapa Nvidia dianggap perlu untuk melaksanakan proses yang begitu kompleks ke dalam permainan tradisional? Adakah terdapat perbezaan dalam proses Ray Tracing dalam permainan untuk membuatnya lebih dioptimumkan untuk beban kerja? Untuk memahami mekanisme di sebalik Ray Tracing, pertama, kita perlu memahami mekanisme permainan yang dibuat secara tradisional. Ini akan membantu kita memahami mengapa Ray Tracing dianggap peningkatan dan lompatan besar dalam kesetiaan grafik.



Teknik yang saat ini digunakan untuk rendering dikenal sebagai 'Rasterization'. Dalam teknik ini, kod permainan mengarahkan GPU untuk melukis pemandangan 3D menggunakan poligon. Bentuk 2D ini (kebanyakan segitiga) membentuk sebahagian besar elemen visual yang dipaparkan di skrin. Setelah adegan dilukis, ia akan diterjemahkan atau 'diputarkan' menjadi piksel individu yang kemudian diproses oleh shader khusus. Shader menambah warna, tekstur, dan kesan pencahayaan pada setiap piksel untuk menghasilkan bingkai yang diberikan sepenuhnya. Teknik ini perlu diulang sekitar 30-60 kali sesaat untuk menghasilkan visual 30FPS atau 60FPS dalam permainan.

pemasang pemulihan cwm

Perincian mekanisme Rasterisasi - Gambar: Medium.com

Batasan Rasterisasi

Walaupun rasterisasi telah menjadi mod default rendering dalam permainan untuk beberapa waktu sekarang, proses yang melekat di sebalik rasterisasi mempunyai beberapa batasan. Masalah utama rasterisasi adalah bahawa teknik ini mempunyai masa yang sukar untuk mengesan tepat bagaimana cahaya di suatu pemandangan harus bergerak dan berinteraksi dengan unsur-unsur lain dari pemandangan. Perenderan raster tidak menghasilkan hasil yang sama dengan rendering Ray Traced ketika menyangkut kesan pencahayaan dan pencahayaan keseluruhan pemandangan tertentu. Perenderan raster juga kadang-kadang dapat menghasilkan visual yang agak tidak tepat berkaitan dengan pencahayaan yang benar-benar dapat merosakkan perendaman dalam permainan tertentu. Inilah sebabnya mengapa Ray Tracing dianggap sebagai bentuk rendering yang unggul dalam hal kesetiaan grafik terutama berkaitan dengan pencahayaan.

Apa sebenarnya Ray Tracing?

Setelah kita membincangkan bentuk tradisional rendering raster, mari kita bincangkan aplikasi baru Ray Tracing masa nyata dalam permainan moden. Ray Tracing adalah teknik rendering yang membuat gambar berdasarkan cahaya maya dan bagaimana sumber cahaya itu berinteraksi dengan semua objek di dalam pemandangan maya. Ray Tracing dapat membuat gambaran pemandangan yang jauh lebih menyerupai kehidupan yang memanfaatkan interaksi cahaya dengan objek di dalam pemandangan untuk memberi rasa realisme. Dengan kata mudah, Ray Tracing adalah teknik yang menjadikan tingkah laku cahaya dalam permainan video seperti yang berlaku dalam kehidupan nyata.

Ray Tracing berjanji untuk memperbaiki keseluruhan visual dalam permainan - Gambar: Nvidia

Mekanisme di sebalik Ray Tracing

Mekanisme di sebalik Ray Tracing dalam permainan sememangnya berbeza dengan bentuk Ray Tracing yang lain yang terdapat di industri lain seperti filem. Daripada menjejaki berjuta-juta sinar yang berasal dari setiap sumber cahaya, pelacakan sinar kelas pengguna mengurangkan beban komputasi dengan melacak jalan dari kamera yang mewakili perspektif pengguna, melalui satu piksel, kemudian ke objek apa pun di belakangnya piksel dan akhirnya kembali ke sumber cahaya pemandangan yang dimaksudkan. Teknik Ray Tracing ini juga dapat menghasilkan pelbagai kesan seperti penyerapan, pantulan, pembiasan, dan penyebaran cahaya seperti yang ditentukan oleh objek yang berinteraksi dengan cahaya di tempat kejadian. Algoritma Ray Tracing juga dapat mempertimbangkan sinar yang dihasilkan sehingga sebarang kesan pantulan atau bayangan ditampilkan dengan tepat.

