Säteenseuranta on tietokonegrafiikan renderöintitekniikka, joka luo kuvan seuraamalla säteiden reittiä kohtauksen läpi. Säteet voivat olla vuorovaikutuksessa kohtauksen kohteiden kanssa, pomppia niistä ja saada ominaisuuksia, kuten väriä.
Säteenseuranta: perusasiat
Säteenseuranta jäljittelee valaistusta todellisessa maailmassa. Näkemämme valo on tulosta energialähteistä, kuten auringosta, säteilevistä fotoneista. Fotonit voivat pomppia ja sirota, kun ne törmäävät esineisiin. Peili on kaikki mitä tarvitset nähdäksesi tämän toiminnassa. Peiliin osuva valo luo heijastuksen.Säteenseuranta simuloi tätä. Jäljitettyjen säteiden määrä on mitätön verrattuna todelliseen maailmaan, jossa miljoonat fotonit pomppivat näkökentässämme. Nykyaikaiset pelit seuraavat yhdestä neljään sädettä pikseliä kohden. Se kuitenkin riittää simuloimaan todellista maailmaa. Seuraamalla säteen polkua se voi olla vuorovaikutuksessa myös pelimaailman kanssa. Tämä väri voi vaikuttaa punaisesta esineestä heijastuvaan säteeseen, mikä luo punaisen hehkun lähellä. Säteet voidaan hajottaa eri tavoin pelin taiteilijoiden esineille antamien ominaisuuksien perusteella, mikä mahdollistaa realistiset puoliheijastavat tai karkeat pinnat. Säteenseuranta on tärkeä askel eteenpäin 3D-grafiikassa. Se luo realistisen kuvan simuloimalla säteiden reittiä niiden liikkuessa pelissä. Tämä johtaa valaistukseen, joka voi olla vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa, vaikka ympäristö ei olisi soittimen näkyvissä. Säteenseuranta ei vaadi tarkoitukseen rakennettua laitteistoa toimiakseen, mutta se on käytännöllinen vain näytönohjaimessa tai pelikonsolissa, joka voi nopeuttaa säteenseurantaa, koska se on erittäin vaativaa.
Ray Tracing vs. Rasterointi (tai 3D-grafiikka sellaisina kuin tiesit ne)
Saatat silti olla hämmentynyt, vaikka ymmärtäisit tämän selityksen. Heijastuksia oli aiemmissa peleissä, jopa useiden vuosikymmenien ikäisissä peleissä. Miten säteen jäljitys eroaa? Aiemmat 3D-pelit ja useimmat nykyaikaiset pelit käyttävät rasterointia. Rasterointi yhdistää pelaajalle näkyvät 3D-pelimaailman elementit 2D-kuvaksi. Se näyttää vain sen, minkä pitäisi olla pelaajan nähtävillä, koska kaikki saavutukset, joita käytetään tuottamaan mitä pelaaja ei näe, menevät hukkaan. Tämä aiheuttaa kuitenkin ongelman. Palataan peilin esimerkkiin. Pelaajan ympäristö ja pelaajan hahmo eivät näy pelaajalle (ainakaan ensimmäisen persoonan pelissä). Rasteroinnin yhteydessä peilillä ei ole mitään heijastettavaa. Tietenkin nykyaikaisissa peleissä on peilejä. He renderöivät kohtauksen kahdesti. Yksi syöttö on pelaajan näkökulmasta, kun taas toinen on eri näkökulmasta. Se kuitenkin kaksinkertaistaa kohtauksen renderöimiseen tarvittavan suorituskyvyn. Ruututilan heijastukset, suosittujen 3D-pelimoottorien tekniikka, käyttävät näytöllä olevia tietoja heijastuksen luomiseen. Tämä tekniikka sopii erinomaisesti heijastaville pinnoille, jotka ovat kulmassa pelaajan näkökulmasta, kuten vesi. Heijastuneet kohteet kuitenkin katoavat, jos heijastunut kohde siirtyy näytön ulkopuolelle. Säteenseuranta ei jaa näitä ongelmia, koska toisin kuin rasterointi, se voidaan jäljittää pelaajan näkökulman ulkopuolella. Myös peleissä, joissa säteet voivat olla vuorovaikutuksessa pintojen kanssa, säteenseuranta voi tuottaa realistisia värivuotoja ja puoliheijastavia pintoja, joita on vaikea käsitellä seulomalla.
Mitä laitteistoa Ray Tracing tarvitsee?
Säteen jäljitys ei ole uusi idea. Tietojenkäsittelytieteilijät kokeilivat säteen jäljitystä 1980-luvun alussa luoden staattisia kuvia, joissa oli realistinen valaistus, heijastukset ja varjot. Valitettavasti kuvaaminen kesti tunteja. Videopeli tarvitsee reaaliaikaista säteenseurantaa nopeudella 30 kuvaa sekunnissa tai enemmän. Tämä on mahdollista vain näytönohjaimen kanssa, joka on suunniteltu nopeuttamaan säteen jäljitystä. Nvidian RTX-säteenseuranta perustuu piihin nimeltä Tensor Core. Tensor-ytimiä löytyy vain RTX-näytönohjainkorteista. Nvidian GTX-kortit voivat renderöidä pelin säteenseurannalla, koska kuten mainittiin, säteenseuranta ei vaadi erityisesti rakennettua piitä. Suorituskyky on kuitenkin kauhea RTX-korttiin verrattuna. Ja jotkut pelit, kuten Minecraft RTX-säteenseurannalla, vaativat RTX-näytönohjaimen, koska ne mahdollistavat säteenseurannan. Säteenseurantaa kiihdyttävillä AMD-korteilla ei ole erityistä tuotemerkkiä, eikä niissä ole erityistä piitä. Sen sijaan he käyttävät laitteiston parannuksia ja ohjelmistopäivityksiä parempien tulosten saavuttamiseksi. Säteenseurantaa nopeuttavia AMD-kortteja on vaikeampi tunnistaa, joten kiinnitä huomiota yksityiskohtiin. Sonyn PlayStation 5:ssä ja Xbox Series X:ssä ja S:ssä on AMD:n grafiikkalaitteisto, joka voi nopeuttaa säteen jäljitystä. On kuitenkin kehittäjien tehtävä ottaa tämä käyttöön, mutta monet pelit eivät. Merkittävä esimerkki on Cyberpunk 2077, joka tuki RTX-säteenseurantaa PC:llä julkaisun yhteydessä, mutta ei tukenut säteenseurantaa seuraavan sukupolven konsoleissa. Ominaisuus on luvattu seuraavan sukupolven konsoleille tulevassa korjausversiossa.
