Если в последнее время вы хоть немного обращали внимание на новости об играх и графике^{(gaming and graphics news)} , то вы слышали последнее и самое модное словечко: трассировка лучей^{(ray tracing)} . Возможно, вы также слышали похожее по звучанию слово « трассировка пути»^{(path tracing)} . И вас можно полностью простить за то, что вы не до конца понимаете, что такое любой из этих процессов.

Простое объяснение заключается в том, что и трассировка пути, и трассировка лучей^{(ray tracing)} — это графические методы, которые приводят к более реалистичному изображению за счет значительно большей вычислительной мощности. На YouTube есть видео Minecraft ^(YouTube),^{(Minecraft video)} которое ясно демонстрирует отдельные аспекты трассировки лучей, но также иллюстрирует нагрузку, которую она оказывает на систему.

Если это единственное объяснение, которое вам нужно, отлично! Но если вы хотите копнуть глубже и узнать, как работает каждый метод и почему производители оборудования для графических процессоров^{(GPU hardware)} берут небольшое состояние за карты с поддержкой трассировки лучей, читайте дальше.

Растеризация и компьютерная графика

Любое изображение, которое вы видите на экране компьютера^{(computer screen)} , изначально не было этим изображением. Он начинается как растровое или векторное изображение^{(vector image)} . Растровое изображение^{(raster image)} состоит из набора закрашенных пикселей.

Векторное изображение^{(vector image)} основано на математических формулах, которые означают, что изображение можно увеличивать в размере почти до бесконечности. Недостатком векторных изображений^{(vector image)} является то, что трудно получить более точные детали. Векторные^(Vector) изображения лучше всего использовать, когда нужно всего несколько цветов.

Основная сила растеризации — ее скорость, особенно по сравнению с такими методами, как трассировка лучей. Ваш GPU или графический процессор скажет игре создать 3D-изображение из небольших фигур, чаще всего треугольников. Эти треугольники превращаются в отдельные пиксели, а затем обрабатываются шейдером для создания изображения, которое вы видите на экране.

Растеризация долгое время была популярным вариантом для графики видеоигр из-за того, как быстро она может быть обработана, но поскольку современные технологии начинают натыкаться на свои ограничения, необходимы более продвинутые методы, чтобы выйти на следующий уровень. Вот где на помощь приходит трассировка лучей.

Трассировка^(Ray) лучей выглядит гораздо более реалистично, чем растеризация, как показано на изображении ниже. Посмотрите на отражение на чайнике^{(tea pot)} и ложке.

Что такое трассировка лучей?

На поверхностном уровне ^{(surface level)}трассировка лучей^{(ray tracing)} — это общий термин, который означает все, от единственного пересечения света и объекта до полного фотореализма. Однако в наиболее распространенном контексте, используемом сегодня, трассировка лучей^{(ray tracing)} относится к методу рендеринга,^{(rendering technique)} который следует за лучом света (в пикселях) от заданной точки^{(set point)} и имитирует его реакцию при столкновении с объектами.

Найдите минутку и посмотрите^{(moment and look)} на стену комнаты, в которой вы находитесь. Есть ли на стене источник света или свет отражается от стены от другого источника? Графика с трассировкой лучей^(Ray) будет начинаться с вашего глаза и следовать по линии вашего взгляда к стене, а затем следовать по пути света от стены обратно к источнику света.

Диаграмма выше иллюстрирует, как это работает. Смоделированные «глаза» (камера на этой диаграмме) используются для уменьшения нагрузки на GPU .

Почему? Что ж, трассировка лучей не новинка^{(t brand-new)} . На самом деле он существует уже довольно давно. Pixar использует методы трассировки лучей для создания многих своих фильмов, но высококачественная покадровая графика в разрешениях, которых достигает Pixar , требует времени.^(Pixar)

Много^{(A lot)} времени. На некоторые кадры в Университете монстров^{(Monsters University)} ушло по 29 часов. «История игрушек 3»^{(Toy Story 3 )} занимала в среднем 7 часов на кадр, а на некоторые кадры уходило 39 часов, согласно рассказу Wired 2010 года.^{(Wired. )}

Поскольку фильм иллюстрирует отражение света от каждой поверхности для создания графического стиля,^{(style everyone)} который все знают и любят, рабочая нагрузка^{(work load)} почти невообразима. Ограничивая методы трассировки лучей только тем, что может видеть глаз, игры могут использовать этот метод, не вызывая (буквального) расплавления вашего графического процессора.

Взгляните на изображение ниже.

Это не фотография, несмотря на то, насколько реальной она выглядит. Это изображение с трассировкой лучей. Попробуйте представить, сколько энергии требуется для создания такого изображения. Один луч можно проследить и обработать без особых проблем, но что делать, если этот луч отражается от объекта?

