Η ανίχνευση ακτίνων είναι μια τεχνική για την απόδοση γραφικών υπολογιστή που δημιουργεί μια εικόνα ανιχνεύοντας τη διαδρομή των ακτίνων μέσα από μια σκηνή. Οι ακτίνες μπορούν να αλληλεπιδράσουν με αντικείμενα στη σκηνή, αναπηδώντας από αυτά και αποκτώντας ιδιότητες, όπως το χρώμα.
Ray Tracing: The Basics
Η ανίχνευση ακτίνων μιμείται τον πραγματικό φωτισμό. Το φως που βλέπουμε είναι το αποτέλεσμα φωτονίων που εκπέμπονται από πηγές ενέργειας, όπως ο ήλιος. Τα φωτόνια μπορούν να αναπηδήσουν και να διασκορπιστούν καθώς συγκρούονται με αντικείμενα. Ένας καθρέφτης είναι το μόνο που χρειάζεστε για να το δείτε στην πράξη. Το φως που χτυπά έναν καθρέφτη δημιουργεί μια αντανάκλαση.
Το Η ανίχνευση ακτίνων προσομοιώνει αυτό. Ο αριθμός των ακτίνων που ανιχνεύονται είναι ασήμαντος σε σύγκριση με τον πραγματικό κόσμο, όπου εκατομμύρια φωτόνια αναπηδούν στο οπτικό μας πεδίο. Τα σύγχρονα παιχνίδια εντοπίζουν κάπου μεταξύ μίας και τεσσάρων ακτίνων ανά pixel. Ωστόσο, αυτό είναι αρκετό για την προσομοίωση του πραγματικού κόσμου.
Η ανίχνευση της διαδρομής μιας ακτίνας της επιτρέπει επίσης να αλληλεπιδρά με τον κόσμο του παιχνιδιού. Μια ακτίνα που αναπηδά από ένα κόκκινο αντικείμενο μπορεί να επηρεαστεί από αυτό το χρώμα, ρίχνοντας μια κόκκινη λάμψη κοντά. Οι ακτίνες μπορούν να διασκορπιστούν με διαφορετικούς τρόπους με βάση τις ιδιότητες που δίνουν οι καλλιτέχνες ενός παιχνιδιού σε αντικείμενα, επιτρέποντας ρεαλιστικές ημιανακλαστικές ή τραχιές επιφάνειες.
Η ανίχνευση ακτίνων είναι ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός για τα τρισδιάστατα γραφικά. Δημιουργεί μια ρεαλιστική εικόνα προσομοιώνοντας τη διαδρομή των ακτίνων καθώς κινούνται σε ένα παιχνίδι. Αυτό οδηγεί σε φωτισμό που μπορεί να αλληλεπιδράσει με το περιβάλλον ακόμα και όταν το περιβάλλον δεν είναι ορατό στη συσκευή αναπαραγωγής. Η ανίχνευση ακτίνων δεν απαιτεί ειδικά κατασκευασμένο υλικό για να λειτουργήσει, αλλά είναι πρακτικό μόνο σε κάρτα βίντεο ή κονσόλα παιχνιδιών που μπορεί να επιταχύνει την ανίχνευση ακτίνων επειδή είναι πολύ απαιτητικό.
Ray Tracing εναντίον Rasterization (ή τρισδιάστατα γραφικά όπως το ξέρατε)
Μπορεί ακόμα να μπερδεύεστε ακόμα κι αν καταλαβαίνετε αυτήν την εξήγηση. Οι στοχασμοί ήταν παρόντες σε προηγούμενα παιχνίδια, ακόμα και σε αυτά που είναι τώρα αρκετών δεκαετιών. Σε τι διαφέρει η ανίχνευση ακτίνων;
Προηγούμενα παιχνίδια 3D και τα περισσότερα σύγχρονα παιχνίδια χρησιμοποιούν ραστεροποίηση. Η ραστεροποίηση συνδυάζει τα στοιχεία ενός κόσμου τρισδιάστατου παιχνιδιού που είναι ορατό στον παίκτη σε μια δισδιάστατη εικόνα. Αποδίδει μόνο ό,τι πρέπει να είναι ορατό στο πρόγραμμα αναπαραγωγής, καθώς κάθε απόδοση που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία αυτού που δεν μπορεί να δει ο παίκτης είναι χαμένη. Ωστόσο, αυτό δημιουργεί ένα πρόβλημα.
Ας επιστρέψουμε στο παράδειγμα ενός καθρέφτη. Το περιβάλλον του παίκτη και ο χαρακτήρας του παίκτη δεν είναι ορατά στον παίκτη (τουλάχιστον σε ένα παιχνίδι πρώτου προσώπου). Με τη ραστεροποίηση, δεν υπάρχει τίποτα για να αντανακλά ο καθρέφτης.
