Kas yra „Ray Tracing“?
Kompiuterinės grafikos požiūriu „Ray Tracing“ yra atvaizdavimo technika, imituojanti šviesos fizines savybes, suteikiančias žaidimams tikroviško apšvietimo, šešėlių ir efektų. Jis imituoja, kaip šviesos spindulys atsitraukia nuo objektų nuo nustatyto taško, iliustruojantis šviesos atspindį iš kiekvieno paviršiaus. Visas procesas, savo ruožtu, pagerina vaizdo kokybę ir suteikia žiūrovams įspūdingesnę patirtį. Ši technika jau seniai naudojama 3D filmuose ir galiausiai atsidūrė aukšto lygio kompiuteriniuose žaidimuose, užtikrinančiuose kino kokybės vaizdinius efektus. „Ray Tracing“ žaidimų pasaulyje pakeitė žaidimus ir yra pageidaujama atvaizdavimo technika, o ne rastrizacija, kuriai būdingos tikros objektų spalvos.
„Ray Tracing“ „Nvidia“ GPU
Kaip pirmaujanti grafikos plokščių gamintoja, „Nvidia“ visada drąsiai eksperimentavo su naujais būdais, kaip pagerinti savo produktų vizualinę kokybę. Nuo 2018 m. Rugsėjo mėn. „Nvidia“ išleido vaizdo plokštes su „Ray Tracing“ funkcijomis. „Nvidia“ „Turing“ architektūra yra pirmasis GPU dizainas su specialia aparatine įranga arba RT branduoliais, skirtais realaus laiko „Ray Tracing“ apdorojimui.
Kas yra RT šerdys?
„Ray Tracing“ paprastai yra skirtas ne realaus laiko programoms, nes skaičiavimo laikas, reikalingas spindulių sekimo operacijai apdoroti, yra daug ilgesnis nei kiti vaizdiniai efektai. „Nvidia“ padarė proveržį integruodama aparatūrą į savo architektūrinį dizainą, vieninteliu tikslu-apskaičiuoti spindulių sekimą realiuoju laiku. Ši papildoma aparatinė įranga, žinoma kaip „RT Core“, buvo atidaryta „Nvidia“ Tiuringo pagrindu sukurtose RTX vaizdo plokštėse. Tai taip pat buvo pirmoji pasaulyje vartotojų grafinė plokštė su spindulių sekimo palaikymu aparatūros lygiu
RT šerdys apskaičiuoja pikselių spalvas, kai šviesos spindulys keliauja iš vieno taško į kitą. Procesas tampa sudėtingesnis, kai yra daug šviesos šaltinių. Be to, dėl kelių spindulių sekimo procesų, tokių kaip spindulių liejimas, kelio sekimas, BVH (ribojančio tūrio hierarchija) ir denoisingo filtravimas, tai yra daug skaičiavimo reikalaujanti technika. BVH yra daugiausiai laiko reikalaujanti spindulių sekimo skaičiavimo dalis, o RT-šerdys pagreitina BVH eigą, kad būtų galima sekti spindulius realiuoju laiku. Be „RT-Core“, „Nvidia“ GPU yra dar vienas aparatūros rinkinys, kuris atlieka svarbų vaidmenį užtikrinant spindulių sekimą realiuoju laiku. „Tensor Core“, sukurtos dirbtinio intelekto pagreičiui, taip pat padeda realybės laiku denozuoti ir pagreitinti spindulių liejimą.
„Nvidia“ vaizdo plokštės su „Ray Tracing“ palaikymu
„Nvidia“ kortelės su „RT Core“ yra didelis šuolis visame pasaulyje žinomam grafikos plokščių gamintojui. Tačiau tai yra aparatinė įranga, o ankstesni grafikos kortelių leidimai tokių funkcijų neturi. Kadangi spindulių sekimas yra labai patrauklus vartotojams, „Nvidia“ taip pat padarė šią funkciją prieinamą senesnėms vaizdo plokštėms. Kadangi senesnės architektūros į savo dizainą neįtraukia „RT Core“, „Nvidia“ leido padaryti spindulių sekimą naudojant žaidimui paruoštas tvarkykles.
