Mikä on säteen jäljitys ja miten se toimii?

Jos pelaat videopelejä säännöllisesti tai jos olet katsellut mitä tahansa Pixarin tai Disneyn animaatioelokuvaa parista viime vuodesta, olet jo nähnyt säteiden jäljityksen toiminnassa huomaamatta.

Termi on herättänyt pelialalla huomattavaa suosiota noin kahden viime vuoden aikana, ja sitä mainostetaan pelien grafiikan tulevaisuutena. Joten mikä on säteen jäljitys, miten se toimii ja miksi se on niin tärkeää?

Mikä on säteen jäljitys?

Säteiden jäljitys on grafiikan renderointimenetelmä, joka käyttää algoritmeja laskemaan, missä valon ja varjojen oletetaan olevan videopeleissä.

Tässä on ala-asteen tiede kätevä: katso muki. Kun katsot mukia, valo pomppii mukista suoraan silmäsi, ja aivosi ymmärtävät, että edessäsi istuva esine on muki. Siirrä nyt mukiasi silmäsi löytääksesi valonlähteen huoneestasi. Se on säteen jäljitys.

3D-videopeleissä, joita meillä on nyt, säteiden jäljitysalgoritmi alkaa pelaajan näkökulmasta ja asettaa 'jäljittämään', tunnistamaan ja kartoittamaan useiden objektien valon, värit ja varjot näytöllä.

Tämän seurauksena säteen jäljityksen avulla tuotettu grafiikka on tasaisempi reunojen ympäri ja realistisempi.

Ennen säteen jäljitystä

Jos haluat tietää, miltä liikkuvat kuvat näyttivät ennen säteen jäljittämistä, katsokaa vain 2000-luvun alussa tehtyjä videopelejä ja vertaa niitä tällä hetkellä markkinoilla oleviin AAA-videopelien nimikkeisiin.

Perinteisessä tietokonegrafiikassa käytetään rasterointia, jossa 3D-valonlähteiden käsite ja piirtäminen muunnetaan 2D-pinnaksi. 3D-polygonit muunnetaan 2D-pikseleiksi, ja tämä ei aina mene hyvin, koska pakotat oleellisesti monimutkaisen objektin, jolla on monia pintoja, tasaiselle pinnalle.

Tämän lisäksi perinteiset tietokoneet eivät vain olleet riittävän nopeita pysyäkseen videopelien intensiteetissä. Vaikka rasterointiin on tehty monia parannuksia, esimerkiksi intensiivisen ensimmäisen persoonan ammuntapelin esittämisessä se jää alle säteiden jäljittämiseen verrattuna.

Kuinka säteen jäljitys toimii

Säteiden jäljitys kuulostaa käsitteeltä yksinkertaiselta ja jännittävältä, mutta se ei ole helppo tekniikka. Joten miten säteiden jäljitys toimii?

Säteiden jäljitys suorittaa prosessin, jota kutsutaan "denoisingiksi", jossa sen algoritmi, joka alkaa kamerasta - näkökulmastasi - jäljittää ja osoittaa tärkeimmät valon ja varjojen sävyt. Koneoppimisen avulla se ”täyttää aukot” muodostaen fotorealistisen kuvan.

Joten mitä kirkkaampi videopelien kohtaus, sitä korkeampi grafiikan laatu ja korkeampi laatu, sitä kalliimpi se on. Tämä vie meidät syihin, jotka johtavat säteiden jäljittämisen myöhäisestä saapumisesta videopeliteollisuuteen.

Miksi säteiden jäljitys vältettiin niin kauan?

Sinun tulisi tietää, että säteen jäljitys ei myöskään ole uusi tekniikka. Hollywood on käyttänyt säteiden jäljitystä kauan ennen kuin tekniikka pääsi videopeliteollisuuteen. Pixarin vuoden 2013 elokuva Monsters University oli itse asiassa ensimmäinen animaatioelokuva, joka käytti säteiden jäljitystekniikkaa kaikkeen valaistukseen ja varjostukseen. Joten miksi säteiden jäljitys teki siitä videopelejä niin myöhään?

