Ако сте у последње време бацили макар и најмањи поглед на вести о играма и графици, онда сте чули најновију и најбољу реч: праћење зрака. Можда сте такође чули реч сличног звука која се зове праћење пута. И могло би вам бити потпуно опроштено што нисте у потпуности разумели шта је било који од процеса.

Једноставно објашњење је да су и праћење путање и праћење зрака графичке технике које резултирају сликама које изгледају реалистичније по цену знатно веће рачунарске снаге. Постоји Минецрафт^(Minecraft) видео на ИоуТубе-^(YouTube) у који на јасан начин демонстрира одређене аспекте праћења зрака, али и илуструје стрес који он ставља на систем.

Ако је то једино објашњење које вам треба, одлично! Али ако желите да копате дубоко и сазнате како свака техника функционише и зашто компаније за ГПУ^(GPU) хардвер наплаћују мало богатство за картице које подржавају праћење зрака, читајте даље.

Растеризација и компјутерска графика

Ниједна слика коју видите приказану на екрану рачунара није почела као та слика. Почиње као растерска или векторска слика. Растерска слика се састоји од колекције осенчених пиксела.

Векторска слика је заснована на математичким формулама које значе да се величина слике може повећавати скоро неограничено. Лоша страна векторских слика је што је тешко постићи прецизније детаље. Векторске^(Vector) слике се најбоље користе када је потребно само неколико боја.

Главна снага растеризације је њена брзина, посебно у поређењу са техникама као што је праћење зрака. Ваш ГПУ^(GPU) , или јединица за графичку обраду, ће рећи игрици да креира 3Д слику од малих облика, најчешће троуглова. Ови троуглови се претварају у појединачне пикселе, а затим пролазе кроз шејдер да би се створила слика коју видите на екрану.

Растеризација је била опција за графику видео игара већ дуго времена због тога колико брзо се може обрадити, али како тренутна технологија почиње да наилази на своје границе, потребне су напредније технике за продор на следећи ниво. Ту долази праћење зрака.

Праћење зрака^(Ray) изгледа много реалистичније од растеризације, као што слика испод илуструје. Погледајте одразе на лонцу за чај и кашичици.

Шта је праћење зрака?

На нивоу површине, праћење зрака је кровни термин који означава све, од једног пресека светлости и објекта до потпуног фотореализма. У најчешћем контексту који се данас користи, међутим, праћење зрака се односи на технику приказивања која прати сноп светлости (у пикселима) од постављене тачке и симулира како реагује када наиђе на објекте.

Одвојите тренутак и погледајте зид собе у којој се налазите. Да ли постоји извор светлости на зиду или се светлост одбија од зида од другог извора? Графика праћена зрацима би почињала^(Ray) од вашег ока и пратила би вашу линију вида до зида, а затим би пратила путању светлости од зида назад до извора светлости.

Горњи дијаграм илуструје како ово функционише. Разлог за симулиране „очи“ (камера на овом дијаграму) је смањење оптерећења ГПУ^(GPU) -а .

Зашто? Па, праћење зрака није потпуно ново. У ствари постоји већ неко време. Пикар^(Pixar) користи технике праћења зрака за креирање многих својих филмова, али за графику високе верности, кадар по кадар у резолуцијама које Пикар^(Pixar) постиже, треба времена.

Много^{(A lot)} времена. Неким оквирима на Универзитету чудовишта^{(Monsters University)} било је потребно по 29 сати. Прича о играчкама 3^{(Toy Story 3 )} је у просеку трајала 7 сати по кадру, док је неким кадровима требало 39 сати према причи из 2010. из Виред-а.^{(Wired. )}

Пошто филм илуструје рефлексију светлости са сваке површине како би се створио графички стил који су сви упознали и волели, оптерећење је готово незамисливо. Ограничавајући технике праћења зрака само на оно што око може да види, игре могу да користе технику без изазивања (буквалног) пада вашег графичког процесора.

Погледајте слику испод.

То није фотографија, без обзира колико стварно изгледа. То је слика са трагом зрака. Покушајте да замислите колико је снаге потребно да бисте направили слику која изгледа овако. Један зрак се може пратити и обрадити без много проблема, али шта је када се тај зрак одбије од објекта?

