Apakah Ray Tracing? Ketahui cara Ray Tracing berfungsi

Evolusi teknologi membawa kejayaan dalam pengalaman visual tetapi juga daripada grafik kepada kehidupan,  teknologi Ray Tracing baharu nvidia  adalah jawapan kepada perkembangan itu apabila syarikat  melancarkan barisan kad grafik . Grafik generasi baharu berdasarkan seni bina Turing mereka. Jadi apakah itu Ray Tracing ? Mengapa mengatakan ini adalah teknologi masa depan? Mari ketahui dengan WebTech360 dalam artikel ini

Apakah Ray Tracing?

Ray Tracing  ialah teknik rendering (rendering) cahaya dengan mengikut sinaran cahaya (trace bermaksud mengejar, ray bermaksud sinar cahaya). Anda boleh bayangkan teknik ini seperti cara anda melihat ke arah matahari, menjejaki tempat sinarnya terkena, objek apa yang mereka langgar dan bagaimana ia bersinar pada objek sekeliling. Pengesanan sinar mencipta semula proses itu tetapi dalam persekitaran digital.

Dalam erti kata lain, pengesanan sinar menjejaki cahaya yang diserap, dipantulkan, diserak dan diserak oleh setiap objek dalam persekitaran, dan ia digunakan bukan sahaja pada pancaran cahaya matahari tetapi kepada mana-mana sumber cahaya lain. (contohnya: 2 mentol lampu di dalam bilik permainan, api unggun api yang berkelip-kelip dalam permainan, sumber cahaya buatan ditetapkan apabila membuat 3D...).

Pada masa ini, seni bina Turing dengan Ray Tracing masih menjadi tanda tanya besar, dijangka menjadi titik perubahan revolusioner pasaran GPU, produk sedemikian mungkin akan dilihat dalam kebanyakan PC pada masa hadapan. atau tidak, atau adakah harganya begitu tinggi sehingga beberapa orang boleh memiliki dan menggunakannya?

Sukar untuk dijawab, kerana walaupun terdapat artikel dan ulasan untuk dua siri GeForce RTX 2080 FE dan GeForce RTX 2080 Ti FE, kami masih perlu menunggu, walaupun untuk permainan yang menyokong teknologi tinggi. dari kad, inilah ray menjejak. Selain itu, kad grafik profesional Quadro juga dilengkapi dengan teknologi baharu ini: Quadro RXT 8000, Quadro RXT 6000, Quadro RXT 5000, Quadro RXT 4000.

Bagaimana Ray Tracing Berfungsi

Matlamat pengesanan sinar adalah untuk mencipta pencahayaan yang lebih realistik dan teduhan yang lebih semula jadi, dan siri RTX NVIDIA telah mencapai hasil yang mengagumkan, sekurang-kurangnya dalam tunjuk cara pelancaran . Bilik kayu dengan tingkap terbuka akan menerangi hampir keseluruhan bilik apabila menggunakan pencahayaan tradisional, dan apabila pengesanan sinar dihidupkan, tempat dengan cahaya langsung akan menjadi lebih terang daripada di sudut bilik yang gelap. NVIDIA juga menunjukkan bagaimana nyalaan dalam Battlefield V boleh menghantui watak dalam permainan dan menghanguskan pintu kereta secara realistik.

Cahaya bukan sahaja mempengaruhi pencahayaan, ia juga mempengaruhi warna, kedalaman, dan bayang-bayang. Oleh itu, apabila pencahayaan disimulasikan hampir dengan kehidupan sebenar, elemen yang lain juga dilakukan dengan baik. Pewarna dalam permainan semasa kelihatan agak keras dan jelas, tiada peralihan sedikit antara tompok terang dan gelap, dan pengesanan sinar adalah bahagian yang membolehkan perkara ini berlaku.

Algoritma Pengesanan Ray 

Mencipta simulasi dunia sebenar adalah satu usaha yang sangat kompleks. Ia termasuk banyak faktor, seperti jumlah pancaran cahaya yang tidak terhingga, permukaan pemantulan, melalui objek, semuanya berdasarkan sifat molekul setiap objek, apatah lagi graviti dan interaksi fizikal. Mensimulasikan perkara "tak terhingga" sedemikian hanya menggunakan sumber terhingga komputer semasa adalah tidak seimbang dan mustahil.

Kami memanggil penyelesaian kepada masalah di atas "rasterisasi", bukannya berurusan dengan bilangan foton yang tidak terhingga, pemprosesan bermula dengan poligon. Lebih banyak poligon bermakna kelajuan pemprosesan yang lebih pantas, dan rasterisasi di sini untuk menukar berjuta-juta poligon tersebut menjadi imej tertentu.