„Nvidia“ vaizdo plokštės su aparatūros lygio spindulių sekimu
Pirmoji „RT-Core“ karta buvo pristatyta „Nvidia“ RTX 20 serijoje. „RTX 2080“ buvo pirmasis iš „RTX 20“ serijos, demonstruojančios Turingo architektūrą. Po to sekė „RTX 2080 Ti“, „RTX 2070“ ir „RTX 2060“. „Titan RTX“ taip pat yra serijoje.
2020 metų rugsėjį „Nvidia“ pristatė Turingo įpėdinį „Ampere“, kuriame yra antros kartos RT branduoliai. „Ampere“ siūlo didžiulius RT-Core ir Tensor Core branduolių atnaujinimus, padidindami RT-Core greitį iki 58 RT-TFLOPS, 1,7 karto didesnius nei Turingo, ir suteikia daug greitesnį spindulių sekimą bei pagerina vaizdo kokybę. Panašiai „Ampere“ turi daugiau nei dvigubai didesnį nei Turingo tenzorių branduolių greitį, naudojant 238 „Tensor-TFLOPS“. „Ampere“ yra RTX antrosios kartos GPU pagrindas; „RTX 30“ serija apima „Titan“ klasės RTX 3090, RTX 3080, RTX 3070 ir naujausią RTX 3060.
„Nvidia“ vaizdo plokštės su programinės įrangos lygio spindulių sekimu
„Nvidia“ padarė dar vieną proveržį, įgalindama spindulių sekimą pasirinktose vaizdo plokštėse be specialių RT branduolių. Tai gera žinia žaidėjams, naudojantiems senesnius modelius, kurie dar nesvarsto galimybės atnaujinti vaizdo plokštes, tačiau nori patirti vizualinę spindulių sekimo technikos naudą. „GeForce GTX 1060 6GB“ ir naujesnės grafikos plokštės dabar gali mėgautis spindulių sekimo galimybėmis per „DirectX Raytracing“ (DXR). Žemiau yra „Nvidia“ kortelių, galinčių spinduliuotę sekti naudojant DXR, sąrašas:
- „GeForce GTX 1660 Ti“
- „GeForce GTX 1660“
- „Nvidia Titan Xp“ (2017 m.)
- „Nvidia Titan X“ (2016)
- „GeForce GTX 1080 Ti“
- „GeForce GTX 1080“
- „GeForce GTX 1070 Ti“
- „GeForce GTX 1070“
- GeForce GTX 1060 6GB
Kadangi trūksta specialios aparatūros spindulių sekimui, GTX kortelės gali pasiūlyti tik pagrindinius spindulių sekimo efektus. Šešėlio šerdys atlieka spindulių sekimo skaičiavimus, o šis papildomas šešėliavimo šerdies darbo krūvis paveiks GPU našumą. Nepaisant to, turėdami spindulių sekimo galimybes, žaidėjai gali patirti patrauklesnę vaizdinę patirtį.
„Ray Tracing“ ateitis „Nvidia“
„Ampere“ našumas jau yra daugiau nei patenkinamas padvigubinus Turingo apdorojimo greitį. Tačiau, nors jis dar šviežias iš orkaitės, jau sklando gandai apie jo įpėdinį Lovelace. Mes galime tikėtis naujų pokyčių spindulių sekimo skaičiavimuose šioje naujoje GPU architektūroje. Taip pat tikimasi, kad naujos kartos RTX vaizdo plokštės jau kuriamos. Spindulių sekimo ateitis atrodo šviesi, nes „Nvidia“ toliau kuria GPU architektūrą, kuri patenkintų vartotojo alkį gauti geresnę žaidimų patirtį.