Om du har tagit ens den minsta blick mot spel- och grafiknyheter på sistone, då har du hört det senaste och bästa modeordet: ray tracing. Du kanske också har hört ett liknande klingande ord som kallas vägspårning. Och du kan bli helt förlåten för att du inte helt förstår vad någon av processerna är.

En enkel förklaring är att både vägspårning och strålspårning är grafiska tekniker som resulterar i mer realistiska bilder till priset av betydligt mer beräkningskraft. Det finns en Minecraft -video på YouTube som visar de speciella aspekterna av strålspårning på ett tydligt sätt, men som också illustrerar stressen det sätter på ett system.

Om det är den enda förklaringen du behöver, bra! Men om du vill gräva djupt och ta reda på hur varje teknik fungerar och varför GPU -hårdvaruföretag tar en mindre förmögenhet för ray-tracing-kapabla kort, läs vidare.

Rasterisering och datorgrafik

Alla bilder du ser visas på en datorskärm började inte som den bilden. Den börjar som antingen ett raster eller en vektorbild. En rasterbild består av en samling skuggade pixlar.

En vektorbild är baserad på matematiska formler som innebär att bilden kan ökas i storlek nästan oändligt. Nackdelen med vektorbilder är att mer exakta detaljer är svåra att uppnå. Vektorbilder^(Vector) används bäst när endast ett fåtal färger behövs.

Rasteriseringens främsta styrka är dess hastighet, särskilt i jämförelse med tekniker som strålspårning. Din GPU , eller grafikbehandlingsenhet, säger åt spelet att skapa en 3D-bild av små former, oftast trianglar. Dessa trianglar omvandlas till individuella pixlar och förs sedan igenom en skuggning för att skapa bilden du ser på skärmen.

Rasterisering har varit det bästa alternativet för videospelsgrafik under lång tid på grund av hur snabbt det kan bearbetas, men när nuvarande teknik börjar stöta mot dess gränser behövs mer avancerade tekniker för att slå igenom till nästa nivå. Det är där ray tracing kommer in.

Strålspårning^(Ray) ser mycket mer realistisk ut än rastrering, som bilden nedan illustrerar. Titta på reflektionerna på tekannan och skeden.

Vad är Ray Tracing?

På ytnivå är ray tracing ett paraplybegrepp som betyder allt från en enda skärning av ljus och objekt till fullständig fotorealism. I det vanligaste sammanhanget som används idag hänvisar emellertid strålspårning till en renderingsteknik som följer en ljusstråle (i pixlar) från ett börvärde och simulerar hur den reagerar när den möter föremål.

Ta en stund och titta på väggen i rummet du befinner dig i. Finns det en ljuskälla på väggen, eller reflekteras ljus från väggen från en annan källa? Strålspårad^(Ray) grafik skulle börja vid ditt öga och följa din siktlinje till väggen och sedan följa ljusets väg från väggen tillbaka till ljuskällan.

Diagrammet ovan visar hur detta fungerar. Anledningen till de simulerade "ögonen" (kameran i detta diagram) är att minska belastningen på GPU :n .

Varför? Tja, ray tracing är inte helt nytt. Det har faktiskt funnits ganska länge. Pixar använder ray tracing-tekniker för att skapa många av sina filmer, men högfientlig, bild-för-bild-grafik med de upplösningar som Pixar uppnår tar tid.

Mycket^{(A lot)} tid. Vissa bilder i Monsters University tog rapporterade 29 timmar vardera. Toy Story 3 tog i genomsnitt 7 timmar per bildruta, med vissa ramar som tog 39 timmar enligt en berättelse från 2010 från Wired.

Eftersom filmen illustrerar reflektionen av ljus från varje yta för att skapa den grafiska stil som alla lärt känna och älska, är arbetsbelastningen nästan ofattbar. Genom att begränsa strålspårningstekniker till bara vad ögat kan se, kan spel använda tekniken utan att orsaka att din grafikprocessor har en (bokstavligen) härdsmälta.

Ta en titt på bilden nedan.

Det är inte ett fotografi, trots hur verkligt det ser ut. Det är en strålspårad bild. Försök föreställa dig hur mycket kraft som krävs för att skapa en bild som ser ut så här. En stråle kan spåras och bearbetas utan större problem, men hur är det när den strålen studsar av ett föremål?

En enda stråle kan förvandlas till 10 strålar, och de 10 kan förvandlas till 100, och så vidare. Ökningen är exponentiell. Efter en punkt visar studsar och reflektioner bortom tertiär och kvartär minskande avkastning. Med andra ord kräver de mycket mer kraft för att beräkna och visa än vad de är värda. För att rendera en bild måste en gräns dras någonstans.  

