Трассировка лучей (RTX, Ray-Tracing) – это технология, которая стала известной благодаря премьере новых видеокарт Nvidia GeForce серии RTX 20. Однако на самом деле это не новое решение, а то, что можно наблюдать на протяжении многих лет. Что такое трассировка лучей и как она работает?
Трассировка лучей в мире компьютерных игр – это новая и все еще развивающаяся технология. Теоретически благодаря этому пользователи должны получить еще лучшую и более реалистичную графику. Однако до полного использования его потенциала пройдет несколько месяцев. Новые карты Nvidia – это только начало.
Трассировка лучей (рейтрейсинг) буквально означает отслеживание лучей света. И такой перевод лучше всего отражает суть этой технологии. Но что это за решение, которое так громко звучало в последние недели, и как оно изменит графику в компьютерных играх?
Откуда это?
Трассировка лучей – не новая технология. Термин «трассировка лучей» встречается уже в произведениях эпохи Возрождения. Однако в компьютерном мире основы современных решений были впервые заложены Артуром Аппелем, который в 1968 году создал алгоритм, который определил метод отслеживания лучей, достигающих глаз зрителя. Решение было улучшено Тернером Уиттедом в 1979 году. Он определил несколько дополнительных лучей, которые могут возникнуть после столкновения с препятствием. Это отражение, тень и преломление, которые дополнительно делают созданное изображение реалистичным. Однако потребовалось много лет, чтобы технология начала применяться.
Голливуд знает трассировку лучей
Хотя трассировка лучей только сейчас входит в игровой мир, на самом деле она используется уже много лет. Больше всего примеров использования этой технологии можно найти в высокобюджетных голливудских фильмах. Специалисты по эффектам уже много лет используют трассировку лучей для создания реалистичных сцен. Именно благодаря трассировке лучей можно наблюдать за Робертом Дауни-мл. в доспехах Железного Человека, который выглядит так, как будто он действительно существует.
Здесь может возникнуть вопрос – если трассировка лучей уже давно используется кинематографистами, почему она только сейчас пробивается в игры? Одно слово может ответить на этот вопрос – эффективность. В компьютерных играх каждая сцена отображается вживую. Графическая карта должна создавать не менее 30 кадров в секунду, чтобы говорить о плавном игровом процессе. К сожалению, трассировка лучей требует огромных вычислительных мощностей, которых не могли достичь предыдущие графические процессоры. С фильмами это намного проще, поскольку сцены не отображаются в реальном времени.
Принцип работы трассировки лучей
Как уже упоминалось ранее – само название во многом определяет, что такое трассировка лучей. Эта технология позволяет отслеживать световые лучи, которые достигают линзы камеры или в случае игр отображаются на экране компьютера. Разработанный алгоритм обрабатывает каждый световой луч отдельно и исследует его поведение – отражения, столкновения с объектами, прохождение через прозрачные элементы и тому подобное. Важно отметить, что при трассировке лучей также учитываются источники света, которые не видны в визуализируемой сцене. Возьмем, к примеру, игру, в которой игрок стоит внутри какого-то здания. Хотя он будет смотреть на стену, алгоритм все равно будет учитывать и рассчитывать световые лучи, генерируемые солнцем и попадающие в комнату через окно.
Графические карты с поддержкой RTX
Nvidia – первая компания, которая представила видеокарты, способные выполнять вычисления рейтрейсинга в реальном времени. В интервью представители бренда подчеркивают, что для получения удовлетворительных результатов необходимо одновременно отслеживать не менее 5 миллиардов световых лучей. Это одновременно много вычислений. Поэтому новые видеокарты с архитектурой Тьюринга оснащены дополнительными специализированными ядрами RT, которые должны обрабатывать эти вычисления. Пока что Nvidia анонсировала только три модели видеокарт – GeForce RTX 2080 Ti, GeForce RTX 2080 и GeForce RTX 2070. Они достигают эффективности 10, 8 и 6 Гб лучей соответственно, что означает, что они могут отслеживать 10, 8 и 6 миллиардов световых лучей одновременно. Скорее всего, долгое время на такие вычисления будут способны только видеокарты.
Одной видеокарты недостаточно
Однако простого внедрения технологий в видеокарты недостаточно. Разработчики игр должны внедрять это решение в свою продукцию. К счастью, уже анонсировано несколько десятков игр, которые будут поддерживать трассировку лучей. К ним относятся: «Battlefield V», «Shadow of the Tomb Raider» или «Metro Exodus». Трассировка лучей также пойдет на CD Projekt RED «Cyberpunk 2077». Кроме того, несколько разработчиков объявили об обновлениях существующих игр, в которых будет добавлена поддержка трассировки лучей. Например: «Final Fantasy XV» и «Hitman 2».
