Ray Tracing – co to? Wyjaśniamy na czym polega technika śledzenia promieni

Rozwój gier komputerowych w ostatnich latach zaliczył ogromny skok jakościowy. Twórcy coraz częściej decydują się na skomplikowane rozwiązania, które jeszcze jakiś czas temu były niemożliwe do zrealizowania ze względu na ograniczenia technologiczne. Co jakiś czas dowiadujemy się o kolejnych technikach generowania obrazu, mających na celu poprawę oprawy wizualnej gier. Jedną z takich technik jest właśnie popularny w ostatnim czasie ray tracing.

Przeczytaj również: Ile RAM-u do gier? Jakie taktowanie? Jaki wpływ na gry?

Ray tracing, czyli technika śledzenia promieni

Przyjęło się określać tę technikę mianem ray tracingu, lecz istnieje również polskie określenie – śledzenie promieni. Ray tracing polega przede wszystkim na generowaniu fotorealistycznych obrazów, bazując wyłącznie na analizie promieni świetlnych. Zarówno tych trafiających bezpośrednio do odbiorcy, jak i poprzez załamania lub odbicia. W praktyce polega to na tym, że generowane w grze światło rozchodzi się po trójwymiarowych przestrzeniach w naturalny sposób, jakby to robiło w rzeczywistości. Komputer symuluje bowiem fizyczne promienie światła (wirtualne fotony), analizując przy tym właściwości materiałów, na które padają, otrzymując w ten sposób np. niezwykle szczegółowe lustrzane odbicia i inne interesujące efekty.

O technice ray tracing mówi się głośno w światku entuzjastów pecetów dopiero od kilku lat, aczkolwiek tak naprawdę jest to technologia, która już od dawna funkcjonuje w przemyśle filmowym. Większość współczesnych filmów animowanych korzysta z dobrodziejstw ray tracingu, dzięki czemu ich obraz sprawia wrażenie bardziej naturalnego. Ze śledzenia promieni korzysta się również przy produkcji efektów specjalnych w wysokobudżetowych hollywoodzkich produkcjach, co nadaje używanej w nich grafice CGI większego realizmu.

Stworzenie trójwymiarowych scen z przekonującymi efektami ray tracing wymaga jednak ogromnej mocy obliczeniowej i przez bardzo długi czas wygenerowanie jednej nawet klatki animacji z tą technologią zajmowało specjalistycznym stacjom roboczym wiele godzin pracy. W grach, w których sami kontrolujemy kamerę i możemy swobodnie poruszać się po trójwymiarowej przestrzeni, wszystkie te skomplikowane obliczenia muszą być dokonywane w czasie rzeczywistym. Nawet mimo intensywnego rozwoju procesorów i układów GPU możliwość taka pozostawała mrzonką przez bardzo długi czas.

Sytuacja ta zmieniła się jednak w 2018 roku za sprawą firmy Nvidia, lidera na rynku kart graficznych. Producent zaprezentował wówczas po raz pierwszy światu technologię Real-time Ray Tracing Nvidia (RTX), współpracującą z jego wchodzącymi na rynek GPU z linii Nvidia GeForce RTX 20XX, które wyposażone zostały w jednostki obliczeniowe wspomagające symulacje promieni.

Mimo początkowych zachwytów mediów nad możliwościami nowej technologii, która prezentowana była w widowiskowych demach, gracze dość szybko zorientowali się, że nawet mimo zastosowanych przez Nvidię sztuczek technicznych ograniczających obciążenie karty graficznej, osiągniecie stabilnego obrazu w 60 klatkach na sekundę i w rozdzielczościach powyżej 1080p przy włączonym ray tracingu wymaga posiadania najwyższej klasy komputera PC wartego nawet ponad 10 tysięcy złotych. Sytuacja zmieniła się nieco wraz z pojawieniem się znacznie szybszych kart graficznych z rodziny GeForce RTX 30XX, ale nadal ray tracing pozostaje atrakcją dla osób z grubym portfelem. Twórcy gier na razie ostrożnie podchodzą do kompleksowej implementacji ray tracingu w swoich dziełach. Ze znaczących tytułów wsparcie dla technologii oferują produkcje, takie jak Battlefield V, Metro Exodus, Shadow of the Tomb Raider, Control, MechWarrior 5: Mercenaries, Stay in the Light, a także Minecraft, który będzie najlepszym pokazem możliwości techniki dla osób z nieco słabszym sprzętem. Real-time Ray Tracing Nvidii wciąż ma szanse w najbliższej przyszłości stać się standardem w grach. W RTX drzemie bowiem ogromny potencjał. Trzeba trzymać kciuki, żeby producenci gier i podzespołów szybko nauczyli się poskramiać moc tej technologii, żebyśmy jak najszybciej mogli z niej korzystać w pełni w domowym zaciszu.

Autorzy: Michał Kułakowski oraz Łukasz Morawski