Один луч может превратиться в 10 лучей, а те 10 могут превратиться в 100 и так далее. Увеличение экспоненциальное. Через некоторое время отскоки и отражения за третичными и четвертичными уровнями показывают уменьшающуюся отдачу. Другими словами, они требуют гораздо больше мощности для расчета и отображения, чем они того стоят. Ради рендеринга изображения где-то должен быть установлен предел.  

Теперь представьте, что вы делаете это от 30 до 60 раз в секунду. Это количество энергии, необходимое для использования методов трассировки лучей в играх. Это конечно впечатляет, правда?

Доступность графических карт, способных к трассировке лучей^{(ray tracing)} , будет расти с течением времени, и в конце концов этот метод станет таким же доступным, как 3D-графика. Однако на данный момент трассировка лучей^{(ray tracing)} по-прежнему считается передовым направлением компьютерной графики. Так как же трассировка пути вступает в игру?

Что такое трассировка пути?

Трассировка пути^{(Path tracing)} — это разновидность трассировки лучей^{(ray tracing)} . Он подпадает под этот зонтик, но там, где трассировка лучей^{(ray tracing)} была первоначально теоретизирована в 1968 году, трассировка путей не появлялась на сцене до 1986 года (и результаты были не такими впечатляющими, как сейчас).

Помните экспоненциальное увеличение количества лучей, упомянутое ранее? Трассировка пути^(Path) обеспечивает решение этой проблемы. При использовании трассировки пути для рендеринга лучи создают только один луч за один отскок. Лучи не следуют заданной линии^{(set line)} за каждый отскок, а скорее разлетаются в случайном направлении.

Затем алгоритм трассировки пути выполняет случайную выборку всех лучей для создания конечного изображения. Это приводит к выборке множества различных типов освещения, но особенно глобального освещения.

Интересная особенность трассировки пути^{(path tracing)} заключается в том, что эффект можно эмулировать с помощью шейдеров. Недавно появился шейдерный патч для ^{(shader patch)}эмулятора Nintendo Switch^{(Nintendo Switch emulator)} , который позволял игрокам эмулировать глобальное освещение с трассировкой пути в таких играх, как The Legend of Zelda: Breath of the Wild и Super Mario Odyssey. Хотя эффекты выглядят красиво, они не так совершенны, как настоящая трассировка пути^{(path tracing)} .

Трассировка пути^{(Path tracing)} — это всего лишь одна из форм трассировки лучей. Хотя это считалось лучшим способом рендеринга изображений, трассировка пути имеет свои недостатки.

Но, в конце концов, и трассировка пути, и трассировка^{(path tracing and ray)} лучей приводят к абсолютно красивым изображениям. Теперь, когда аппаратное обеспечение компьютеров потребительского уровня достигло такого уровня, когда трассировка лучей^{(ray tracing)} в видеоиграх возможна в режиме реального времени, индустрия готова совершить прорыв, почти такой же впечатляющий, как переход от 2D к 3D-графике.

Однако пройдет еще некоторое время — как минимум несколько лет, — прежде чем необходимое оборудование будет считаться «доступным». На данный момент даже необходимые видеокарты стоят более 1000 долларов.

What is Path Tracing and Ray Tracing? And Why do They Improve Graphics?

If you’ve taken eνen the slightest glance tоwards gaming and graphics news latelу, then you’ve heard the latest and greatest buzzword: ray tracing. Yoυ might also have heard a similar-sounding word called path tracing. And you could be totally fоrgiven for not fully understanding what either one of the processes is.

A simple explanation is that both path tracing and ray tracing are graphical techniques that result in more realistic-looking images at the cost of significantly more computational power. There is a Minecraft video on YouTube that demonstrates the particular aspects of ray tracing in a clear way, but also illustrates the stress it puts on a system.

If that’s the only explanation you need, great! But if you want to dig deep and find out how each technique works and why GPU hardware companies are charging a small fortune for ray tracing-capable cards, read on.

Rasterization and Computer Graphics

Any image you see displayed on a computer screen did not start out as that image. It begins as either a raster or a vector image. A raster image is composed of a collection of shaded pixels.

A vector image is based on mathematical formulas that mean the image can be increased in size almost indefinitely. The downside of vector images is that more precise details are difficult to achieve. Vector images are best used when only a few colors are needed.

The main strength of rasterization is its speed, especially in comparison to techniques like ray tracing. Your GPU, or graphics processing unit, will tell the game to create a 3D image out of small shapes, most often triangles. These triangles are turned into individual pixels and then put through a shader to create the image you see on screen.

Rasterization has been the go-to option for video game graphics for a long time due to how quickly it can be processed, but as current technology begins to bump against its limits more advanced techniques are needed ot break through to the next level. That’s where ray tracing comes in.