Ensinnäkin mekaniikan kannalta säteiden jäljitys itsessään on laskennallisesti vaativaa. Säteen jäljitystekniikan soveltaminen tavalliseen 90 minuutin toimintaelokuvaan, jossa on 24 kuvaa sekunnissa, on jo erittäin aikaa vievää. Animaattorit voivat viettää päiviä tai viikkoja vain yhdessä kohtauksessa, joten kuvittele, kuinka paljon intensiivisempää on säteen jäljitys tavallisessa videopelissä, joka toimii 60 kuvaa sekunnissa. Se oli yksinkertaisesti epäkäytännöllistä.

Seuraavaksi, kuten edellä mainittiin, säteiden jäljitys on kallista. Sen lisäksi, että se on aikaa vievää, kallis budjetti on syy siihen, miksi sädejäljitelmät ovat aina olleet vain mega-elokuvateollisuuden yrityksillä Hollywoodissa. Pixarin Monsters University valmistus maksaa 200 miljoonaa dollaria, samoin kuin Toy Story 4, joka julkaistiin vuonna 2019.

Nykyaikaiset näytönohjaimet, jotka tukevat reaaliaikaista säteen jäljitystä, vaihtelevat 400-3000 dollariin.

Kun säteen jäljitystä käytetään

Säteiden jäljitystä käytetään melkein kaikkialla videopelissä, mutta erityisesti leikattuissa kohtauksissa. Oletko koskaan huomannut, miksi hahmosi näyttää elävämmältä ja hienostuneemmalta videopelileikattujen kohtausten aikana? Se on säteen jäljitys toiminnassa. Vuoden 2019 osuma AAA title Control on paras esimerkki onnistuneesta säteen jäljittämisestä videopelissä.

Videopelien ulkopuolella säteiden jäljitystä käytetään myös monilla teollisuudenaloilla. Arkkitehtuurissa säteen jäljitys on upotettu rakennuksen 3D-mallinnusta koskeviin sovelluksiin. Tämä tekee arkkitehdin mielikuvituksen rakennussuunnitelmasta realistisemmaksi kuin käsin piirretyt käsitehahmot, ja mallinnusvalo on tarkempi. Suunnittelussa säteen jäljitystä käytetään myös vastaavaan tarkoitukseen.

Pelin kehittäjät ja säteiden jäljitys

Ostettuaan säteen jäljitysyrityksen RayScale vuonna 2008, Nvidia aloitti alan ensimmäisenä aloittaessaan säteen jäljityksen kaupallisesti. Vuonna 2018 se esitteli kuluttajilleen GeForce RTX -sarjan näytönohjaimet. Siitä lähtien suurten nimien pelikehittäjät ovat liittyneet säteen jäljityspeliin yksi kerrallaan.

Vuonna 2019 Epic Games and Utility Technologies ilmoitti, että heidän allekirjoituslaitteistonsa tarjoavat nyt natiivin tuen säteiden jäljittämiselle. Vuonna 2018 Microsoft integroi säteen jäljityksen DirectX 12: een, Xbox One: n tärkeimpään multimedia- ja peliohjelmointiohjelmistoon. Vuoden 2020 alussa tekninen titaani julkisti DirectX 12 Ultimate -päivityksen DirectX 12: een.

Jos haluat oppia lisää säteiden jäljittämisestä, tarkista vertailumme Nvidian uusimmista GeForce RTX -tuotteista. Jos olet Linux-käyttäjä, katso miten eri Nvidian ja AMD: n grafiikkasuorittimet pinoavat Linuxiin.

Miksi Nvidian 30-sarjan näytönohjaimet ovat parempia kuin AMD

Grafiikkapiirijätti Nvidia näyttää hallitsevan GPU-markkinoita uudella AMD-voittavilla 30-sarjan GFX-korteilla.

Ray Tracing muodostaa pelaamisen tulevaisuuden

Pohjimmiltaan, mitä säteen jäljitys lupaa, on korkealaatuinen visuaalinen kokemus maksimaaliseen nautintoon. Säteiden jäljittäminen videopeleissä on vielä hyvin alkuvaiheessa, mutta sen pääsy markkinoille merkitsee lupaavaa tulevaisuutta miljardin dollarin teollisuudelle.

7 parasta edullista grafiikkakorttia edulliseen pelaamiseen

Budjettigrafiikkakortit ovat nykyään erittäin kykeneviä. Tässä ovat parhaat budjettikortit, joiden avulla voit pelata halvalla.

Kirjailijasta