Ce este Ray Tracing? Aflați cum funcționează Ray Tracing

Evoluția tehnologiei aduce progrese în experiența vizuală, dar și de la grafică la viață,  noua tehnologie Ray Tracing de la nvidia  este răspunsul la această dezvoltare atunci când compania  lansează linia de plăci grafice, grafică de nouă generație bazată pe arhitectura Turing. Deci, ce este Ray Tracing ? De ce să spunem că aceasta este tehnologia viitorului? Să aflăm cu WebTech360 în acest articol

Ce este Ray Tracing?

Ray Tracing  este o tehnică de redare (redare) a luminii prin urmărirea razelor de lumină (urma înseamnă urmărire, raza înseamnă raze de lumină). Vă puteți imagina această tehnică cum ar fi cum priviți în sus la soare, urmărind unde razele lui lovesc, ce obiecte lovesc și cum strălucește el asupra obiectelor din jur. Ray tracing recreează acest proces, dar într-un mediu digital.

Cu alte cuvinte, ray tracing urmărește lumina absorbită, reflectată, împrăștiată și împrăștiată de fiecare obiect din mediu și se aplică nu numai unui fascicul de lumină de la soare, ci și oricărei alte surse de lumină (de exemplu: 2 becuri). în sala de jocuri, focul pâlpâit al șemineului în joc, sursa de lumină artificială este fixată la randarea 3D...).

În prezent, arhitectura Turing cu Ray Tracing este încă un mare semn de întrebare, care se așteaptă să fie un punct de cotitură revoluționar al pieței GPU, astfel de produse sunt probabil să fie văzute în majoritatea PC-urilor în viitor. sau nu, sau prețul este atât de mare încât puțini oameni îl pot deține și îl pot folosi?

Este greu de răspuns, pentru că, deși au existat articole și recenzii pentru cele două serii GeForce RTX 2080 FE și GeForce RTX 2080 Ti FE, mai avem de așteptat, chiar și pentru jocurile care suportă tehnologie înaltă. ale cardului, iată ray. trasarea. În plus, plăcile grafice profesionale Quadro sunt echipate și cu această nouă tehnologie: Quadro RXT 8000, Quadro RXT 6000, Quadro RXT 5000, Quadro RXT 4000.

Cum funcționează Ray Tracing

Scopul ray tracing-ului este de a crea o iluminare mai realistă și o umbrire mai naturală, iar seria RTX de la NVIDIA a obținut rezultate impresionante, cel puțin în demonstrațiile de lansare. O cameră din lemn cu o fereastră deschisă va lumina aproape toată încăperea atunci când se folosește iluminatul tradițional, iar când ray tracing este activat, locurile cu lumină directă vor fi mai luminoase decât în ​​colțurile întunecate ale camerei. NVIDIA a arătat, de asemenea, cum flăcările din Battlefield V pot bântui un personaj din joc și pot pârjoli ușile mașinii în mod foarte realist.

Lumina nu afectează doar iluminarea, ci și culoarea, profunzimea și umbrele. Deci, atunci când iluminarea este simulată aproape de viața reală, restul elementelor sunt, de asemenea, bine făcute. Umbritoarele din jocul actual arată destul de dure și clare, lipsind ușoară tranziție între patch-urile luminoase și întunecate, iar ray tracing este piesa care face acest lucru posibil.

Algoritmul de urmărire a razelor 

Crearea unei simulări a lumii reale este o întreprindere foarte complexă. Include mulți factori, cum ar fi un număr infinit de fascicule de lumină, suprafețe reflectorizante, care trec prin obiecte, toate bazate pe proprietățile moleculare ale fiecărui obiect, ca să nu mai vorbim de gravitație și interacțiunile fizice. Simularea unui astfel de lucru „infinit” folosind doar resursele finite ale computerului actual este complet disproporționată și imposibilă.

Numim o soluție la problema de mai sus „rasterizare”, în loc să avem de-a face cu un număr infinit de fotoni, procesarea începe cu poligoane. Mai multe poligoane înseamnă o viteză mai mare de procesare, iar rasterizarea este aici pentru a transforma acele milioane de poligoane într-o anumită imagine.

