Ce este Ray Tracing?
În ceea ce privește grafica computerizată, Ray Tracing este o tehnică de redare care simulează caracteristicile fizice ale unei lumini care aduc iluminare, umbre și efecte realiste jocurilor. Imită modul în care o rază de lumină sare de pe obiecte dintr-un punct stabilit, ilustrând reflectarea luminii de pe fiecare suprafață. La rândul său, întregul proces îmbunătățește calitatea imaginii, oferind spectatorilor o experiență mai captivantă. Tehnica a fost folosită mult timp în filmele 3D și, în cele din urmă, și-a găsit drumul în jocurile de computer de nivel înalt care oferă efecte vizuale de calitate cinematografică. Ray Tracing a fost un schimbător de jocuri în lumea jocurilor și este o tehnică de redare preferată decât rasterizarea, care are limitări în redarea culorilor adevărate ale obiectelor.
Ray Tracing în GPU-urile Nvidia
În calitate de producător principal de plăci grafice, Nvidia a fost întotdeauna îndrăzneață în experimentarea unor noi modalități de îmbunătățire a calității vizuale a produselor sale. Începând din septembrie 2018, Nvidia a lansat plăci grafice cu caracteristici Ray Tracing. Arhitectura Turing a Nvidia este primul design GPU cu hardware dedicat sau nuclee RT, pentru procesare Ray Tracing în timp real.
Ce sunt nucleele RT?
Ray Tracing este de obicei rezervat pentru aplicații non-timp real, deoarece timpul de calcul necesar procesării operației de ray tracing este mult mai lung decât alte efecte vizuale. Nvidia a făcut un progres prin integrarea hardware-ului în proiectele lor arhitecturale cu singurul scop de a calcula urmărirea razelor în timp real. Acest hardware adăugat, cunoscut sub numele de RT Cores, a fost inaugurat pe plăcile grafice RTX bazate pe Turing de la Nvidia. Aceasta a fost, de asemenea, prima placă grafică pentru consumatori din lume, cu suport de ray tracing la nivel hardware
RT-core calculează culorile pixelilor pe măsură ce o rază de lumină se deplasează de la un punct la altul. Procesul devine mai complex atunci când există o multitudine de surse de lumină. Mai mult, mai multe procese implicate în urmărirea razelor, cum ar fi Ray Casting, Path Tracing, BVH (Bounding Volume Hierarchy) și Denoising Filtering, îl fac o tehnică intensă din punct de vedere calculatic. BVH este cea mai consumatoare de timp din calculele de trasare a razelor, iar RT-Cores accelerează traversarea BVH pentru trasarea razelor în timp real. În afară de RT-Cores, există un alt set de hardware în GPU-urile Nvidia care joacă un rol în furnizarea de urmărire a razelor în timp real. Tensor Cores, proiectat pentru accelerarea inteligenței artificiale, ajută, de asemenea, la dezmembrarea în timp real și accelerează aruncarea razelor.
Plăci grafice Nvidia cu suport Ray Tracing
Cardurile Nvidia cu RT Cores reprezintă un salt important pentru producătorul de plăci grafice de renume mondial. Cu toate acestea, acesta este bazat pe hardware, iar versiunile anterioare de plăci grafice nu au astfel de caracteristici. Deoarece ray tracing are un imens apel pentru consumatori, Nvidia a pus de asemenea funcția la dispoziția plăcilor grafice mai vechi. Întrucât arhitecturile mai vechi nu includ RT Cores în design-urile lor, Nvidia a făcut posibilă redarea traseului de raze prin intermediul driverelor gata de joc.
Plăci grafice Nvidia cu Ray Tracing la nivel hardware
Prima generație de RT-Cores a fost prezentată în seria RTX 20 de la Nvidia. RTX 2080 a fost primul din seria RTX 20 care a prezentat arhitectura lui Turing. A fost apoi urmat de RTX 2080 Ti, RTX 2070 și RTX 2060. Titan RTX este, de asemenea, în linie.
În septembrie 2020, Nvidia a prezentat succesorul lui Turing, Ampere, care prezintă a doua generație de nuclee RT. Ampere face upgrade-uri uriașe în ratele RT-Cores și Tensor Cores, crescând rata RT-Core la 58 RT-TFLOPS, cu 1,7x mai mare decât cea a lui Turing, oferind o redare a trasării razelor mult mai rapidă și îmbunătățind calitatea imaginii. La fel, Ampere are mai mult decât dublul ratei Tensor Cores de Turing cu 238 Tensor-TFLOPS. Ampere se află în centrul celei de-a doua generații de GPU a RTX; seria RTX 30 include clasa Titan RTX 3090, RTX 3080, RTX 3070 și cel mai recent lansat RTX 3060.
Plăci grafice Nvidia cu Ray Tracing la nivel de software
Nvidia a făcut o nouă descoperire, permițând urmărirea razelor în plăci grafice selectate fără nuclee RT dedicate. Aceasta este o veste bună pentru jucătorii care folosesc modele mai vechi, care încă nu iau în considerare actualizarea plăcilor grafice, dar doresc să experimenteze beneficiile vizuale ale tehnicii de trasare a razelor. Plăcile grafice GeForce GTX 1060 6GB și mai mari se pot bucura acum de capabilități de urmărire a razelor prin DirectX Raytracing (DXR). Mai jos este lista cardurilor Nvidia care sunt capabile de urmărirea razelor prin 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 6GB
Datorită lipsei de hardware dedicat pentru ray tracing, cardurile GTX pot oferi doar efecte de ray-tracing de bază. Miezul shader se ocupă de calculele de trasare a razelor, iar această sarcină de lucru suplimentară pentru miezurile shader va afecta performanța GPU-ului. Cu toate acestea, cu capacități de urmărire a razelor, jucătorii pot experimenta o experiență vizuală mai atrăgătoare.
Viitorul Ray Tracing în Nvidia
Performanța Ampere este deja mai mult decât satisfăcătoare după dublarea ratelor de procesare ale lui Turing. Cu toate acestea, chiar dacă este încă proaspăt din cuptor, există deja zvonuri despre succesorul său, Lovelace. Ne putem aștepta la noi dezvoltări în calcularea ray-tracing în această nouă arhitectură GPU. De asemenea, este de așteptat ca o nouă generație de plăci grafice RTX să fie deja în lucru. Viitorul ray tracing-ului pare luminos pe măsură ce Nvidia continuă să dezvolte arhitecturi GPU care să satisfacă foamea consumatorului de o experiență de joc mai bună.