Waarom Ray Tracing op Nvidia ‘s Nieuwe Gpu’ s Is zo Spannend

8

Afbeelding: Nvidia

Nvidia kondigde onlangs een nieuwe high-end grafische kaarten met een RTX-aanduiding gekoppeld aan het model nummer—dat RTX geeft de kaart is een verbeterde ray tracing mogelijkheden, die kunnen leiden tot een geheel nieuw niveau van realisme te spelen. Hier is wat u moet weten over het ray tracing en hoe je het gaat om een functie op de grafische kaarten van de toekomst.

De naam is een cadeautje wat het ray tracing eigenlijk is: het Proberen om te bepalen het pad van de fotonen van het licht in virtuele omgevingen, dus die virtuele omgevingen zo realistisch kijken mogelijk. In staat zijn om uit te werken hoe licht moet vallen in een scène vereist veel rekenkracht, nog meer als objecten en lampen beginnen te bewegen (als ze de neiging om te doen in games en films).

Ray tracing is niets nieuws. Programmeurs zijn aan het experimenteren met het sinds de eerste dagen van computer graphics. Wat is er veranderd in de tijd is hoe realistisch en gedetailleerde ray tracing kan worden, en hoe snel het kan worden berekend, en met Nvidia ‘ s nieuwe kaarten van de technologie is het nemen van weer een sprong voorwaarts.

Hoe het ray tracing werkt

Afbeelding: Nvidia

Ray tracing pogingen om het pad van het licht door voor te stellen het oog te kijken naar een scène en werken terug naar de lichtbron. De kleur van elke pixel moet worden bedacht op basis van de objecten in een scène, hun relatie tot elkaar, en het aantal, het type en de positie van de scène de lichtbronnen niet een eenvoudige set van berekeningen.

De manier waarop het licht valt op een zwarte doek is anders dan hoe het valt op een chroom bol, natuurlijk, en het ray tracing algoritmen, moeten rekening houden met al deze eigenschappen voor elk object in beeld, en elke lichtbron hen raken. Het licht springt op en reflecteert, waardoor het proces van het uitzoeken van de kleuren van een paar miljoen pixels nog harder.

Als een resultaat, het kost een enorme hoeveelheid rekenkracht. We hebben gezien van hoge kwaliteit ray traced scènes voor jaren, maar het is grotendeels beperkt tot statische beelden of scènes dat kan worden weergegeven een lange tijd van tevoren—film CGI heeft kunnen implementeren ray tracing een lange tijd voordat video games omdat grote banken van computers dagen kan doorbrengen met de berekening van de fysica van een scène.

Pixar zelfs een paper gepubliceerd over hoe het vroeger ray tracing in het verplaatsen van Auto ‘ s. “Het toevoegen van ray tracing op de renderer geeft veel bijkomende effecten, zoals accurate reflecties, gedetailleerde schaduwen, en ambient occlusion,” legt Pixar. (Ambient occlusion is een techniek die gebruikt wordt om beter uit te werken, waar het licht wordt geblokkeerd in een scène, en hoe dat weergegeven is op het scherm).

Afbeelding: Nvidia

Veel van de indrukwekkende effecten die het ray tracing brengt reflecties, schaduwen, refractions—al bestaan in computer games, maar de details van deze effecten zijn meestal fudged of geschat door grafische kunstenaars. Verhuizen naar true, real-time ray tracing is in vergelijking met het verplaatsen van afbeeldingen geschilderd door kunstenaars graphics berekend door de fysica.

Tot nu toe hebben de games alleen gebruikt op een rendering techniek genaamd rastering, waar in plaats van het bombarderen van een scène met miljoenen stralen van virtuele licht stuiteren rond in elke richting, grafische processoren berekenen hoe de miljoenen van driehoeken die 3D-modellen moeten kijken wanneer ze worden omgerekend naar pixels en een flatscreen 2D-beelden—maar slechts één tegelijk. Gesimuleerde lichtstralen die recht uit een virtuele lichtbron van invloed zijn op de kleur en de helderheid van die gerenderd pixels, maar meerdere driehoeken niet kan beïnvloeden elkaar, waarbij schaduwen, indirecte verlichting, en reflecties voor alle slim worden gesimuleerd.