Φυσικά, οι καθρέφτες υπάρχουν στα σύγχρονα παιχνίδια. Αποδίδουν τη σκηνή δύο φορές. Μια πάσα είναι από την οπτική γωνία του παίκτη, ενώ μια άλλη είναι από διαφορετική οπτική γωνία. Αυτό όμως διπλασιάζει την απόδοση που απαιτείται για την απόδοση μιας σκηνής.
Οι αντανακλάσεις του χώρου οθόνης, μια τεχνική στις δημοφιλείς μηχανές παιχνιδιών 3D, χρησιμοποιούν δεδομένα στην οθόνη για να δημιουργήσουν μια αντανάκλαση. Αυτή η τεχνική είναι ιδανική για ανακλαστικές επιφάνειες υπό γωνία προς την προοπτική του παίκτη, όπως το νερό. Ωστόσο, τα ανακλώμενα αντικείμενα εξαφανίζονται εάν το στοιχείο που ανακλάται μετακινηθεί εκτός οθόνης.
Η ανίχνευση ακτίνων δεν μοιράζεται αυτά τα προβλήματα, επειδή, σε αντίθεση με την ραστεροποίηση, μπορεί να εντοπίσει έξω από την οπτική γωνία του παίκτη.
Επίσης, σε παιχνίδια που επιτρέπουν στις ακτίνες να αλληλεπιδρούν με επιφάνειες, η ανίχνευση ακτίνων μπορεί να εμφανίζει ρεαλιστική διαρροή χρώματος και ημι-ανακλαστικές επιφάνειες που είναι δύσκολο να χειριστούν η ραστεροποίηση.
Τι υλικό απαιτεί η ανίχνευση ακτίνων;
Η ανίχνευση ακτίνων δεν είναι μια νέα ιδέα. Οι επιστήμονες υπολογιστών πειραματίστηκαν με την ανίχνευση ακτίνων στις αρχές της δεκαετίας του 1980, δημιουργώντας στατικές εικόνες με ρεαλιστικό φωτισμό, αντανακλάσεις και σκιές. Δυστυχώς, χρειάστηκαν ώρες για να αποδοθούν.
Ένα βιντεοπαιχνίδι χρειάζεται ανίχνευση ακτίνων σε πραγματικό χρόνο με ταχύτητα 30 καρέ ανά δευτερόλεπτο ή υψηλότερη. Αυτό είναι δυνατό μόνο με μια κάρτα βίντεο που έχει σχεδιαστεί για να επιταχύνει τον εντοπισμό ακτίνων.
Η ανίχνευση ακτίνων RTX της Nvidia βασίζεται σε πυρίτιο που ονομάζεται Tensor Core. Οι πυρήνες Tensor βρίσκονται μόνο σε κάρτες βίντεο RTX. Οι κάρτες GTX της Nvidia μπορούν να αποδώσουν ένα παιχνίδι χρησιμοποιώντας ανίχνευση ακτίνων, επειδή, όπως αναφέρθηκε, η ανίχνευση ακτίνων δεν απαιτεί πυρίτιο ειδικά κατασκευασμένο. Ωστόσο, η απόδοση είναι αβυσσαλέα σε σύγκριση με τις κάρτες RTX. Και ορισμένα παιχνίδια, όπως το Minecraft με ανίχνευση ακτίνων RTX, απαιτούν κάρτα βίντεο RTX λόγω του συγκεκριμένου τρόπου με τον οποίο ενεργοποιούν την ανίχνευση ακτίνων.
Οι κάρτες AMD που επιταχύνουν την ανίχνευση ακτίνων δεν έχουν συγκεκριμένη επωνυμία και δεν διαθέτουν αποκλειστικό πυρίτιο. Αντίθετα, χρησιμοποιούν τροποποιήσεις υλικού και ενημερώσεις λογισμικού για καλύτερα αποτελέσματα. Είναι πιο δύσκολο να αναγνωρίσετε κάρτες AMD που επιταχύνουν τον εντοπισμό ακτίνων, γι' αυτό δώστε προσοχή στις λεπτομέρειες.
Το PlayStation 5 και το Xbox Series X και S της Sony διαθέτουν υλικό γραφικών από την AMD που μπορεί να επιταχύνει την ανίχνευση ακτίνων. Εναπόκειται στους προγραμματιστές να το ενεργοποιήσουν, ωστόσο, και πολλά παιχνίδια δεν το κάνουν. Ένα αξιοσημείωτο παράδειγμα είναι το Cyberpunk 2077, το οποίο υποστήριζε την ανίχνευση ακτίνων RTX σε υπολογιστή κατά την κυκλοφορία, αλλά δεν υποστήριζε ανίχνευση ακτίνων σε κονσόλες επόμενης γενιάς. Το χαρακτηριστικό υπόσχεται για κονσόλες επόμενης γενιάς σε μελλοντική ενημέρωση κώδικα.