Један зрак се може претворити у 10 зрака, а тих 10 у 100 итд. Повећање је експоненцијално. Након тачке, одбијања и рефлексије изван терцијарног и квартарног приказа се смањују. Другим речима, за израчунавање и приказивање им је потребно много више снаге него што вреде. Да би се слика приказала, негде се мора повући граница.  

Сада замислите да то радите 30 до 60 пута у секунди. То је количина енергије потребна за коришћење техника праћења зрака у играма. То је свакако импресивно, зар не?

Достижност графичких картица способних за праћење зрака ће се повећавати како време буде пролазило, и на крају ће ова техника постати лако доступна као 3Д графика. Међутим, за сада се праћење зрака још увек сматра најсавременијом компјутерском графиком. Дакле, како се трагање путање појављује у игри?

Шта је праћење путање?

Праћење путање^(Path) је врста праћења зрака. То спада под тај кишобран, али тамо где је праћење зрака првобитно теоретизовано 1968. године, праћење путање није изашло на сцену све до 1986. (и резултати нису били тако драматични као сада.)

Сећате се експоненцијалног повећања зрака поменутог раније? Трасирање путање^(Path) пружа решење за то. Када користите праћење путање за рендеровање, зраци производе само један зрак по одбијању. Зраци не прате задату линију по одбијању, већ радије пуцају у насумичном правцу.

Алгоритам за праћење путање затим узима насумично узорковање свих зрака да би направио коначну слику. Ово резултира узорковањем различитих врста осветљења, али посебно глобалног осветљења.

Занимљива ствар у вези са праћењем путање је да се ефекат може емулирати употребом схадера. Недавно се појавила закрпа за шејдере за емулатор Нинтендо Свитцх^{(Nintendo Switch)} која је омогућила играчима да емулирају глобално осветљење праћене путањом у насловима као што су Тхе Легенд оф Зелда: Бреатх оф тхе Вилд^{(The Legend of Zelda: Breath of the Wild)} и Супер Марио Одиссеи. ^{(Super Mario Odyssey.)}Иако ефекти изгледају лепо, нису тако потпуни као право праћење путање.

Праћење путање^(Path) је само један облик праћења зрака. Иако је хваљен као најбољи начин за приказивање слика, праћење путање има своје мане.

Али на крају, и праћење путање и праћење зрака резултирају апсолутно лепим сликама. Сада када је хардвер у машинама за потрошаче достигао тачку да је праћење зрака могуће у реалном времену у видео играма, индустрија је спремна да направи пробој који је скоро једнако импресиван као и корак са 2Д на 3Д графику.

Међутим, проћи ће још неко време — најмање неколико година — пре него што се неопходни хардвер сматра „приступачним“. Од сада, чак и потребне графичке картице коштају више од 1.000 долара.

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

If you’ve taken еven the slightest glance towards gaming and graphics news lately, then you’vе heard the latest and greatest buzzword: ray tracing. You might also have heard a sіmilar-sounding word called path tracing. And you could be totally forgiven 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

• Како преокренути текст на путањи у Иллустратору

• 3 начина да снимите фотографију или видео на Цхромебоок-у

• Како открити софтвер за праћење рачунара и е-поште или шпијунирање

• Демистификована технологија равног екрана: ТН, ИПС, ВА, ОЛЕД и још много тога

• Како да укључите или искључите Цапс Лоцк на Цхромебоок-у

• Дисцорд се не отвара? 9 начина да се поправи

• Шта је Дисцорд Стреамер режим и како га подесити

• Како направити било који жичани штампач бежичним на 6 различитих начина

• Како користити ВЛООКУП у Гоогле табелама

• Како пронаћи најбоље Дисцорд сервере

• Како поделити клип у Адобе Премиере Про

• Како да поправите Диснеи Плус код грешке 83

• Можете ли променити своје Твитцх име? Да, али будите опрезни

• Како вратити новац за игру на Стеам-у

• Како користити Дисцорд Споилер ознаке

• Како искључити некога на Дисцорд-у

• ОЛЕД против МицроЛЕД: да ли треба да сачекате?

• 10 најбољих начина да заштитите рачунар од деце

• Како преузети и инсталирати Пеацоцк на Фирестицк-у

• 4 начина да пронађете најбоље Интернет опције (ИСП) у вашој области