Föreställ dig nu att du gör det 30 till 60 gånger per sekund. Det är den mängd kraft som krävs för att använda strålspårningstekniker i spel. Visst är det imponerande, eller hur?

Möjligheten att uppnå grafikkort som kan spåra strålar kommer att öka med tiden, och så småningom kommer denna teknik att bli lika lättillgänglig som 3D-grafik. Än så länge anses strålspårning fortfarande vara den senaste inom datorgrafik. Så hur spelar vägspårning in?

Vad är Path Tracing?

Banspårning^(Path) är en typ av strålspårning. Det faller under det paraplyet, men där strålspårning ursprungligen teoretiserades 1968, dök vägspårning inte upp förrän 1986 (och resultaten var inte så dramatiska som de nu.)

Kommer du ihåg den exponentiella ökningen av strålar som nämndes tidigare? Banspårning^(Path) ger en lösning på det. När du använder banspårning för rendering producerar strålarna bara en enda stråle per studs. Strålarna följer inte en bestämd linje per studs, utan skjuter snarare iväg i en slumpmässig riktning.

Vägspårningsalgoritmen tar sedan ett slumpmässigt urval av alla strålar för att skapa den slutliga bilden. Detta resulterar i provtagning av en mängd olika typer av belysning, men särskilt global belysning.

En intressant sak med banspårning är att effekten kan emuleras genom att använda shaders. En shader-patch dök upp nyligen för en Nintendo Switch -emulator som gjorde det möjligt för spelare att efterlikna vägspårad global belysning i titlar som The Legend of Zelda: Breath of the Wild och Super Mario Odyssey. Även om effekterna ser bra ut, är de inte lika kompletta som äkta vägspårning.

Banspårning^(Path) är bara en form av strålspårning. Även om det hyllades som det bästa sättet att rendera bilder, har banspårning sina egna brister.

Men i slutändan resulterar både path tracing och ray tracing i helt vackra bilder. Nu när hårdvaran i konsumentklassade maskiner har nått en punkt där strålspårning är möjlig i realtid i videospel, står branschen redo att göra ett genombrott som är nästan lika imponerande som steget från 2D- till 3D-grafik.

Det kommer dock fortfarande att dröja - åtminstone flera år - innan den nödvändiga hårdvaran kommer att anses vara "prisvärd". Från och med nu kostar även de nödvändiga grafikkorten långt över $1 000.

What is Path Tracing and Ray Tracing? And Why do They Improve Graphics?

If you’ve taken evеn the slightest glance towards gaming and graphics news lаtely, then you’ve hеard the latest and greatest buzzword: ray tracing. You might alѕo have heard a similar-sоunding word called рath tracing. And you could be totally forgiven for not fullу understanding what either one of the processes is.

A simple explanation is that both path tracing and ray tracing are graphical techniques that result in more realistic-looking images at the cost of significantly more computational power. There is a Minecraft video on YouTube that demonstrates the particular aspects of ray tracing in a clear way, but also illustrates the stress it puts on a system.

If that’s the only explanation you need, great! But if you want to dig deep and find out how each technique works and why GPU hardware companies are charging a small fortune for ray tracing-capable cards, read on.

Rasterization and Computer Graphics

Any image you see displayed on a computer screen did not start out as that image. It begins as either a raster or a vector image. A raster image is composed of a collection of shaded pixels.

A vector image is based on mathematical formulas that mean the image can be increased in size almost indefinitely. The downside of vector images is that more precise details are difficult to achieve. Vector images are best used when only a few colors are needed.

The main strength of rasterization is its speed, especially in comparison to techniques like ray tracing. Your GPU, or graphics processing unit, will tell the game to create a 3D image out of small shapes, most often triangles. These triangles are turned into individual pixels and then put through a shader to create the image you see on screen.

Rasterization has been the go-to option for video game graphics for a long time due to how quickly it can be processed, but as current technology begins to bump against its limits more advanced techniques are needed ot break through to the next level. That’s where ray tracing comes in.

Ray tracing looks far more realistic than rasterization, as the image below illustrates. Look at the reflections on the tea pot and the spoon.

What is Ray Tracing?

At the surface level, ray tracing is an umbrella term that means everything from a single intersection of light and object to complete photorealism. In the most common context used today, however, ray tracing refers to a rendering technique that follows a beam of light (in pixels) from a set point and simulates how it reacts when it encounters objects.

