Čo je ray tracing?

Čo je ray tracing? – OBSAH

1. Čo je ray tracing?
2. Výhody ray tracingu – prečo by som ho mal chcieť?
3. Ako zapnúť ray tracing?
4. Dopad ray tracingu na výkon
5. Ray tracing na kartách od NVIDIA
6. Ray tracing na kartách AMD
7. Ako s ray tracingom súvisí DLSS?

Čo je ray tracing?

Ray tracing je sofistikovaná metóda, ktorá na výpočet obrazu využíva sledovanie lúčov vychádzajúcich z pozície pozorovateľa. Vďaka tomu je možné mimoriadne verne simulovať fyzikálne správne odrazy, lom svetla aj celkové osvetlenie danej scény. Dlhé roky sa v oblasti počítačovej grafiky čakalo na naozajstný posun vpred. A ten prišiel s nástupom architektúry NVIDIA Turing, ktorá ako prvá obsahovala špeciálne jednotky na výpočty ray tracingu.

Z pohľadu histórie však nie je ray tracing žiadnou novinkou, ale doteraz bol využívaný iba tam, kde sa na vyrenderované zábery mohlo čakať dlhšiu dobu. Napríklad v prípade statických obrázkov alebo v rámci filmových trikov. Z pohľadu počítačovej grafiky bolo nutné vymyslieť hardvér, ktorý dokáže sledovať lúče svetla v reálnom čase.

NVIDIA preto prišla s už spomínanou architektúrou Turing, ktorá súbežne s rasterizáciou počíta pomocou RT jadier aj ray tracing. Kvalitu výstupu potom ďalej vylepšuje aj masívne nasadenie umelej inteligencie.

Na tomto mieste je tiež nutné konštatovať, že ray tracing nie je v hrách automaticky, ale musia ho pridať herní vývojári, čo platí najmä v prípade starších titulov. Chystané novinky s potenciálne veľkým publikom majú ray tracing aktívny buď v deň vydania, alebo sa do hry behom pár týždňov dostane pomocou aktualizácie.

Výhody ray tracingu – prečo by som ho mal chcieť?

Jedným zo symbolov počítačovej hernej scény je honba za čo najlepšou grafikou. A vďaka ray tracingu pôsobia scény viac reálnym dojmom. Napríklad pri hrách s vodou alebo počas explózií. A ak sa radi bojíte, tak vedzte, že aj samotná rozsvietená lampička dokáže vdýchnuť vďaka reálnejšiemu vykresleniu tieňov hororový nádych prakticky akejkoľvek miestnosti.

Prehlaď najčastejších ray tracing efektov

• Ray tracing odrazy – replikujú spôsob, akým sa svetlo odráža na lesklých a kovových povrchoch. Vrátane prirodzeného jemného zrkadlenia v skle alebo hrubších odrazov na leštenom kove.
• Ray tracing tiene – verne modelujú vrhanie tieňov na mnoho povrchov a zároveň vylepšujú detaily povrchu, kontaktné plochy a riešia problémy asociované s tradičnými technikami využívanými na zobrazovanie tieňov.
• Ray tracing globálne osvetlenie – počíta osvetlenie s výrazne vylepšenou precíznosťou. Svetlo vrhané do herného prostredia, jeho hráča a postavy obsahuje doposiaľ nevidené detaily, vernosť a jasnosť.
• Ray tracing ambientná oklúzia– priechod svetla je pri kontakte s povrchom alebo objektom zastavený a vytvára drobné tiene, ktoré zvýrazňujú aj tie najmenšie detaily na povrchu.

Ako zapnúť ray tracing?

Je jasné, že akonáhle budete mať k dispozícii zodpovedajúci hardvér, budete si chcieť ray tracing vyskúšať na vlastnej koži. Samozrejme je najprv nutné overiť, že vybraná hra podporuje ray tracing (k dispozícii na nvidia.com). Následne stačí v menu hry vyhľadať nastavenia grafiky a vybrať jeden zo stupňov ray tracingu. Typicky sú k dispozícii tri stupne – minimálny, vysoký a ultra. So zvoleným režimom samozrejme stúpa HW náročnosť. Napríklad pre obľúbený Cyberpunk 2077 je odporúčaná RTX 2060 na hranie vo Full HD so zapnutým stupňom minimálneho ray tracingu. Samozrejme, pre maximálny stupeň je vhodné mať k dispozícii RTX 3080, čo je z pohľadu financií pekelný rozdiel.

Ak sa však nechcete zaoberať ručným ladením konkrétnych parametrov, vrelo odporúčame používať aplikáciu GeForce Experience, ktorá je súčasťou inštalačného balíčka ovládačov. Aplikácia GeForce Experience odstraňuje komplikácie počítačového hrania tým, že upraví grafické nastavenie hier presne na mieru použitému hardvéru. NVIDIA totiž využíva silu cloudového dátového centra, aby otestovala tisíce hardvérových konfigurácií počítačov a našla najlepšiu rovnováhu medzi výkonom a kvalitou obrazu. Následne automaticky nakonfiguruje personalizované nastavenia grafiky na základe grafickej karty, procesora a monitoru vášho PC.