Ringkasnya, ia mencipta prototaip 2D dan menjadikannya pada dunia 3D pra-bina. Di dalamnya, imej 2D yang diperbuat daripada poligon boleh menutup keseluruhan skrin apabila dilihat dari dekat, tetapi mungkin meliputi hanya beberapa piksel apabila dilihat dari jauh, dengan itu mencipta piksel, tekstur dan prinsip. Sudah tentu, satu teknik tidak dapat menampung keseluruhan kerja.

Pelbagai teknik seperti Z-buffer (penampan sekunder yang menjejaki kedalaman setiap piksel) mempercepatkan proses, mencipta alat yang menjadikan berjuta-juta poligon yang dijana kelihatan, boleh diisih dan dikendalikan secekap mungkin. Ini boleh memerlukan berjuta-juta atau malah berbilion-bilion pengiraan setiap bingkai yang hanya GPU moden dengan kelajuan pemprosesan teraflops boleh kendalikan.

Pengesanan sinar , mendekati masalah di atas secara berbeza daripada asterisasi R , mengikut sejarah ia telah wujud selama kira-kira 50 tahun sekarang. Turner Whitted kini berfungsi untuk NVIDIA , pada masa lalu melakar cara mengira penjejakan secara rekursif, menghasilkan visual yang mengagumkan termasuk bayang-bayang, pantulan dan banyak lagi. Sudah tentu, ia akan menjadi lebih rumit daripada rasterisasi.

Pengesanan sinar melibatkan pengesanan arah sinar (biasanya sinar cahaya) apabila menayangkannya ke dunia 3D. Katakan anda ingin membina objek, perkara pertama adalah untuk menentukan sinar cahaya yang mengikuti poligon yang membentuk objek, kemudian mengambil kira sumber cahaya yang mungkin, sifat poligon seperti bahan, permukaan rata atau melengkung. , ringkasnya, tambah atau tolak sinar cahaya.

Proses ini kemudiannya diulang untuk mana-mana sumber cahaya lain, termasuk cahaya yang dipantulkan daripada objek di tempat kejadian. Ia sangat kompleks sehingga banyak formula diperlukan untuk membolehkan pengesanan sinar, walaupun untuk permukaan lutsinar separa lutsinar, contohnya kaca atau air . Segala-galanya mesti mempunyai had pantulan buatan, kerana walaupun sinar tidak dapat mengesan semua bilangan foton yang tidak terhingga.

Algoritma pengesanan sinar yang paling biasa digunakan, menurut NVIDIA , ialah BVH Traversal: Bounding Volume Hierarchy Traversal yang mempercepatkan proses dengan mengezonkan objek untuk diproses, dengan kata lain "divide and conquer" .

Anda boleh merujuk kepada model arnab NVIDIA yang menggunakan algoritma BVH, yang menyetempatkan setiap peringkat, membahagikan bahagian kepada blok, lebih kecil dan lebih kecil sehingga algoritma menghasilkan poligon senarai pendek, dan kemudian tugas pengesanan sinar.

Walau bagaimanapun, jumlah kerja yang perlu dilakukan apabila melakukan kerja ini dengan perisian pada CPU atau GPU adalah terlalu tinggi. Alternatifnya ialah teras RT, setiap teras RT mempunyai algoritma struktur BVH terbina dalam, menjadikannya mampu memproses kerja 10 kali lebih pantas daripada teras CUDA.

Di samping itu, ia juga mesti dinyatakan berapa banyak sinar cahaya yang dikesan pada piksel, hanya satu sinar membawa kepada puluhan atau ratusan pengiraan, tetapi lebih banyak sinaran yang dikesan, kerja akan menjadi lebih ringan, dan produktiviti akan menjadi tinggi. Syarikat seperti Pixar, juga menggunakan teknologi pengesanan sinar untuk mencipta animasi.

Filem 90 minit dengan kadar bingkai 60 FPS memerlukan 324,000 imej, setiap satu mengambil masa beberapa jam untuk mengira sinar yang menjejaki setiap piksel. Bagaimanakah NVIDIA akan mencapai kesetaraan masa nyata sedemikian? Saya menyebut penampilan teras RT di atas, tetapi jika itu tidak mencukupi, jawapannya ialah teras Tensor hanya tersedia dalam seni bina Turing. Untuk contoh mudah, mengambil beban kerja FP16, teras Tensor mencapai 114 TFLOPS manakala FP32 dan CUDA hanya mempunyai 14.2 TFLOPS.