Take a moment and look at the wall of the room you’re in. Is there a light source on the wall, or is light reflected off the wall from another source? Ray traced graphics would start at your eye and follow your line of sight to the wall, and then follow the path of light from the wall back to the light source.

The diagram above illustrates how this works. The reason for the simulated “eyes” (the camera in this diagram) is to lessen the load on the GPU.

Why? Well, ray tracing isn’t brand-new. It’s actually been around for quite some time. Pixar uses ray tracing techniques to create many of its movies, but high-fidelity, frame-by-frame graphics at the resolutions Pixar achieves take time.

A lot of time. Some frames in Monsters University took a reported 29 hours each. Toy Story 3 took an average of 7 hours per frame, with some frames taking 39 hours according to a 2010 story from Wired.

Because the film illustrates the reflection of light from every surface to create the graphical style everyone has come to know and love, the work load is almost unimaginable. By limiting ray tracing techniques to only what the eye can see, games can utilize the technique without causing your graphics processor to have a (literal) meltdown.

Take a look at the image below.

That’s not a photograph, despite how real it looks. It’s a ray-traced image. Try to imagine how much power is required to create an image that looks like this. One ray can be traced and processed without much trouble, but what about when that ray bounces off an object?

A single ray can turn into 10 rays, and those 10 can turn into 100, and so on. The increase is exponential. After a point, bounces and reflections beyond tertiary and quaternary display diminishing returns. In other words, they require far more power to calculate and display than they are worth. For the sake of rendering an image, a limit has to be drawn somewhere.  

Now imagine doing that 30 to 60 times per second. That is the amount of power required to use ray tracing techniques in games. It’s certainly impressive, right?

The attainability of graphics cards capable of ray tracing will go up as time goes on, and eventually this technique will become as readily available as 3D graphics. For now, though, ray tracing is still considered the cutting-edge of computer graphics. So how does path tracing come into play?

What is Path Tracing?

Path tracing is a type of ray tracing. It falls under that umbrella, but where ray tracing was originally theorized in 1968, path tracing didn’t come onto the scene until 1986 (and the results were not as dramatic as those now.)

Remember the exponential increase in rays mentioned earlier? Path tracing provides a solution to that. When using path tracing for rendering, the rays only produce a single ray per bounce. The rays do not follow a set line per bounce, but rather shoot off in a random direction.

The path tracing algorithm then takes a random sampling of all of the rays to create the final image. This results in sampling a variety of different types of lighting, but especially global illumination.

An interesting thing about path tracing is that the effect can be emulated through the use of shaders. A shader patch appeared recently for a Nintendo Switch emulator that allowed players to emulate path traced global illumination in titles like The Legend of Zelda: Breath of the Wild and Super Mario Odyssey. While the effects look nice, they aren’t as complete as true path tracing.

Path tracing is just one form of ray tracing. While it was hailed as the best way to render images, path tracing comes with its own flaws.

But in the end, both path tracing and ray tracing result in absolutely beautiful images. Now that the hardware in consumer-grade machines has reached a point that ray tracing is possible in real-time in video games, the industry stands poised to make a breakthrough that’s almost as impressive as the step from 2D to 3D graphics.

However, it will still be some time—several years at least—before the necessary hardware will be considered “affordable.” As of now, even the necessary graphics cards cost well over $1,000.

Related posts

• Hur man vänder text på en bana i Illustrator

• 3 sätt att ta ett foto eller en video på en Chromebook

• Hur man upptäcker dator- och e-postövervaknings- eller spionprogram

• Plattskärmsteknik avmystifierad: TN, IPS, VA, OLED och mer

• Så här aktiverar eller inaktiverar du Caps Lock på Chromebook

• Hur man åtgärdar ett Steam "Pending Transaction"-fel

• Kan du ändra ditt Twitch-namn? Ja, men var försiktig

• 4 sätt att hitta de bästa internetalternativen (ISP) i ditt område

• Hur du kontrollerar din hårddisk för fel

• Hur man tar en skärmdump på Steam

• Hur man använder Discord-spoilertaggar

• Hur man ändrar språket på Netflix

• Så här fixar du Hulu-felkoden RUNUNK13

• Hur man återbetalar ett spel på Steam

• Hur man söker Facebook-vänner efter plats, jobb eller skola

• Hur man laddar ner Twitch-videor

• Hur man hittar de bästa Discord-servrarna

• Hur man castar till Roku TV från PC eller mobil

• 7 snabba lösningar när Minecraft fortsätter att krascha

• Så här delar du skärmen på en Chromebook