Ray tracing looks far more realistic than rasterization, as the image below illustrates. Look at the reflections on the tea pot and the spoon.

What is Ray Tracing?

At the surface level, ray tracing is an umbrella term that means everything from a single intersection of light and object to complete photorealism. In the most common context used today, however, ray tracing refers to a rendering technique that follows a beam of light (in pixels) from a set point and simulates how it reacts when it encounters objects.

Take a moment and look at the wall of the room you’re in. Is there a light source on the wall, or is light reflected off the wall from another source? Ray traced graphics would start at your eye and follow your line of sight to the wall, and then follow the path of light from the wall back to the light source.

The diagram above illustrates how this works. The reason for the simulated “eyes” (the camera in this diagram) is to lessen the load on the GPU.

Why? Well, ray tracing isn’t brand-new. It’s actually been around for quite some time. Pixar uses ray tracing techniques to create many of its movies, but high-fidelity, frame-by-frame graphics at the resolutions Pixar achieves take time.

A lot of time. Some frames in Monsters University took a reported 29 hours each. Toy Story 3 took an average of 7 hours per frame, with some frames taking 39 hours according to a 2010 story from Wired.

Because the film illustrates the reflection of light from every surface to create the graphical style everyone has come to know and love, the work load is almost unimaginable. By limiting ray tracing techniques to only what the eye can see, games can utilize the technique without causing your graphics processor to have a (literal) meltdown.

Take a look at the image below.

That’s not a photograph, despite how real it looks. It’s a ray-traced image. Try to imagine how much power is required to create an image that looks like this. One ray can be traced and processed without much trouble, but what about when that ray bounces off an object?

A single ray can turn into 10 rays, and those 10 can turn into 100, and so on. The increase is exponential. After a point, bounces and reflections beyond tertiary and quaternary display diminishing returns. In other words, they require far more power to calculate and display than they are worth. For the sake of rendering an image, a limit has to be drawn somewhere.  

Now imagine doing that 30 to 60 times per second. That is the amount of power required to use ray tracing techniques in games. It’s certainly impressive, right?

The attainability of graphics cards capable of ray tracing will go up as time goes on, and eventually this technique will become as readily available as 3D graphics. For now, though, ray tracing is still considered the cutting-edge of computer graphics. So how does path tracing come into play?

What is Path Tracing?

Path tracing is a type of ray tracing. It falls under that umbrella, but where ray tracing was originally theorized in 1968, path tracing didn’t come onto the scene until 1986 (and the results were not as dramatic as those now.)

Remember the exponential increase in rays mentioned earlier? Path tracing provides a solution to that. When using path tracing for rendering, the rays only produce a single ray per bounce. The rays do not follow a set line per bounce, but rather shoot off in a random direction.

The path tracing algorithm then takes a random sampling of all of the rays to create the final image. This results in sampling a variety of different types of lighting, but especially global illumination.

An interesting thing about path tracing is that the effect can be emulated through the use of shaders. A shader patch appeared recently for a Nintendo Switch emulator that allowed players to emulate path traced global illumination in titles like The Legend of Zelda: Breath of the Wild and Super Mario Odyssey. While the effects look nice, they aren’t as complete as true path tracing.

Path tracing is just one form of ray tracing. While it was hailed as the best way to render images, path tracing comes with its own flaws.

But in the end, both path tracing and ray tracing result in absolutely beautiful images. Now that the hardware in consumer-grade machines has reached a point that ray tracing is possible in real-time in video games, the industry stands poised to make a breakthrough that’s almost as impressive as the step from 2D to 3D graphics.

However, it will still be some time—several years at least—before the necessary hardware will be considered “affordable.” As of now, even the necessary graphics cards cost well over $1,000.

Related posts

• Как отразить текст на пути в Illustrator

• 3 способа взять Photo or Video на хромин

• Как Detect Computer & Email Monitoring или Spying Software

• Flat Panel Display Technology Demystified: TN, IPS, VA, OLED и многое другое

• Как включить Caps Lock на Chromebook

• Как Mute Someone на Discord

• Что Do BCC and CC Mean? Понимание Basic Email Lingo

• Как использовать VLOOKUP в листах Google

• Как разделить Screen на хромин

• Discord не Opening? 9 Ways, чтобы исправить

• 7 Quick Fixes, когда Minecraft Keeps Crashing

• Как отправить Anonymous Text Message, который не может вам Be Traced Back

• Как открыть File с No Extension

• Ваш Computer Randomly Turn само по себе?

• Как Download Twitch Videos

• Как получить Rid Yahoo Search в Chrome

• Как изменить язык на Netflix

• OLED vs Microled: Если вы ждать?

• Как разделить Clip в Adobe Premiere Pro

• Что такое Uber Passenger Rating and How, чтобы проверить это