Phenquestions
Co je Ray Tracing?
Z hlediska počítačové grafiky je Ray Tracing technikou vykreslování, která simuluje fyzikální vlastnosti světla, které do her přinášejí realistické osvětlení, stíny a efekty. Napodobuje to, jak se paprsek světla odráží od objektů od nastavené hodnoty, a ilustruje odraz světla od každého povrchu. Celý proces zase zvyšuje kvalitu obrazu a poskytuje divákům pohlcující zážitek. Tato technika se již dlouho používá ve 3D filmech a nakonec si našla cestu v počítačových hrách na vysoké úrovni poskytujících vizuální efekty ve filmové kvalitě. Ray Tracing ve světě her změnil hru a je preferovanou technikou vykreslování než rasterizace, která má omezení při vykreslování skutečných barev objektů.
Ray Tracing v Nvidia GPU
Jako přední výrobce grafických karet Nvidia vždy odvážně experimentovala s novými způsoby, jak zlepšit vizuální kvalitu svých produktů. Od září 2018 Nvidia vydává grafické karty s funkcemi Ray Tracing. Architektura Nuringia Turing je prvním designem GPU se specializovaným hardwarem nebo RT jádry pro zpracování Ray Tracing v reálném čase.
Co jsou RT jádra?
Sledování paprsků je obvykle vyhrazeno pro aplikace v reálném čase, protože výpočetní čas potřebný ke zpracování operace sledování paprsků je mnohem delší než u jiných vizuálních efektů. Společnost Nvidia udělala průlom díky integraci hardwaru do svých architektonických návrhů s jediným účelem spočítat sledování paprsku v reálném čase. Tento přidaný hardware, známý jako RT Cores, byl uveden do provozu na grafických kartách Nvidia Turing založených na RTX. Toto byla také první spotřebitelská grafická karta na světě s podporou sledování paprsků na hardwarové úrovni
RT-jádra vypočítávají barvy pixelů, jak se paprsek světla pohybuje z jednoho bodu do druhého. Proces je složitější, když existuje velké množství světelných zdrojů. Několik procesů zapojených do trasování paprsků, jako je Ray Casting, Path Tracing, BVH (Bounding Volume Hierarchy) a Denoising Filtering, z něj činí výpočetně náročnou techniku. BVH je časově nejnáročnější součástí výpočtů sledování paprsků a RT-jádra urychlují průchod BVH pro sledování paprsků v reálném čase. Kromě RT-Cores je v GPU Nvidia další sada hardwaru, která hraje roli při zajišťování sledování paprsků v reálném čase. Tenzorová jádra určená pro akceleraci umělé inteligence také pomáhají při odšumování v reálném čase a zrychlují odlévání paprsků.
Grafické karty Nvidia s podporou sledování paprsku
Karty Nvidia s RT Cores jsou velkým skokem pro světově proslulého výrobce grafických karet. Toto je však hardwarové a dřívější vydání grafických karet takové funkce nemají. Protože sledování paprsků má pro spotřebitele velkou přitažlivost, společnost Nvidia tuto funkci zpřístupnila i starším grafickým kartám. Jelikož starší architektury do svých návrhů nezahrnují jádra RT, Nvidia umožnila vykreslování ray tracingu pomocí ovladačů připravených na hru.
Grafické karty Nvidia s trasováním paprsků na úrovni hardwaru
První generace RT-jader byla představena v sérii Nvidia RTX 20. RTX 2080 byl první v řadě RTX 20, který předvedl Turingovu architekturu. Poté následovaly RTX 2080 Ti, RTX 2070 a RTX 2060. V sestavě je také Titan RTX.
V září 2020 představila Nvidia Turingův nástupce Ampere, který obsahuje druhou generaci RT-jader. Ampér nabízí obrovské vylepšení v rychlostech RT-Cores a Tensor Cores, které zvyšují rychlost RT-Core na 58 RT-TFLOPS, 1.Sedmkrát vyšší než u Turingova, poskytuje mnohem rychlejší vykreslování paprskového sledování a zvyšuje kvalitu obrazu. Podobně má Ampér více než dvojnásobnou rychlost tenzorových jader než Turing s 238 Tensor-TFLOPS. Ampér je jádrem druhé generace GPU RTX; řada RTX 30 zahrnuje RTX 3090, RTX 3080, RTX 3070 třídy RTX a nejnovější verzi RTX 3060.
Grafické karty Nvidia se sledováním paprsku na úrovni softwaru
Společnost Nvidia udělala další průlom tím, že umožnila sledování paprsků na vybraných grafických kartách bez vyhrazených jader RT. To je dobrá zpráva pro hráče používající starší modely, kteří zatím neuvažují o upgradu grafických karet, ale chtějí zažít vizuální výhody techniky sledování paprsků. Grafické karty GeForce GTX 1060 6 GB a vyšší si nyní mohou užít možnosti sledování paprsků prostřednictvím DirectX Raytracing (DXR). Níže je uveden seznam karet Nvidia, které podporují ray tracing prostřednictvím 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 6 GB
Kvůli nedostatku vyhrazeného hardwaru pro sledování paprsků mohou karty GTX nabízet pouze základní efekty sledování paprsků. Jádra shaderu zpracovávají výpočty trasování paprsků a toto další pracovní vytížení jader shaderu ovlivní výkon GPU. Díky funkcím sledování paprsků však mohou hráči zažít atraktivnější vizuální zážitek.
Budoucnost sledování paprsku v Nvidii
Ampérův výkon je již po zdvojnásobení rychlosti zpracování Turinga více než uspokojivý. I když je to stále čerstvé z trouby, již se říkají o jeho nástupci, Lovelace. V této nové architektuře GPU můžeme očekávat nový vývoj ve výpočtech sledování paprsků. Stejně tak se očekává, že nová generace grafických karet RTX je již v provozu. Budoucnost sledování paprsků vypadá jasně, protože Nvidia pokračuje ve vývoji architektur GPU, které uspokojí hlad spotřebitelů po lepším herním zážitku.
