Säteenseuranta on tekniikka tietokonegrafiikan renderöimiseksi, joka luo kuvan jäljittämällä säteiden polkua kohtauksen läpi. Säteet voivat olla vuorovaikutuksessa kohtauksen kohteiden kanssa, pomppien niistä ja saamalla ominaisuuksia, kuten väriä.
Ray Tracing: Perustiedot
Säteenseuranta jäljittelee todellista valaistusta. Näkemämme valo on tulosta energialähteistä, kuten auringosta, säteilevistä fotoneista. Fotonit voivat pomppia ja hajota törmäessään 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 miljoonia fotoneja pomppii näkökentässämme. Nykyaikaiset pelit jäljittävät yhden ja neljän säteen pikseliä kohden. Se kuitenkin riittää simuloimaan todellista maailmaa.
Säteen polun jäljittäminen antaa myös mahdollisuuden olla vuorovaikutuksessa pelimaailman kanssa. Säteeseen, joka kimpoaa punaisesta esineestä, tämä väri voi vaikuttaa, mikä antaa punaisen hehkun lähelle. Säteet voivat sirota eri tavoin pelin taiteilijoiden esineille antamien ominaisuuksien perusteella, mikä mahdollistaa realistiset puoliheijastavat tai karkeat pinnat.
Säteenseuranta on merkittävä 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 nähtävissä. Säteenseuranta ei vaadi tarkoitukseen rakennettua laitteistoa toimiakseen, mutta se on käytännöllinen vain näytönohjaimessa tai pelikonsolissa, joka voi nopeuttaa säteenseurantaa, koska se on erittäin vaativaa.
Säteenseuranta vs. rasterointi (tai 3D-grafiikka sellaisena kuin sen tiesit)
Saatat silti olla hämmentynyt, vaikka ymmärtäisit tämän selityksen. Heijastukset olivat läsnä menneissä peleissä, jopa niissä, jotka ovat nyt useita vuosikymmeniä vanhoja. Miten säteenseuranta 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 pelaajalle näkyvissä, koska kaikki suoritus, jota käytetään luomaan se, mitä pelaaja ei näe, menee hukkaan. Tämä aiheuttaa kuitenkin ongelman.
Palataanpa esimerkkiin peilistä. Pelaajan ympäristö ja pelaajahahmo eivät näy pelaajalle (ainakaan ensimmäisen persoonan pelissä). Rasteroinnin avulla peili ei heijasta mitään.
Tietenkin nykyaikaisissa peleissä on peilejä. He renderöivät kohtauksen kahdesti. Yksi syöttö on pelaajan näkökulmasta, kun taas toinen on eri näkökulmasta. Tämä kuitenkin kaksinkertaistaa kohtauksen hahmontamiseen tarvittavan suorituskyvyn.
Näyttötilan heijastukset, suosittujen 3D-pelimoottoreiden tekniikka, luovat heijastuksen käyttämällä näytön tietoja. Tämä tekniikka on ihanteellinen heijastaville pinnoille, jotka ovat kulmassa pelaajan näkökulmasta, kuten vesi. Heijastuneet kohteet kuitenkin katoavat, jos heijastettu kohde siirtyy pois näytöltä.
Säteenseuranta ei jaa näitä ongelmia, koska toisin kuin rasterointi, se voi jäljittää pelaajan näkökulman ulkopuolella.
Lisäksi peleissä, joissa säteet voivat olla vuorovaikutuksessa pintojen kanssa, säteenseuranta voi näyttää realistisia värivuotoja ja puoliheijastavia pintoja, joita on vaikea rasteroida.
Mitä laitteistoa säteenseuranta vaatii?
Säteenseuranta ei ole uusi idea. Tietojenkäsittelytieteilijät kokeilivat säteen jäljitystä 1980-luvun alussa luoden staattisia kuvia, joissa oli realistinen valaistus, heijastukset ja varjot. Valitettavasti niiden piirtäminen kesti tunteja.
Videopeli tarvitsee reaaliaikaisen säteenseurannan nopeudella 30 kuvaa sekunnissa tai enemmän. Se on mahdollista vain näytönohjaimella, joka on suunniteltu nopeuttamaan säteen jäljitystä.
Nvidian RTX-säteenseuranta perustuu piin, jota kutsutaan Tensor Core -ytimeksi. Tensor-ytimiä löytyy vain RTX-näytönohjainkorteista. Nvidian GTX-kortit voivat renderöidä pelin säteenseurantaa käyttämällä, koska kuten sanottu, säteenseuranta ei vaadi tarkoitukseen valmistettua piitä. Suorituskyky on kuitenkin surkea verrattuna RTX-kortteihin. Jotkut pelit, kuten Minecraft RTX-säteenseurannalla, vaativat RTX-näytönohjaimen, koska ne mahdollistavat säteenseurannan.
AMD-korteilla, jotka nopeuttavat säteenseurantaa, ei ole erityistä tuotemerkkiä eikä erillistä piitä. Sen sijaan he käyttävät laitteiston parannuksia ja ohjelmistopäivityksiä parempien tulosten saavuttamiseksi. Säteenseurantaa nopeuttavien AMD-korttien tunnistaminen on vaikeampaa, 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. Kehittäjät voivat kuitenkin ottaa ne 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.