Tetapi mengapa teras Tensor cukup untuk pengesanan sinar? Ia adalah AI dan pembelajaran kendiri, dalam erti kata lain ia adalah ciri Persampelan Super Pembelajaran Dalam yang membolehkan permainan dipaparkan pada peleraian yang lebih rendah tanpa AA, maka teras Tensor akan mewarisi dan memberi kesan kepada bingkai , anti-aliasing untuk resolusi yang lebih tinggi.

Kesimpulannya, nama besar dalam industri rendering telah melangkah ke pengesanan sinar seperti Epic, UE, Unity 3D, EA Frostbite. Microsoft juga mencipta DirectX Ray khusus untuk pengesanan sinar. Dengan RTX, ini benar-benar satu lompatan besar dalam industri grafik komputer, sudah tentu ia masih belum lengkap dan dalam tempoh sepuluh tahun akan datang untuk dapat meletakkan RTX 2080 Ti di pasaran sebagai arus perdana sepenuhnya. mungkin.

Teknologi Pengesanan Ray pada Kad Grafik Terkini NVIDIA

Teknologi grafik semasa daripada NVIDIA dan hampir keseluruhan industri adalah mengenai simulasi cahaya dan tingkah laku cahaya dalam adegan tertentu, dengan cara yang lebih mudah, dipanggil Rasterisasi. Seperti pelukis melukis, objek diberikan lapisan demi lapisan, belakang ke hadapan, jadi objek di latar depan akan mengaburkan objek di latar belakang.

Paparkan perbezaan antara Raster konvensional (kiri) dan pengesanan sinar (kanan).

Walau bagaimanapun, pendekatan ini akan menjadi sukar apabila membuat pantulan, kerana teknik raster tidak akan dapat menjejak dan menghasilkan cahaya. Ia sering digunakan dalam adegan masa nyata kerana perkakasan semasa tidak mencukupi untuk mensimulasikan gerakan adegan kompleks, contohnya dalam permainan video atau animasi 3D.

Sementara itu, pengesanan sinar membina semula tingkah laku cahaya apabila ia mengenai permukaan, bahan dan objek bergerak.

Cahaya semasa melalui adegan boleh diberikan dan dijadikan lebih kompleks. Dengan pengesanan sinar, anda boleh mensimulasikan cara sinar cahaya berinteraksi dengan objek, mencipta pantulan realistik, pembiasan dan kesan serakan dalam masa nyata. Pengesanan sinar juga boleh mengesan dan memaparkan pembiasan, pemantul, memvisualisasikan sumber cahaya di tempat kejadian dan juga warna cahaya selepas ia melalui subjek.

Malah, teknik ini telah digunakan dalam amalan, dengan filem seperti Pixar's Monsters University, Marvel's Iron Man. Tetapi ketika itu ia digunakan oleh pengguna profesional, tetapi kini ia telah dibawa kepada pengguna umum - sesuatu yang mustahil sebelum ini.

Ini patut dipanggil kejayaan NVIDIA kerana pengesanan sinar memerlukan sejumlah besar kuasa pengkomputeran. Ketua Pegawai Eksekutif NVIDIA Jensen Huang berkata ia adalah "lonjakan terbesar yang pernah kami lakukan dalam satu generasi (kad GPU)."

Cara NVIDIA untuk menyelesaikan masalah adalah dengan menggunakan seni bina Turing baharu dalam GPU yang baru dikeluarkan. Seni bina ini direka untuk menyelesaikan masalah pemprosesan. Teras pengesanan sinar khusus juga dilengkapi dengan Teras Tensor, yang mampu menggunakan AI untuk membuat kesimpulan bahagian "masa nyata" imej - masalah paling intensif dari segi pengiraan bagi teknik ini. Jadi GPU dapat meniru 6x lebih pantas daripada platform Pascal sebelumnya (pada GTX 1080Ti).

Ini benar-benar satu lonjakan besar dalam teknologi grafik dan ia mengujakan untuk berfikir bahawa studio dan individu kini akan dapat memperluaskan penggunaan teknik pengesanan sinar ini kepada aplikasi dalam animasi, permainan Sains dan simulasi.

Semoga teknologi Ray Tracing akan semakin berkembang, maka kita akan merasai kualiti imej yang lebih cantik, tetapi pada masa sekarang memang sukar untuk anda mengalami Ray Tracing untuk pengguna lain.permainan yang dahsyat kerana memerlukan perisian yang besar. Jika anda memerlukan nasihat tentang konfigurasi permainan Ray Tracing, sila hubungi WebTech360 .

Disintesis daripada: Genk.vn