Что такое трассировка лучей?

WRITTEN BY

Posted on March 11 2019



Чтобы начать разговор о трассировке лучей необходимо разобраться, как свет «работает» в реальном мире. Если вкратце, то свет выходит из источника, а затем отражается, поглощается или рассеивается в зависимости от текстуры объекта, на который попадает. После серии «прыжков» от одного объекта к другому свет в конце концов достигает наших глаз и преобразуется в визуальную стимуляцию нашего мозга.
Общее количество лучей света, одновременно «прыгающих» с места на место, невозможно сосчитать. И любое изменение в положении объектов в пространстве будет на них влиять. Например, если мы поставим в комнате зеркало, свет будет отражаться от него, делая ее ярче. Поскольку в обычной ситуации имеется множество источников света, объектов и текстур, траектория световых лучей, как правило, бывает невероятно сложной.

Суть трассировки лучей состоит в отслеживании пути, который проходит каждый луч света от человеческого глаза до источника света. Как мы отметили выше, имеется несчетное количество лучей, одновременно «перескакивающих» с одних объектов на другие, и обработка такой информации – гигантская задача для компьютера. Например, расчет реалистичного освещения посредством трассировки лучей в анимационном фильме обычно занимает дни или даже месяцы. Вот почему этот метод нельзя было применять в компьютерных играх, ведь видеокарта должна выдавать в секунду до 60 кадров – и каждый кадр с идеальным освещением!

Благодаря развитию графических процессоров, примером чему является новейшая серия NVIDIA RTX, трассировка лучей со временем будет применяться во всем большем количестве игр. До этого момента 3D-рендеринг в основном осуществляется методом растеризации, который является более простым (впрочем, сам процесс рендеринга все равно остается достаточно сложным).
 

Что такое растеризация?


При растеризации трехмерные объекты создаются с помощью миллионов полигонов и треугольников. Каждый полигон или треугольник содержит информацию о своем положении в пространстве, цвете, текстуре и ориентации. И каждый треугольник, из которого состоит модель, преобразуется в пиксели определенного цвета на плоском экране.
Чтобы добиться более высокого качества изображения, при преобразовании трехмерных объектов в двухмерное изображение на экране применяются дополнительные приемы. Во-первых, это шейдинг, суть которого заключается в изменении цвета треугольника в зависимости от того, как на него падает свет, и как текстура объекта с этим светом взаимодействует. Как будто на трехмерную модель наносится слой краски, соответствующий определенному световому эффекту. Также в специальном буфере хранится информация о глубине, чтобы компьютер мог определить, какие части объектов следует отобразить на экране, а какие скрыты другими поверхностями или объектами и поэтому отображаться не должны.
Все это звучит достаточно сложно, но в целом достаточно просто: растеризация – это процесс определения того, какой цвет лучше всего подходит треугольникам в зависимости от расчета световых эффектов, положения треугольников, их цвета и текстуры. Вся эта информация о треугольниках преобразуется в пиксели на экране. Монитор, в свою очередь, играет роль художника, который использует данные, полученные в результате растеризации, чтобы окрасить те или иные участки экрана в нужный цвет.
 

Что такое трассировка лучей?

При рендеринге методом трассировки лучей изображение получается путем отслеживания пути, который луч света проходит от окна просмотра (т.е. монитора) до каждого объекта, от которого он отражается, вплоть до источника этого луча. Во время отслеживания траектории лучей компьютер будет способен симулировать все эффекты их взаимодействия с различными поверхностями. Отражение, рефракция, тени на различных текстурах (гладких, грубых, прозрачных, цветных) – все это принимается в расчет. Результат – гораздо более реалистичное отображение света и тени по сравнению с растеризацией. Хотя существует множество приемов, которые применяются для искусственного повышения реализма игровых сцен, трассировка лучей продолжает оставаться самым полноценным решением.

