Phenquestions
Čo je Ray Tracing?
Z hľadiska počítačovej grafiky je Ray Tracing technikou vykresľovania, ktorá simuluje fyzické vlastnosti svetla, ktoré do hier prinášajú realistické osvetlenie, tiene a efekty. Napodobňuje, ako sa lúč svetla odráža od objektov od nastaveného bodu, a ilustruje odraz svetla od každého povrchu. Celý proces zase zvyšuje kvalitu obrazu a poskytuje divákom hlbší zážitok. Táto technika sa dlho používala v 3D filmoch a nakoniec si našla cestu v počítačových hrách na vysokej úrovni poskytujúcich vizuálne efekty filmovej kvality. Ray Tracing vo svete hier zmenil hru a je preferovanou technikou vykresľovania ako rasterizácia, ktorá má obmedzenia v vykresľovaní skutočných farieb objektov.
Ray Tracing v GPU Nvidia
Ako popredný výrobca grafických kariet spoločnosť Nvidia vždy odvážne experimentovala s novými spôsobmi, ako zlepšiť vizuálnu kvalitu svojich produktov. Od septembra 2018 Nvidia vydáva grafické karty s funkciami Ray Tracing. Architektúra Nuringia Turing je prvým dizajnom GPU so špecializovaným hardvérom alebo RT jadrami pre spracovanie Ray Tracing v reálnom čase.
Čo sú RT jadrá?
Sledovanie lúčov je zvyčajne vyhradené pre aplikácie v reálnom čase, pretože výpočtový čas potrebný na spracovanie operácie sledovania lúčov je oveľa dlhší ako u iných vizuálnych efektov. Spoločnosť Nvidia urobila prielom integráciou hardvéru do svojich architektonických návrhov s jediným účelom - výpočtom lúčov v reálnom čase. Tento pridaný hardvér, známy ako RT Cores, bol uvedený do života na grafických kartách Nvidia Turing na báze RTX. Toto bola tiež prvá spotrebiteľská grafická karta na svete s podporou ray tracingu na hardvérovej úrovni
RT-cores počíta farby pixelov, ako sa lúč svetla pohybuje z jedného bodu do druhého. Tento proces je zložitejší, ak existuje veľké množstvo svetelných zdrojov. Okrem toho niekoľko procesov zahrnutých do sledovania lúčov, ako napríklad Ray Casting, Path Tracing, BVH (Bounding Volume Hierarchy) a Denoising Filtering, z neho robí výpočtovo náročnú techniku. BVH je časovo najnáročnejšia časť výpočtov sledovania lúčov a RT-jadrá urýchľujú prechod BVH pre sledovanie lúčov v reálnom čase. Okrem RT-Cores existuje v grafických procesoroch Nvidia ďalšia sada hardvéru, ktorá hrá úlohu pri zabezpečovaní sledovania lúčov v reálnom čase. Tenzorové jadrá určené na akceleráciu umelej inteligencie tiež pomáhajú pri odšumovaní v reálnom čase a urýchľujú odlievanie lúčov.
Grafické karty Nvidia s podporou sledovania lúčov
Karty Nvidia s RT Core sú veľkým skokom pre svetoznámeho výrobcu grafických kariet. Toto je však založené na hardvéri a predchádzajúce vydania grafických kariet také funkcie nemajú. Pretože sledovanie lúčov má pre spotrebiteľov veľkú príťažlivosť, spoločnosť Nvidia túto funkciu sprístupnila aj starším grafickým kartám. Pretože staršie architektúry do svojich návrhov nezahŕňajú jadrá RT, Nvidia umožnila vykreslenie ray tracingu pomocou ovládačov pripravených na hru.
Grafické karty Nvidia s hardvérovým sledovaním lúčov
Prvá generácia RT-jadier bola uvedená v sérii Nvidia RTX 20. RTX 2080 bol prvý v rade RTX 20, ktorý predstavil Turingovu architektúru. Potom nasledovali RTX 2080 Ti, RTX 2070 a RTX 2060. V zostave je aj Titan RTX.
V septembri 2020 predstavila Nvidia nástupcu Turinga, Ampere, ktorý predstavuje druhú generáciu RT-jadier. Ampér ponúka obrovské vylepšenia v oblasti RT-Cores a Tensor Cores, ktoré zvyšujú rýchlosť RT-Core na 58 RT-TFLOPS, 1.Sedemkrát vyššia ako v prípade Turinga, ktorá poskytuje oveľa rýchlejšie vykreslenie lúčového lúča a zvyšuje kvalitu obrazu. Ampér má rovnako viac ako dvojnásobok rýchlosti tenzorových jadier pri Turingovi s 238 Tensor-TFLOPS. Ampér je jadrom druhej generácie GPU spoločnosti RTX; séria RTX 30 obsahuje RTX 3090, RTX 3080, RTX 3070 a posledne vydanú RTX 3060 triedy Titan.
Grafické karty Nvidia so softvérovým sledovaním lúčov
Spoločnosť Nvidia urobila ďalší prielom umožnením sledovania lúčov na vybraných grafických kartách bez vyhradených jadier RT. To je dobrá správa pre hráčov používajúcich staršie modely, ktorí zatiaľ neuvažujú o aktualizácii grafických kariet, ale chcú vyskúšať vizuálne výhody techniky sledovania lúčov. Grafické karty GeForce GTX 1060 6 GB a vyššie si teraz môžu vychutnať možnosti sledovania lúčov prostredníctvom DirectX Raytracing (DXR). Nižšie je uvedený zoznam kariet Nvidia, ktoré umožňujú sledovanie lúčov pomocou DXR:
- GeForce GTX 1660 Ti
- GeForce GTX 1660
- Nvidia Titan Xp (2017)
- Nvidia Titan X (2016)
- GeForce GTX 1080 Ti
- GeForce GTX 1080
- GeForce GTX 1070 Ti
- GeForce GTX 1070
- GeForce GTX 1060 6 GB
Kvôli nedostatku vyhradeného hardvéru na sledovanie lúčov môžu karty GTX ponúkať iba základné efekty sledovania lúčov. Shaderové jadrá spracovávajú výpočty sledovania lúčov a toto ďalšie pracovné zaťaženie shaderových jadier ovplyvní výkon GPU. Vďaka možnostiam sledovania lúčov môžu hráči napriek tomu zažiť príťažlivejší vizuálny zážitok.
Budúcnosť sledovania lúčov v Nvidii
Výkon Ampéru je už po zdvojnásobení rýchlosti spracovania Turinga viac ako uspokojivý. Aj keď je však ešte stále čerstvý z rúry, o jeho nástupcovi Lovelaceovi sa už hovorí. V tejto novej architektúre GPU môžeme očakávať nový vývoj vo výpočtoch sledovania lúčov. Rovnako sa očakáva, že nová generácia grafických kariet RTX je už v prevádzke. Budúcnosť sledovania lúčov vyzerá jasne, pretože Nvidia pokračuje vo vývoji architektúr GPU, ktoré uspokoja túžbu zákazníka po lepšom hernom zážitku.
