Co je Ray Tracing?
Z hlediska počítačové grafiky je Ray Tracing technikou vykreslování, která simuluje fyzické vlastnosti světla a přináší do her realistické osvětlení, stíny a efekty. Napodobuje, jak se paprsek světla odráží od předmětů od nastaveného bodu, což dokazuje odraz světla od každého povrchu. Celý proces zase zvyšuje kvalitu obrazu, což divákům přináší pohlcující zážitek. Tato technika se již dlouho používá ve 3D filmech a nakonec se dostala do počítačových her na vysoké úrovni poskytujících vizuální efekty filmové kvality. Ray Tracing ve světě her změnil hru a je preferovanou technikou vykreslování než rastrování, které má omezení při vykreslování skutečných barev objektů.
Ray Tracing v Nvidia GPU
Jako přední výrobce grafických karet společnost Nvidia vždy odvážně experimentovala s novými způsoby, jak zlepšit vizuální kvalitu svých produktů. Od září 2018 Nvidia uvádí na trh grafické karty s funkcemi Ray Tracing. Architektura Turing společnosti Nvidia je prvním návrhem GPU s vyhrazeným hardwarem nebo jádry RT pro zpracování Ray Tracing v reálném čase.
Co jsou jádra RT?
Ray Tracing je obvykle vyhrazen pro aplikace, které nejsou v reálném čase, protože výpočetní doba potřebná ke zpracování operace sledování paprsku je mnohem delší než u jiných vizuálních efektů. Nvidia učinila průlom integrací hardwaru do svých architektonických návrhů s jediným účelem spočítat sledování paprsků v reálném čase. Tento přidaný hardware, známý jako RT Cores, byl slavnostně uveden na grafické karty RTX společnosti Nvidia založené na Turingu. Jednalo se také o první spotřebitelskou grafickou kartu na světě s podporou sledování paprsků na hardwarové úrovni
RT-jádra vypočítávají barvy pixelů, když paprsek světla cestuje z jednoho bodu do druhého. Proces je složitější, když existuje velké množství světelných zdrojů. Navíc několik procesů zapojených do sledování paprsku, jako je Ray Casting, Path Tracing, BVH (Bounding Volume Hierarchy) a Denoising Filtering z něj činí výpočetně náročnou techniku. BVH je časově nejnáročnější část výpočtů sledování paprsku a jádra RT urychlují procházení BVH pro sledování paprsků v reálném čase. Kromě jader RT-Core existuje v grafických procesorech Nvidia další sada hardwaru, která hraje roli při poskytování sledování paprsků v reálném čase. Tensorová jádra, navržená pro akceleraci umělé inteligence, také pomáhají při odšumování v reálném čase a urychlují vrhání paprsků.
Grafické karty Nvidia s podporou sledování paprsků
Karty Nvidia s jádry RT jsou pro světově proslulého výrobce grafických karet velkým skokem. Toto je však založené na hardwaru a předchozí verze grafických karet takové funkce nemají. Protože sledování paprsků je pro spotřebitele velmi přitažlivé, zpřístupnila Nvidia tuto funkci také starším grafickým kartám. Protože starší architektury nezahrnují RT Cores do svých návrhů, umožnila Nvidia vykreslování ray tracingu pomocí ovladačů připravených na hru.
Grafické karty Nvidia s trasováním paprsků na hardwarové úrovni
První generace jader RT-Core byla uvedena v sérii RTX 20 společnosti Nvidia. RTX 2080 byl první ze série RTX 20, který představil Turingovu architekturu. Poté následovaly RTX 2080 Ti, RTX 2070 a RTX 2060. V řadě je také Titan RTX.
V září 2020 představila Nvidia Turingova nástupce Ampere, který obsahuje druhou generaci jader RT. Ampere přináší obrovské vylepšení sazeb RT-Cores a Tensor Cores, čímž zvyšuje rychlost RT-Core na 58 RT-TFLOPS, což je 1,7krát vyšší než u Turingových, poskytuje mnohem rychlejší vykreslování trasování paprsků a zvyšuje kvalitu obrazu. Podobně má Ampere více než dvojnásobek rychlosti Tensor Cores oproti Turingu s 238 Tensor-TFLOPS. Ampere je jádrem druhé generace GPU RTX; řada RTX 30 zahrnuje RTX 3090, RTX 3080, RTX 3070 a nejnovější verzi RTX 3060 třídy Titan.
Grafické karty Nvidia se sledováním paprsků na úrovni softwaru
Nvidia udělala další průlom tím, že umožnila sledování paprsků ve vybraných grafických kartách bez vyhrazených jader RT. To je dobrá zpráva pro hráče využívající starší modely, kteří zatím neuvažují o upgradu grafických karet, ale chtějí zažít vizuální výhody techniky ray-tracing. Grafické karty GeForce GTX 1060 6 GB a vyšší nyní mohou využívat možnosti sledování paprsků prostřednictvím DirectX Raytracing (DXR). Níže je uveden seznam karet Nvidia, které umožňují 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
Vzhledem k nedostatku specializovaného hardwaru pro sledování paprsků mohou karty GTX nabízet pouze základní efekty sledování paprsků. Jádra shaderu zpracovávají výpočty sledování paprsků a toto dodatečné pracovní zatížení pro jádra shaderů ovlivní výkon GPU. Nicméně díky možnosti sledování paprsků mohou hráči zažít atraktivnější vizuální zážitek.
Budoucnost Ray Tracingu v Nvidii
Výkon Ampere je po zdvojnásobení Turingových rychlostí zpracování již více než uspokojivý. I když je z trouby stále čerstvá, už se šušká o jejím nástupci Lovelace. V této nové architektuře GPU můžeme očekávat nový vývoj ve výpočtech sledování paprsků. Stejně tak se již pravděpodobně pracuje na nové generaci grafických karet RTX. Budoucnost sledování paprsků vypadá jasně, protože Nvidia pokračuje ve vývoji architektur GPU, které by uspokojily hlad spotřebitele po lepším herním zážitku.