Pe scurt, creează prototipuri 2D și le redă într-o lume 3D pre-construită. În ea, imaginile 2D realizate din poligoane pot acoperi întregul ecran când sunt privite de aproape, dar pot acoperi doar câțiva pixeli când sunt privite de la distanță, creând astfel pixeli, texturi și principii de lumină. Desigur, o tehnică nu poate acoperi întregul loc de muncă.

Diverse tehnici precum Z-buffer (un buffer secundar care urmărește adâncimea fiecărui pixel) accelerează procesul, creând un instrument care face milioanele de poligoane generate vizibile, sortabile și gestionate cât mai eficient posibil. Acest lucru poate necesita milioane sau chiar miliarde de calcule pe cadru pe care doar GPU-urile moderne cu viteze de procesare de teraflops le pot gestiona.

Ray tracing , abordează problema de mai sus diferit de R asterizare , din punct de vedere istoric există de aproximativ 50 de ani. Turner Whitted lucrează în prezent pentru NVIDIA , în trecut schițând cum să calculeze urmărirea recursiv, rezultând imagini impresionante, inclusiv umbre, reflexii și multe altele. Desigur, va fi mult mai complicat decât rasterizarea.

Ray tracing implică detectarea direcției unei raze (de obicei, o rază de lumină) atunci când o proiectează în lumea 3D. Să presupunem că doriți să construiți un obiect, primul lucru este să determinați razele de lumină care urmează poligonul care alcătuiește obiectul, apoi să luați în considerare posibilele surse de lumină, proprietățile poligonului precum materialul, suprafața plană sau curbată. , pe scurt, adăugați sau scădeți raze de lumină.

Acest proces se repetă apoi pentru orice alte surse de lumină, inclusiv lumina reflectată de obiectele din scenă. Este atât de complex încât sunt necesare multe formule pentru a face posibilă urmărirea razelor, chiar și pentru suprafețe transparente, semi-transparente, de exemplu, sticlă sau apă . Totul trebuie să aibă o limită de reflexie artificială, pentru că nici măcar o rază nu poate detecta tot numărul infinit de fotoni.

Cel mai frecvent utilizat algoritm de urmărire a razei, conform NVIDIA , este BVH Traversal: Bounding Volume Hierarchy Traversal , care accelerează procesul prin zonarea obiectelor pentru procesare, cu alte cuvinte „împărțiți și cuceriți”.

Puteți face referire la modelul iepure NVIDIA care folosește algoritmul BVH, care localizează fiecare nivel, împarte părțile în blocuri, din ce în ce mai mici, până când algoritmul are ca rezultat o listă scurtă de poligoane, apoi treaba de ray tracing.

Cu toate acestea, cantitatea de muncă de făcut atunci când lucrați cu software pe CPU sau GPU este prea mare. O alternativă este miezul RT, fiecare nucleu RT are încorporat algoritmul de structură BVH, făcându-l capabil să proceseze munca de 10 ori mai rapid decât nucleul CUDA.

În plus, trebuie menționat și câte raze de lumină sunt detectate pe un pixel, doar o rază duce la zeci sau sute de calcule, dar cu cât sunt mai multe raze urmărite, munca va fi mai ușoară, iar productivitatea va fi mare. Companii precum Pixar folosesc, de asemenea, tehnologia ray tracing pentru a crea animații.

Un film de 90 de minute cu o rată de cadre de 60 FPS necesită 324.000 de imagini, fiecare dintre ele necesită câteva ore pentru a calcula razele care urmăresc fiecare pixel. Cum va obține NVIDIA un astfel de echivalent în timp real? Am menționat mai sus apariția nucleelor ​​RT, dar dacă asta nu este suficient, răspunsul este că nucleele Tensor sunt disponibile doar în arhitectura Turing. Pentru un exemplu simplu, luând o sarcină de lucru de FP16, nucleele Tensor ajung la 114 TFLOPS, în timp ce FP32 și CUDA au doar 14,2 TFLOPS.