Dalam Ray Tracing, cahaya berkelakuan dalam permainan seperti yang berlaku dalam kehidupan nyata - Gambar: Nvidia

Bentuk Ray Tracing yang berbeza

Tidak semua pelaksanaan Ray Tracing sama. Pelbagai permainan yang menyokong Ray Tracing masing-masing menerapkan fitur dengan cara yang agak berbeza. Ini terserah kepada pengembang permainan untuk meningkatkan atau mengurangi kerumitan Ray Tracing dalam permainan sehingga permainan memberikan keseimbangan kinerja dan kualitas visual yang sempurna. Pada tahun 2020, kebanyakan permainan yang menyokong Ray Tracing biasanya hanya menggunakan Ray Tracing untuk satu aspek dari sebuah pemandangan berbanding dengan membuat keseluruhan pemandangan menggunakan Ray Tracing itu sendiri. Ia mungkin berlaku, tetapi kos pengiraan Ray Tracing pemandangan penuh adalah astronomi berbanding dengan pendekatan lain dan dengan itu tidak sepadan dengan usaha sekurang-kurangnya sekarang. Pada masa penulisan, berbagai implementasi Ray Tracing yang sedang digunakan dalam permainan adalah:

cara meningkatkan vram
  • Bayangan: Pelaksanaan Ray Tracing yang paling sederhana dan paling intensif boleh dikatakan berkaitan dengan bayangan. Di sini, Ray Tracing digunakan untuk membuat bayangan dalam pemandangan dengan sempurna berdasarkan asal cahaya dari sumber cahaya, dan kedudukan objek itu sendiri. Teknik ini paling banyak digunakan dalam 'Shadow of the Tomb Raider' untuk menghasilkan peta bayangan yang lebih terperinci yang bertindak balas terhadap perubahan lingkungan sekitar objek yang menghasilkan bayang-bayang. Terutama, pergerakan dan sudut sumber cahaya kini dapat mengalami perubahan yang sama dalam bayang-bayang yang dihasilkan seperti yang kita perhatikan dalam kehidupan nyata.
  • Refleksi: Refleksi agak lebih intensif secara komputasi untuk dibuat menggunakan Ray Tracing, namun, pantulan Ray Traced kelihatan fenomenal dalam permainan moden dan mungkin merupakan penambahbaikan grafik yang paling terkenal yang dapat diperoleh dengan menggunakan Ray Tracing. Pantulan menggunakan sumber cahaya dalam pemandangan untuk membuat pantulan dengan tepat dari objek pantulan seperti kaca dan air. Salah satu permainan paling popular yang menggunakan pantulan Ray Traced adalah 'Control'.
  • Penyertaan ambien: Ini juga berkaitan dengan bayang-bayang dan lebih kurang berkaitan dengan proses asas yang sama. Ambient Occlusion menggunakan Ray Tracing untuk meramalkan sudut dan intensiti bayang-bayang berdasarkan kedudukan dan penempatan objek dalam pemandangan. Apabila dilakukan dengan betul, Ambient Occlusion dapat menambahkan beberapa perincian dan realisme yang luar biasa pada permainan.
  • Pencahayaan Global: Mungkin bentuk pelaksanaan Ray Tracing yang paling intensif dalam permainan moden, Global Illumination menggunakan Ray Tracing untuk menggambarkan pencahayaan dunia secara tepat. Ini memberikan rasa pencahayaan yang jauh lebih realistis ketika dihidupkan, tetapi juga memberi kesan besar terhadap prestasi kerana jumlah data yang banyak diproses. 'Metro Exodus' menggunakan Ray Tracing untuk menyediakan bentuk Pencahayaan Global yang jauh lebih realistik.
  • Jejak Jalan Penuh: Akhirnya, kami juga melihat beberapa permainan muncul yang dijejaki sepenuhnya, yang pada dasarnya bermaksud bahawa semuanya adalah Ray Traced. Kini, permainan ini agak lebih sederhana dan lebih kecil daripada permainan lain yang lebih kurang mendapat gelaran AAA dari syarikat besar, tetapi ini tidak bermakna permainan ini tidak kelihatan hebat. Sebenarnya, ada yang berpendapat bahawa permainan ini dengan penjejakan jalur penuh kelihatan lebih baik daripada semua pelaksanaan Ray Tracing yang lain. 'Minecraft RTX' dan 'Quake RTX' adalah dua judul yang dilacak sepenuhnya tersedia pada masa penulisan.

