За последние несколько лет, если вы геймер, то, вероятно, довольно часто слышали термин «трассировка лучей». На самом деле, вы, вероятно, слышали об этом и раньше, но с появлением DirectX Ray-Tracing от Microsoft и бренда NVIDIA RTX трассировка лучей стала мейнстримом.
Первоначальная концепция «трассировки лучей» для 3D-изображений была создана в 1969 году. Этот самый ранний алгоритм был очень простым и лишь приблизительным. На протяжении многих лет трассировка лучей претерпевала различные изменения, пока в 1986 году Джим Каджия не представил статью под названием «Уравнение рендеринга и его использование в компьютерной графике». Всего на семи страницах Каджия описал способ математического вычисления физических свойств света, и именно это открытие изменило 3D-рендеринг.
Каджия описал свой метод как «трассировка пути». Это можно считать эволюцией простой трассировки лучей. Чтобы получить хорошее качество трассировки пути, нужно отбросить миллиарды лучей. До относительно недавнего времени этот подход считался совершенно непрактичным для рендеринга в реальном времени, но он использовался в фильмах и другой компьютерной графике, визуализируемой в автономном режиме, уже более 15 лет.
Преимущество трассировки пути в том, что это «унифицированный» алгоритм рендеринга. Это означает, что вам не нужно вычислять отдельные световые эффекты, такие как окружающее затенение, отражения, мягкие тени и т.д. Все освещение выполняется с помощью алгоритма трассировки путей. Однако эта технология также имеет свои недостатки, особенно при попытке вычислить трассировку пути на современных графических процессорах, которые в значительной степени оптимизированы для традиционных рабочих нагрузок растеризации. Однако в целом это огромный плюс для качества изображения.
Полное отслеживание пути в реальном времени не является чем-то новым; именно так работает Quake II RTX. Десять лет назад команда Otoy Brigade занималась отслеживанием пути с помощью программного обеспечения. Однако в обоих подходах использовалось множество компромиссов. У Brigade есть ограничения на моделируемое взаимодействие света, в то время как Quake II RTX включает только очень простые сцены с базовой геометрией и выполняет максимум два отражения на луч, используя всего пару источников света в каждой сцене.
А вот компания NVIDIA хочет полноценную кинематографическую трассировку пути в реальном времени, и на GTC 2022 компания продемонстрировала нечто очень близкое к этому. Смешав свои RTXGI и RTXDI SDK в настраиваемый «исследовательский рендер», специалисты NVIDIA смогли добиться результатов, которые можно справедливо назвать «невероятными».
Это сцены, содержащие до трех миллиардов треугольников с полной трассировкой пути — без растеризации — визуализируются с «интерактивной» частотой кадров, несмотря на то, что средство визуализации использует до тридцати отражений на луч. Некоторые из этих примеров сцен содержат до пятисот тысяч «сетчатых источников света», по сути, отдельных полигонов, которые являются источниками света. Хотя эти сцены необязательно выглядят фотографическими, они на голову выше всего, что можно увидеть в видеоиграх в 2022 году.
Эта технология не похожа на рендеринг компании Euclideon с «неограниченной детализацией», выпущенный почти десять лет назад, который был основан на вокселах и совершенно не подходил для игр. Этот модуль визуализации использует стандартные 3D-модели и полностью поддерживает анимированные сетки, физику и эффекты постобработки, как и любой другой стандартный модуль 3D-рендеринга.
Изображение ниже иллюстрирует эффект усовершенствованного фильтра шумоподавления NVIDIA со сравнением до и после.
Однако вряд ли можно будет увидеть сцены такой сложности в играх в ближайшее время — большинство из этих сцен едва достигают 30 кадров в секунду на GeForce RTX 3090 — но эти методы рендеринга уже доступны разработчикам с полным исходным кодом RTX Direct Illumination (RTXDI) и RTX Global Illumination (RTXGI) SDK. Люди, работающие в Unreal Engine, также могут получить бинарные плагины для этого инструмента.
Исследователи NVIDIA также признают, что еще многое предстоит сделать, прежде чем эта технология сможет полностью заменить растровые средства визуализации. Поскольку очень сложные сцены по-прежнему очень медленные. Так же некоторые эффекты, такие как волюметрика, мешают алгоритмам.
На изображении выше вы можете видеть, что туман выглядит точечным и с сильным шумом.
