מאז ההכרזה של Nvidia ב-2018 על כרטיסי הגרפיקה RTX מסדרת 20 שלה, התכונה הקטלנית שלה, "מעקב אחר קרניים" היה מונח פופולרי בחוגי משחקי וידאו. אבל זה יכול להיות קשה להבין מה זה מעקב אחר קרניים, איך זה עובד ומדוע זה נראה טוב יותר מטכניקות קודמות.
מהו מעקב אחר קרניים וכיצד הוא פועל?
בעולם האמיתי כשאתה רואה משהו, מה שאתה רואה הוא פוטון ממקור אור. בדרכו אליך, ייתכן שהפוטון הזה הושתקף על ידי משטח אחד או יותר. כל השתקפות משנה את מאפייני האור שמגיע לעיניך.
השמש פולטת מגוון רחב של צבעי אור, כל משטח סופג אור ומחזיר אור אחר. מה שאנו רואים כמשטח ירוק, כמו עלה, הוא נראה כך מכיוון שהוא מחזיר בעיקר אור ירוק. אם האור המשתקף מעל העלה פוגע במשטח אחר, כמו קיר לבן, אז המשטח הזה ייראה מעט שונה ממה שהיה נראה לו היה אור לבן טהור שמאיר עליו. כל השתקפות משפיעה על כל משטח עתידי שהאור יוצר איתו אינטראקציה, משנה את עוצמתו ואת הצבע הנראה.
איתור קרני היא טכניקה גרפית העוקבת אחר אותם עקרונות. קרני אור מוקרנות, תכונות האור המוחזר והנשבר, כמו צבע מחושבות, והקרן ממשיכה לנוע.
בעולם האמיתי כל מקור אור, כמו נורה או השמש, פולט פוטונים לכל הכיוונים, שרובם המוחלט לא מגיעים לעיניך. הדמיה של זה יהיה תהליך אינטנסיבי בטירוף שמפיק תוצאה מבוזבזת בעיקר. כדי להפחית את עומס העבודה, מעקב אחר קרניים פועל הפוך, ומקרין קרניים מהמצלמה. כל קרן רשאית לעבור מרחק מסוים ללא השתקפות או לשקף מספר מסוים של פעמים לפני ביצוע החישובים וקביעת ערך הפיקסל.
לדוגמה, קרן מוטלת מנקודת המבט של הצופה, כאשר היא פוגעת בקיר לבן, אלגוריתם יוצר באופן רקורסיבי קרן מוחזרת אשר עוברת דרך חלונית זכוכית כחולה, לבסוף, הקרן המשתקפת פוגעת במקור אור לבן והיא ספג. הזכוכית הכחולה סופגת הכל מלבד אור כחול שמטיל אור כחול על הקיר, וכתוצאה מכך הפיקסל נצבע בכחול.
למה Ray Tracing נראה הרבה יותר טוב?
השיטה הסטנדרטית לעיבוד סצנות בזמן אמת כוללת שימוש במפות אור מחושבות מראש ותאורת סצנה שלמה. חלק מהמשחקים עושים שימוש בתאורה נפחית מוגבלת כדי לכלול מקורות אור נעים וכדי לאפשר צללים דינמיים, בטכניקה זו נעשה שימוש במשורה מכיוון שהיא די עתירת מעבד.
מעקב אחר קרני יכול להשיג תוצאה פוטו-ריאליסטית אם נעשית עבודה נוספת בשלב עיצוב המשחק. אם כל המשטחים כוללים פרטים כגון רפלקטיביות, שקיפות וכיצד האור ישבר דרכם, התוצאה הכוללת יכולה להיראות טבעית יותר. בעוד שגישה זו כרוכה כמובן בעבודה רבה יותר בשלב עיצוב המשחק, היא מאפשרת לתוצאה להופיע פוטו-ריאליסטי עם אור המגיב כפי שהוא צריך כשהוא מחזיר בטון, מתכת, עץ וזכוכית וכו '
מעקב אחר קרני מאפשר הטלת השתקפויות וצללים מדויקים כחלק מתהליך העיבוד. בשיטות עיבוד מסורתיות, שתי האפקטים הללו הם אופציונליים לחלוטין ויכולים לגרום להיטים משמעותיים בביצועים.
Ray tracing עצמו מגיע עם להיט ביצועים אדיר. עד שכרטיסי המסך RTX של Nvidia הוכרזו עם האצת חומרה למעקב אחר קרניים, חשבו שכוח העיבוד הדרוש לביצוע מעקב קרניים בזמן אמת בתוכנה היה יותר מעשור רָחוֹק. אפילו עם האצת החומרה, מעקב אחר קרניים עדיין גורם לירידה משמעותית בביצועים מכיוון שהוא עדיין החלק האיטי ביותר בעיבוד מסגרת.