Ray Traced Reflections boleh menjadi aplikasi Ray Tracing yang paling menggembirakan dalam permainan - Gambar: Nvidia

Apa yang saya perlukan untuk Ray Tracing?

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, Ray Tracing adalah tugas yang sangat intensif sehingga memerlukan beberapa perkakasan kelas atas untuk berkinerja baik. Pada masa penulisan, terdapat beberapa kad grafik dari AMD dan Nvidia yang menyokong Ray Tracing yang dipercepat perkakasan. Malah konsol dari Sony dan Microsoft menyokong ciri ini. Itu mengembangkan senarai perkakasan yang disokong sedikit:

  • Siri Nvidia GeForce RTX 2000
  • Siri Nvidia GeForce RTX 3000
  • Siri AMD Radeon RX 6000
  • Microsoft Xbox Series X
  • Sony PlayStation 5

Ingatlah bahawa jika AMD menangani Ray Tracing sedikit berbeza daripada Nvidia, jadi ada hukuman prestasi yang agak lebih besar yang diperhatikan ketika anda menggunakan kad AMD untuk Ray Tracing. Juga, jika anda ingin mengalami peningkatan prestasi menggunakan Deep Learning Super Sampling, ciri itu juga hanya tersedia pada kad RTX Nvidia. AMD sepatutnya mengusahakan ciri seperti DLSS untuk kad siri RX 6000 mereka, tetapi pada masa ini, ia masih dalam pengembangan pada saat penulisan.

Nvidia juga telah menciptakan istilah 'Giga Rays' untuk memberi pengguna idea tentang kemampuan Ray Tracing relatif dari Kad Grafik RTX-nya. Nvidia mengatakan bahawa 5 Sinaran Giga sesaat adalah jumlah minimum cahaya maya yang idealnya diperlukan untuk menerangi sepenuhnya ruangan khas dalam persekitaran permainan video. GeForce RTX 2070 menawarkan 5 Giga Rays / sec, sementara RTX 2080 menawarkan 8 Giga Rays sesaat. RTX 2080Ti menawarkan 10 Giga Rays / saat. Ini adalah unit yang agak sewenang-wenangnya, jadi hanya boleh digunakan secara umum untuk menunjukkan jangkaan prestasi yang relatif.

Kerugian Prestasi dan DLSS

Seperti yang dapat dilihat sekarang, kelemahan terbesar Ray Tracing adalah prestasi yang teruk kerana banyaknya pengiraan khusus yang perlu dilakukan dalam proses tersebut. Dalam beberapa permainan, prestasi sangat besar sehingga dapat membawa permainan ke framerate yang tidak lagi dianggap dapat dimainkan. Pencapaian prestasi lebih besar dalam permainan yang menggunakan pelaksanaan Ray Tracing yang lebih kompleks seperti Refleksi, Pencahayaan Global, atau Penelusuran Jalur Penuh.

Sudah tentu, Nvidia memikirkan situasi penalti prestasi ini, dan juga mengembangkan teknik pampasan baru yang dikenali sebagai Deep Learning Super Sampling. Teknik yang dinamakan DLSS ini dilancarkan bersama siri RTX 2000 Nvidia pada tahun 2018. Kami telah meneroka DLSS secara terperinci dalam artikel ini , tetapi intinya dari teknologi ini adalah ia menjadikan gambar pada resolusi yang lebih rendah dan kemudian dengan bijak dan metodis menaikkan gambar agar sesuai dengan resolusi output untuk memberikan prestasi yang sangat unggul dari rendering asli. DLSS adalah mekanisme pampasan yang sangat baik untuk penurunan prestasi Ray Tracing, tetapi ia juga dapat digunakan tanpa Ray Tracing untuk memberikan bingkai lebih tinggi dan pengalaman yang jauh lebih baik.