Dar de ce este suficient miezul Tensor pentru ray tracing? Este AI și auto-învățare, cu alte cuvinte, este funcția Deep Learning Super Sampling care permite jocului să se redeze la o rezoluție mai mică fără AA, apoi nucleul Tensor va moșteni și va afecta cadrul, anti-aliasing pentru o rezoluție mai mare.

În concluzie, nume mari din industria de randare au pășit în ray tracing precum Epic, UE, Unity 3D, EA Frostbite. Microsoft chiar a creat DirectX Ray special pentru ray tracing. Cu RTX, acesta este într-adevăr un salt mare în industria graficii pe computer, desigur că încă nu este complet și, în următorii zece ani, a putea introduce RTX 2080 Ti pe piață ca curent principal este complet.

Tehnologia Ray Tracing pe cele mai recente plăci grafice NVIDIA

Tehnologia grafică actuală de la NVIDIA și practic din întreaga industrie se referă la simularea luminii și a comportamentului luminii într-o anumită scenă, într-un mod mai simplu, numit Rasterizare. Așa cum pictează un pictor, obiectele sunt redate strat cu strat, din spate în față, astfel încât obiectele din prim plan vor ascunde obiectele din fundal.

Afișează diferența dintre Raster convențional (stânga) și ray tracing (dreapta).

Cu toate acestea, această abordare va fi dificilă la redarea reflexiei, deoarece tehnica raster nu va putea urmări și reda lumina. Este adesea folosit în scene în timp real, deoarece hardware-ul actual nu este suficient pentru a simula mișcarea scenelor complexe, de exemplu în jocuri video sau animații 3D.

Între timp, trasarea razelor reconstruiește comportamentul luminii atunci când lovește suprafețele, materialele și obiectele în mișcare.

Lumina pe măsură ce trece printr-o scenă poate fi redată și mai complexă. Cu trasarea razelor, puteți simula modul în care razele de lumină interacționează cu obiectele, creând reflexii, refracții și efecte de împrăștiere realiste în timp real. Ray tracing poate chiar detecta și afișa refractori, reflectoare, vizualiza sursa de lumină din scenă și chiar culoarea luminii după ce aceasta a trecut prin subiect.

De fapt, această tehnică a fost folosită în practică, cu filme precum Pixar's Monsters University, Marvel's Iron Man. Dar atunci a fost folosit de utilizatorii profesioniști, dar acum a fost adus utilizatorilor generali – ceva ce era imposibil înainte.

Acest lucru merită să fie numit o faptă a NVIDIA, deoarece ray tracing necesită o cantitate uriașă de putere de calcul. CEO-ul NVIDIA, Jensen Huang, a spus că a fost „cel mai mare salt pe care l-am făcut vreodată într-o generație (plăci GPU)”.

Modul NVIDIA de a rezolva problema este să folosească noua arhitectură Turing în noile GPU-uri lansate. Această arhitectură este concepută pentru a rezolva problema de procesare. Miezurile dedicate de urmărire a razelor sunt, de asemenea, echipate cu nuclee tensor, care sunt capabile să folosească AI pentru a deduce porțiunea „în timp real” a imaginii – cea mai intensivă problemă a acestei tehnici. Deci, GPU-urile sunt capabile să emuleze de 6 ori mai rapid decât platforma Pascal anterioară (pe GTX 1080Ti).

Acesta este cu adevărat un salt uriaș în tehnologia grafică și este interesant să ne gândim că studiourile ��i persoanele fizice vor putea acum să extindă utilizarea acestei tehnici de urmărire a razelor la aplicații în animație, jocuri științifice și simulări.

Sperăm că tehnologia Ray Tracing va fi din ce în ce mai dezvoltată, apoi vom experimenta o calitate a imaginii și mai frumoasă, dar în prezent vă este cu adevărat dificil să experimentați Ray Tracing pentru alți utilizatori.jocuri groaznice pentru că necesită un software uriaș. Dacă aveți nevoie de sfaturi despre configurarea jocului Ray Tracing, vă rugăm să contactați WebTech360 .

Sintetizat din: Genk.vn