Может возникнуть вопрос, почему путь, которым движутся световые лучи, отслеживается от окна просмотра до источника света, а не наоборот. Если цель 3D-рендеринга заключается в симуляции реального мира, не будет ли более реалистичным обсчитывать лучи, начиная с их источника? Причина состоит в эффективности. Источник света испускает бессчетное число лучей, и компьютеру пришлось бы обрабатывать такой объем данных в течение дней, а то и месяцев. При этом далеко не все лучи попадают в наше окно просмотра. Иными словами, мы их не увидим, а значит обсчитывать их было бы пустой тратой времени. Во время игры наше окно просмотра постоянно меняется, поскольку игровой персонаж постоянно перемещается, однако многие лучи света так никогда в него и не попадут. Таким образом, отслеживание лучей «задом наперед» из окна просмотра, чтобы обсчитывать лишь те, которые будут видны пользователю, является более эффективным с точки зрения использования ресурсов компьютера.
 

Как давно используется трассировка лучей?

Трассировка лучей вот уже много лет используется во множестве областей, включая киноиндустрию, архитектуру, дизайн интерьеров. Если вы – геймер, то, вероятно, обратили на нее внимание лишь после выпуска новейших видеокарт NVIDIA серии RTX, в которых реализована поддержка этого метода. С развитием видеокарт мы будем видеть все больше игр, использующих трассировку лучей для создания реалистичного изображения.
Для тех, кто желает получить максимум уже сегодня, самое время приобщиться самим к этой тенденции, ведь будущее технологии трассировки лучей выглядит очень перспективно. Компания MSI уже выпустила несколько мощных видеокарт с процессорами серии RTX, с помощью которых вы сможете поднять свою игру и качество изображения на новый уровень. Загляните на страницу-описание серии RTX, чтобы узнать больше о ее особенностях.

Мониторы для технологии трассировки лучей
Трассировка лучей – это свет и тени. Когда активируется данная технология, в игре часто возникают сцены с очень яркими и очень темными фрагментами, как в реальной жизни. Однако для монитора может оказаться затруднительным передать столь сильный контраст. Монитор с низкой динамической контрастностью зачастую жертвует детализацией темных участков, чтобы лучше отобразить самые яркие, и в результате вся сцена может выглядеть так, словно ее покрыли слоем серой краски, сделав все цвета менее сочными. Чтобы полностью раскрыть потенциал трассировки лучей, необходим монитор с отличной контрастностью. И это определяется исключительно типом его ЖК-панели.
Для производства мониторов сейчас используются панели трех типов: VA, IPS и TN. Наилучшей контрастностью обладают VA-панели, в то время как IPS- и TN-панели попросту уничтожают все преимущества технологии трассировки лучей по отображению света и тени, выводя на экран сероватую картинку без глубокого черного цвета. Кроме того, VA-панели предлагают другие важные для игр преимущества, в том числе низкое время отклика (1 мс), широкие углы обзора и отличную цветопередачу. Они доступны в виде мониторов с эргономичным изогнутым экраном. Поэтому, чтобы испытать все преимущества технологии трассировки лучей, мы настоятельно рекомендуем вам приобрести монитор именно с VA-панелью.

Будучи по-настоящему геймерской компанией, MSI выбирает для своих игровых мониторов VA-панели. Познакомиться с ними можно здесь. Войдите в эру трассировки лучей с помощью изогнутого игрового монитора MSI – вам гарантировано улучшенное качество изображения, о котором вы не смели и мечтать!

В дополнение к мониторам MSI предлагается приложение Gaming OSD 2.0, в котором теперь имеется специальный режим трассировки лучей. В этом режиме эффект от использования нового метода рендеринга усиливается, чтобы обеспечить еще более высокое качество картинки. Чтобы познакомиться с возможностями приложения Gaming OSD 2.0, щелкните здесь, либо просто приобретите игровой монитор MSI!

BLOG CATEGORIES

RECENT POSTS

RELATED ARTICLES

Article tags

us