Keuntungan Prestasi yang ketara dalam kawalan apabila DLSS dihidupkan - Gambar: Nvidia

Kelebihan terbesar DLSS adalah bahawa ia menggunakan Pembelajaran Dalam dan AI untuk meningkatkan gambar sehingga terdapat sedikit perbezaan kejelasan visual antara gambar asli dan gambar yang ditingkatkan. Nvidia menggunakan teras Tensor pada siri kad RTX-nya untuk mempercepat proses DLSS supaya pengiraan peningkatan ini dapat dilakukan mengikut rentak permainan yang sedang diberikan. Ini adalah teknologi yang benar-benar menarik yang kami ingin lihat berkembang lebih maju dan lebih baik daripada sekarang.

Masa Depan Ray Tracing

Ray Tracing dalam permainan baru bermula dan kita boleh yakin bahawa ia ada di sini untuk kekal. AMD baru sahaja mengeluarkannya barisan kad pertama yang menyokong Ray Tracing masa nyata penuh dengan siri RX 6000 , dan PlayStation 5 dan Xbox Series X juga mempunyai sokongan untuk Ray Tracing. Rintangan semasa yang perlu diatasi termasuk penurunan prestasi dan jumlah permainan yang rendah yang menyokongnya. Permainan semasa yang menyokong Ray Tracing pada saat penulisan termasuk:

  • Di tengah-tengah Kejahatan
  • Medan perang V
  • Ingatan Cerah
  • Call of Duty: Perang Moden (2019)
  • Call Of Duty: Black Ops Cold War
  • Kawal
  • Crysis Remastered
  • Sampaikan Bulan Kita
  • Fortnite
  • Ghostrunner
  • Keadilan
  • Mechwarrior V: Mercenaries
  • Metro Keluaran
  • Minecraft
  • Bilah Cahaya Bulan
  • Jack Labu
  • Gempa II RTX
  • Shadow of the Tomb Raider
  • Kekal dalam Cahaya
  • Tonton Dogs Legion
  • Wolfenstein: Youngblood

Sementara itu, Nvidia telah mengesahkan bahawa tajuk berikut juga akan menyokong Ray Tracing setelah keluar:

  • Jantung Atom
  • Cyberpunk 2077 (pelancaran)
  • Cahaya Mati 2
  • Kiamat Abadi
  • Mendaftar (beta ditutup November)
  • JX3
  • Shell Mortal (November)
  • Pemerhati: Redux Sistem
  • Sedia Atau Tidak (pelancaran akses awal)
  • Ring Of Elysium (pelancaran)
  • Disegerakkan: Off-Planet
  • The Witcher III
  • Vampire: The Masquerade - Garis darah 2
  • World Of Warcraft: Shadowlands (November)
  • Pedang Xuan-Yuan VII (pelancaran)

Permainan akan datang yang menyokong RTX dan DLSS - Imej: Nvidia

Walaupun ini mungkin tidak seperti banyak permainan, ini merupakan awal menuju arah di mana bentuk rendering yang dominan adalah Ray Tracing. Sejauh prestasi berjalan, sangat sukar untuk meramalkan adakah prestasi yang dicapai dari Ray Tracing akan diturunkan sedikit atau tidak. Namun, apa yang wajar diharapkan ialah DLSS menjadi lebih baik dan menawarkan pampasan yang mencukupi untuk kerugian prestasi yang ditanggung dengan menghidupkan Ray Tracing. Pada masa penulisan, senarai permainan yang menyokong DLSS tidak meluas, tetapi ia adalah permulaan yang baik untuk diingat bahawa Nvidia telah mengumumkan sokongan DLSS untuk beberapa permainan yang akan datang juga. Berikut adalah semua permainan yang saat ini menyokong Deep Learning Super Sampling:

  • Lagu kebangsaan
  • Medan perang V
  • Ingatan Cerah
  • Call Of Duty: Black Ops Cold War
  • Kawal
  • Kematian Maut
  • Sampaikan Bulan Kita
  • F1 2020
  • Final Fantasy XV
  • Fortnite
  • Ghostrunner
  • Keadilan
  • Avengers Marvel
  • Mechwarrior V: Mercenaries
  • Metro Keluaran
  • Minecraft
  • Monster Hunter: Dunia
  • Shadow of the Tomb Raider
  • Tonton Dogs Legion
  • Wolfenstein Youngblood

Seperti yang anda perhatikan, kebanyakan permainan yang menyokong DLSS adalah judul yang juga mempunyai beberapa bentuk sokongan Ray Tracing. Ini memberikan pengesahan lebih lanjut kepada teori bahawa DLSS telah dikembangkan dan dikeluarkan terutamanya sebagai teknologi pampasan untuk mengurangkan kehilangan prestasi yang sangat besar dalam Ray Tracing. DLSS adalah teknologi yang sangat mengesankan, kerana Nvidia telah menjelaskan bahawa ia menggunakan komputer super untuk melakukan pengiraan yang kompleks yang melatih algoritma yang diikuti oleh Tensor di dalam GPU Nvidia. Sama seperti Ray Tracing, DLSS dijangka akan datang ke lebih banyak permainan juga:

  • Di tengah-tengah Kejahatan
  • Jantung Atom
  • Sempadan
  • Cyberpunk 2077 (pelancaran)
  • Edge Of Eternity (November)
  • JX3
  • Shell Mortal (November)
  • Mount & Blade II Bannerlord (November)
  • Sedia Atau Tidak (pelancaran akses awal)
  • Pemulung
  • Vampire: The Masquerade - Garis darah 2
  • Pedang Xuan-Yuan VII (pelancaran)

DLSS, digabungkan dengan Ray Tracing nampaknya menjadi masa depan industri permainan pada tahun 2020.

muzik alur vs pemain media windows

Senarai permainan yang menyokong DLSS 2.0 terus berkembang - Gambar: Nvidia

Kesimpulannya

Rasterisasi adalah teknik yang telah digunakan untuk menukar satah 2D poligon menjadi gambar 3D di layar dalam permainan sejak sekian lama. Pada tahun 2018, Nvidia memperkenalkan siri kad grafik RTX 2000 dengan sokongan penuh untuk Ray Tracing masa nyata dalam permainan, teknik yang menggunakan perhitungan kompleks untuk mengesan sinar cahaya di tempat kejadian untuk membuat gambaran yang tepat mengenai bagaimana cahaya akan berinteraksi dengan objek di tempat kejadian. Ini membawa dunia permainan oleh ribut yang tidak dijangka dan seluruh industri meletakkan Ray Tracing sebagai fokus utama mereka ke depan.

Pada masa penulisan, Nvidia telah mengeluarkan kad grafik generasi lain yang meningkatkan lagi prestasi Ray Tracing mereka sementara AMD dan konsol juga telah mengumumkan sokongan penuh untuk ciri ini. Nvidia juga telah meningkatkan teknik Deep Learning Super Sampling mereka yang menggunakan AI dan Deep Learning untuk meningkatkan imej dengan bijak yang dihasilkan pada resolusi yang lebih rendah untuk mengimbangi kehilangan prestasi akibat Ray Tracing.

Sepertinya Ray Tracing ada di sini untuk tinggal, dan sementara jumlah judul awal yang menyokong ciri ini tidak luas, semakin banyak judul diumumkan yang mempunyai sokongan penuh untuk Ray Tracing masa nyata ke depan. Kini, para pengembang harus menyesuaikan fitur Ray Tracing dalam permainan mereka yang akan datang, dan juga untuk meningkatkan jumlah judul yang menyokong fitur ini. Nvidia dan AMD juga mempunyai tanggungjawab untuk menjadikan perkakasan mereka dioptimumkan untuk ciri ini sehingga pemain tidak perlu mengalami kerugian prestasi yang teruk setiap kali mereka mahu menghidupkan Ray Tracing.