Op de beste games van vandaag de dag op de beste hardware, het ziet er fantastisch uit—maar het is nog steeds niet heel graag op zoek naar de echte wereld. Real-time ray tracing belooft weer een stap in die richting.

Afbeelding: Nvidia

Verlichting is bijzonder moeilijk om goed te krijgen met rasteren: Het is behandeld meer of minder te bewegen in een rechte lijn, op te fleuren de zijkanten van voorwerpen die het dichtst bij het licht en werpt een schaduw op de andere zijde, maar de verlichting in de echte wereld niet helemaal werken zoals dat.

Dankzij de ingenieurs van Nvidia, Microsoft en anderen, hebben we nu gekregen op het podium, waar ultra-realistische verlichting kan in kaart worden gebracht zonder dat het pre-rendered. Zie je het verschil het meest duidelijk in gecompliceerde lighting setups, waar er een rij van melkglas deuren, of een glas in lood raam, of een waterval.

Ray tracing op Nvidia-kaarten

Afbeelding: Nvidia

Met de overgang naar het RTX naam van de GTX Nvidia is het maken van een grote ruis over het ray tracing mogelijkheden van de nieuwe serie kaarten. Deze kaarten en de Turing Gpu ‘ s die binnen zijn speciaal ontworpen om te gaan met de soorten van geavanceerde, veeleisende berekeningen ray tracing vereist.

Als je nadenkt over hoe het licht aflegt door middel van een scène letterlijk de snelheid van het licht—en hoe schaduwen, reflecties, en refractions worden gevormd (zoals wanneer het licht gaat door het water), het is volkomen begrijpelijk waarom de consument grafische kaarten hebben genomen van al deze tijd te krijgen om een podium waar real-time ray tracing is mogelijk.

Check out de Schaduw van de Tomb Raider demo van Nvidia hieronder voor een voorbeeld. We hebben gezien verlichting trucs, zoals, maar niet in dezelfde mate van detail of met hetzelfde niveau van realisme: Merk op hoe sterk tegenlicht is genoeg om objecten en mensen in volledige silhouetten, iets dat de kracht van het ray tracing goed werken.

Het is iets ingenieurs en onderzoekers hebben gewerkt in de richting van een halve eeuw, zowel in de informatica en films maken. De beste CGI in films ziet er nu als het een onderdeel is van de echte wereld, reflecties en refractions en al, en nu Nvidia ‘ s nieuwe kaarten beloof hetzelfde realisme te spelen.

“Real-time ray tracing vervangt een meerderheid van de technieken die vandaag in de standaard weergave met een realistisch optische berekeningen die worden gerepliceerd naar de manier waarop het licht zich gedraagt in de echte wereld, het leveren van meer levensechte beelden”, aldus Nvidia.

Een ander voorbeeld hieronder komt uit een Unreal Engine demo van de technologie die is gepubliceerd in Maart. Kijk naar de details en de kwaliteit van de reflecties in de scène plotseling, het is nauwelijks te onderscheiden van live actie (hoewel deze demo vereist een enorm krachtige PC-setup-en achtergrond rasteren om te werken).

De nieuwe kaarten eigenlijk split-ray tracing in twee componenten—ray casting (het bijhouden van de paden van stralen) en schaduw (het bepalen van de uiteindelijke vormgeving van objecten). De RT-kernen in de nieuwe RTX kaarten zijn ontworpen om de snelheid van ray casting specifiek, zodat de prestaties verhoogt en visuele verbeteringen zal variëren afhankelijk van de geometrie van een scène en hoe veel ander werk is er te doen.

De eerste consumenten-en grafische kaarten om specifieke hardware voor het ray tracing, de RTX 2000-serie vertegenwoordigt een nieuwe mijlpaal in het real-time renderen. Natuurlijk schaduwen, reflecties en andere verlichting trucs zijn in games voor jaren, maar nu hoeven ze niet te worden fudged of benaderd—ze kan nauwkeurig worden berekend.

Het is nog steeds een opkomende technologie, en spelletjes worden speciaal geschreven om te profiteren van de RTX hardware. Op dit moment is de lijst van spellen ondersteunen van de nieuwe normen is relatief dun, maar het moet groeien en groeien na verloop van tijd. Zoals we al zeiden, het ray tracing revolutie start niet ‘ s nachts, maar het is een begin.