Що таке трасування променів і як воно працює?

Якщо вам хоча б трохи цікава тема відеоігор на ПК чи консолях, то ви точно чули словосполучення “трасування променів”. Що це таке, як воно працює і чому це так важливо для сучасних ігор розберемося в цьому матеріалі.

Трасування променів — це достатньо стара, але зараз широко доступна технологія, яка реалістично відтворює світло і тінь для створення майже реальних зображень у відеоіграх. Оскільки в сучасних іграх світло - це один з найголовніших елементів, який творить реалістичність, то без трасування променів не обійтися.

Донедавна, коли відеокартам чи консолям потрібно було генерувати зображення для виведення на екран, вони використовували растеризацію. Ця техніка перетворює 3D-графіку на 2D-пікселі, які ми бачимо на екрані, а потім шейдери додають освітлення. Трасування променів - це альтернативний підхід, який суттєво важчий для апаратного забезпечення, але може генерувати вражаючі візуальні результати, буквально відстежуючи кожен промінь світла. На YouTube-каналі Nvidia ви можете знайти дуже інформативне відео порівняння технологій растеризації та трасування променів.

Якщо дуже спростити, то трасування променів — це метод, який використовують в іграх для імітації освітлення. Кожне джерело світла у сцені має промені, а потім ці промені відбиваються від інших елементів зображення. Трасування променів — це складне завдання для апаратного забезпечення, тому все частіше відеокарти випускаються зі спеціальним апаратним забезпеченням, яке виконує більшу частину важкої роботи, залишаючи решту графічному процесору для рендерингу решти сцени.

Як працює трасування променів в іграх?

У відеоіграх трасування променів - це система симуляції того, як світло рухається та взаємодіє з різними об'єктами в навколишньому середовищі і потрапляє до очей гравця. Світло відбивається від предметів, проходить крізь них, вигинається, а іноді й поглинається ними. Всі ці взаємодії дуже складні з точки зору обчислень, але саме ці процеси роблять ігри реалістичними.

Дуже наочно важливість трасування променів можна побачити на прикладі відео про Minecraft. Насправді різниця настільки колосальна, що може видатися, що це дві різні гри.

Якщо промінь світла потрапляє на дзеркальний об'єкт, то він відскочить. Якщо поверхня куди потрапив промінь шорстка, то промінь все одно відскочить, але під іншим кутом, або навіть розділиться на кілька нових променів. Після кількох відскоків, якщо цей промінь потрапляє на джерело світла, то вся зібрана ним інформація перетворюється на піксель, який гравець побачить на своєму екрані.

Надаючи об'єктам в ігровому світі різні матеріальні властивості, ігри можуть імітувати реалістичну поведінку освітлення, створюючи візуальні ефекти, які відповідають тому, як ми бачимо речі в реальності, де світло дійсно відбивається всюди.

Щоправда існують певні фактори, що ускладнюють використання трасування променів. Щоб отримати якомога реалістичнішу картину, може знадобитися багато променів, які роблять багато відскоків. Це може означати мільйони, якщо не мільярди, променів, які потрібно відстежити і це може сповільнити рендеринг і зробити трасування променів неможливим в реальному часі. Яке рішення такої проблеми?

• Пошук балансу: Покладання на растеризацію для створення більшої частини зображення, але з додаванням трасування променів для створення реалістичних віддзеркалень або тіней.

• DLSS: технологія DLSS від Nvidia може розумно змішувати кольори та згладжувати різницю між яскравими і темними ділянками. Нижче у відео ви можете побачити як це працює.

Трасування променів використовується у все більшій кількості ігор, а віднедавна така можливість була додана навіть в iPhone 15 Pro.

Якщо ви хочете насолоджуватися трасуванням променів, то доведеться пожертвувати частотою кадрів. Цілком ймовірно, що в майбутньому ця технологія з'явиться в більшій кількості ігор, в міру того як апаратне забезпечення, що необхідне для трасування променів стане більш доступне.