Dopad ray tracingu na výkon

Samozrejme s tým, že sa senzačne zmení grafická stránka hier, vzrastú aj nároky na použitý hardvér. Akonáhle zapnete modernú hru s aktívnym ray tracingom, rýchlosť snímok jednoducho letí dolu. Pokojne aj o 50 %, čo možno vo výsledku spôsobí, že sa dostanete niekam ku 30 FPS a hra bude nehrateľná. Avšak aj to má svoje riešenie, pretože súčasne s ray tracingom má NVIDIA k dispozícii technológiu DLSS. Tá, zjednodušene povedané, počíta herný obraz v nižšom rozlíšení a následne ho pomocou vytrénovanej umelej inteligencie prepočítava do vášho požadovaného rozlíšenia.

V prípade AMD si môžete vyskúšať ray tracing na najnovších kartách série Radeon RX 6000, ale dopredu musíme podotknúť, že je AMD v tomto smere celkom pozadu. Ak tak chcete naskočiť na vlnu ray tracingu už teraz, karty od AMD vám nemôžeme s pokojným svedomím odporučiť.

Ray tracing na kartách od NVIDIA

Už sme spomenuli, že aj keď je tu s nami ray tracing už dlhšiu dobu, tak jeho implementáciu do herného prostredia rozbehla NVIDIA už v roku 2018. A musíme uznať, že po troch rokoch tvrdej práce žne zaslúženú odmenu. Ray tracing podporuje stále viac a viac hier. V prípade typickej novej AAA hry si už ani nevieme predstaviť, že by ray tracing nepodporovala. Vďaka predajnej sile a úzkemu napojeniu na herných vývojárov sa stal ray tracing od NVIDIA štandardom v oblasti hernej grafiky.

Ray tracing na kartách AMD

Aktuálny tržný podiel AMD v oblasti predaných grafických kariet sa pohybuje na úrovni 16 %. AMD totiž všeobecne predáva výkonovo slabšie GPU za nižšiu cenu. Aj z toho pohľadu je zrejmé, že na nejaké masívne nasadenie ray tracingu nebol úplne priestor. Avšak sa tak postupne stalo aj s ohľadom na to, že grafické karty AMD sú použité ako v PlayStation 5, tak v nových Xbox SerisX/S.

Výkon grafických kariet AMD so zapnutým ray tracingom je v prípade podobnej konfigurácie citeľne nižší ako v prípade NVIDIA. Preto spoločnosť AMD v lete roku 2021 oficiálne spustila FidelityFX Super Resolution, odpoveď na DLSS od NVIDIA. Opäť tak pôjde o navýšenie snímkovej frekvencie vďaka úprave meradla obrazu z nižšieho do vyššieho rozlíšenia. Zaujímavosťou však je, že funkciu FidelityFX Super Resolution pôjde využiť nielen na grafiky od AMD (podporované sú dokonca aj staršie Radeon RX 460), ale aj v prípade čipov od NVIDIA.

Opäť je však potrebná spolupráca s hernými vývojármi, ktorí musia túto technologicky horúcu novinku najprv do svojich titulov implementovať. Zatiaľ ide o nízke desiatky hier, ale situácia sa bude postupne iste lepšiť aj s ohľadom na následné využitie v desiatkach miliónov predaných herných konzol novej generácie.

Ako s ray tracingom súvisí DLSS?

Ak aj máte tú česť, že vlastníte vysoko nadštandardnú grafiku RTX GeForce 3080, v prípade aktívneho ray tracingu budete s najväčšou pravdepodobnosťou mať zapnuté aj DLSS. Práve Deep Learning Super Sampling je kľúčom ku skokovému navýšeniu snímkovej frekvencie pri zachovaní vysokej miery grafických detailov.

Keď nahliadneme trošku pod pokrievku celej technológie DLSS, ide o mimoriadne komplikovanú záležitosť, na ktorej sa podieľa tisíce vývojárov, matematikov a vedcov po celom svete. Neurónový grafický framework NGX trénuje neurónovou sieť pomocou desiatok tisíc krásnych obrázkov s vysokým rozlíšením 16K (až 64× viac pixelov než Full HD rozlíšenie), ktoré boli renderované superpočítačom pri veľmi nízkej snímkovej frekvencii. Sieť potom na základe poznatkov z mnohých a mnohých hodín tréningu dokáže zo vstupných dát s nižším rozlíšením konštruovať krásne snímky s vysokým rozlíšením. Vďaka tomu môže byť často vypočítaný obraz aj lepší ako natívny.

Bohužiaľ ale zatiaľ nejde o všeobecnú AI, ktorá by sa dala aplikovať na všetky hry. Toho sa možno dočkáme niekedy v budúcnosti, napokon aj samotná technológia DLSS urobila za tri roky svojho života ohromné pokroky. Faktom zostáva, že DLSS musí podporovať samotná hra. Nemožno ho nejako externe vynútiť cez ovládače na hry, ktoré ho nepodporujú, alebo na staršie hry. Musia sa teda angažovať samotní vývojári jednotlivých hier. Avšak napríklad integrovaná podpora obľúbeného herného enginu Unreal Engine 4 dáva veľké nádeje na to, že sa bude DLSS rozširovať rýchlejšie a do viacerých titulov, čo sa tiež postupne deje.

Vykresľovacia metóda ray tracing vyžaduje špecializovaný hardvér a samozrejme podporu herných vývojárov. Avšak dôraz na grafický zážitok je tak veľký, že AMD, NVIDIA aj už spomenutí vývojári doslova chrlia hry s podporou ray tracingu. A to je dobre pre všetkých hráčov ako na PC, tak na herných konzolách novej generácie.