Vad är strålespårning och hur fungerar det?

Om du spelar videospel regelbundet, eller om du har tittat på någon av Pixars eller Disneys animerade filmer från de senaste åren, har du redan sett strålspårning i aktion utan att veta.

Termen har skapat en betydande rörelse i spelbranschen under de senaste två åren, och den framställs som framtiden för grafik inom spel. Så vad är strålspårning, hur fungerar det och varför är det så viktigt?

Vad är Ray Tracing?

Strålspårning är en grafikåtergivningsmetod som använder algoritmer för att beräkna var ljus och skuggor ska vara i videospel.

Här är grundskolans vetenskap till nytta: titta på en mugg. När du tittar på muggen studsar ljuset av muggen direkt i ögat och din hjärna förstår att objektet som sitter framför dig är en mugg. Flytta blicken från muggen för att hitta ljuskällan i ditt rum. Det är strålspårning.

I 3D-videospel som vi har nu börjar strålspårningsalgoritmen med spelarens synvinkel och anger att "spåra", identifiera och kartlägga ljus, färger och skuggor från flera objekt på en skärm.

Som ett resultat är grafik som produceras via strålspårning mjukare runt kanterna och mer realistisk.

Innan Ray Tracing

Om du vill veta hur rörliga bilder såg ut innan strålspårning, ta en titt på videospel som gjordes i början av 2000-talet och jämför dem med AAA-videospeltitlar på marknaden just nu.

Traditionell datorgrafik använder en metod som kallas rasterisering, där konceptet och ritningen av 3D-ljuskällor omvandlas till en 2D-yta. 3D-polygoner översätts till 2D-pixlar, och det går inte alltid bra eftersom du i huvudsak tvingar ett komplext föremål med många ytor på en plan yta.

Utöver det var traditionella datorer bara inte tillräckligt snabba för att hålla jämna steg med videospelens intensitet. Även om många förbättringar har gjorts för rasterisering, när det gäller att presentera ett intensivt förstapersonsskjutspel, till exempel, faller det korta jämfört med strålspårning.

Hur Ray Tracing fungerar

Strålspårning låter enkelt och spännande som ett koncept, men det är ingen lätt teknik. Så, hur fungerar strålspårning?

Strålspårning utför en process som kallas ”denoising”, där dess algoritm, med början från kameran - din synvinkel - spårar och visar de viktigaste nyanser av ljus och skuggor. Med maskininlärning ”fyller det i luckorna” för att bilda en fotorealistisk bild.

Så ju ljusare scenen i ett videospel är, desto högre grafikkvalitet och ju högre kvalitet, desto dyrare är det. Detta leder oss till anledningen till strålspårningens sena ankomst till videospelsindustrin.

Varför undviks strålspårning så länge?

Du borde veta att strålspårning inte heller är en ny teknik. Hollywood har använt strålespårning långt innan tekniken tog sig in i videospelindustrin. Pixars 2013-film, Monsters University, var faktiskt den första animerade filmen som använde strålspårningsteknik för all belysning och skuggning. Så varför gjorde strålspårning det till videospel så sent?

För det första, när det gäller mekanik, är strålspårning i sig beräkningsmässigt krävande. Att använda strålspårningsteknik på en 90-minuters actionfilm med 24 bilder per sekund är redan extremt tidskrävande. Animatörer kan spendera dagar eller veckor på bara en scen, så tänk dig hur mycket mer intensivt det är för strålespårning att göras på ett standard videospel som 60 körs på bilder per sekund. Det var helt enkelt opraktiskt.

Därefter, som nämnts ovan, är strålespårning kostsamt. Förutom det faktum att det är tidskrävande, är den dyra budgeten varför det alltid bara varit mega filmproduktionsföretag i Hollywood som hade råd med strålespårning. Pixars Monsters University kostade 200 miljoner dollar att göra, liksom Toy Story 4, som släpptes 2019.

Medan moderna grafikkort med stöd för strålspårning i realtid sträcker sig från $ 400 till $ 3000.

När strålspårning används

Strålspårning används ganska mycket överallt i ett videospel, men särskilt i klippta scener. Har du någonsin märkt varför din karaktär ser mer verklighetstrogen och sofistikerad ut under videospelade scener? Det är strålspårning i aktion. Årets hit AAA-titel Kontroll är det bästa exemplet på framgångsrik strålespårning i ett videospel.

Utanför videospel används strålespårning också i många branscher. Inom arkitektur är strålspårning inbäddad i programvaruapplikationer för 3D-modellering av en byggnad. Detta gör arkitektens föreställning av en byggnadsdesign mer realistisk än handritade konceptskisser, och modelleringsljuset är mer exakt. Inom teknik används strålspårning också för ett liknande syfte.

Spelutvecklare och Ray Tracing

Efter att ha förvärvat strålspårningsföretaget RayScale 2008 blev Nvidia den första i branschen som lanserade strålspårning kommersiellt. År 2018 introducerade det GeForce RTX-serien grafikkort för konsumenter. Sedan dess har stora spelutvecklare gått med i raytracing-spelet, en efter en.

År 2019 meddelade Epic Games och Utility Technologies att deras signaturmaskinvarumotorer nu erbjuder inbyggt stöd för strålspårning. 2018 integrerade Microsoft raytracing i DirectX 12, dess viktigaste programvara för multimedia och spelprogrammering för Xbox One. I början av 2020 presenterade tech-titan DirectX 12 Ultimate, en uppgradering till DirectX 12.

Om du vill lära dig mer om strålspårning, kolla in vår jämförelse av Nvidias senaste GeForce RTX-produkter. Om du är Linux-användare, kolla hur olika GPU: er från Nvidia och AMD staplar upp på Linux.

Varför Nvidias 30-serie GPU: er är bättre än AMD

Grafikkretsjätten Nvidia ser ut att dominera GPU-marknaden med sitt nya utbud av AMD-slående 30-serie GFX-kort.

Ray Tracing kommer att forma framtiden för spel

I grund och botten är vad strålspårning lovar en högkvalitativ visuell upplevelse för maximal njutning. Strålspårning i videospel är fortfarande mycket i ett tidigt skede, men dess inträde till marknaden markerar en lovande framtid för miljardindustrin.

De 7 bästa grafikkorten för billigt spel

Budgetgrafikkort är mycket kapabla idag. Här är de bästa billiga grafikkorten som låter dig spela billigt.

Om författaren