RT ili Ray Tracing mogućnost u stvarnom vremenu podiže prašinu otkako je Nvidia lansirala svoje kartice serije RTX 20 s RT mogućnostima još 2018. godine. Ono što je u početku bilo nešto više od jednostavnog trika, postupno je napredovalo u mogućnosti koje igrači sve više žele u novim igrama.
No Ray Tracing nije jedina mogućnost koja značajno doprinosi kvaliteti prikaza u igrama. Imamo još jednu mogućnost, koja možda nije toliko poznata, ali itekako doprinosi boljem izgledu igara. Radi se o Path Tracing mogućnosti. O čemu se točno radi, te je li i ako jest, zašto je Path Tracing bolji od Ray Tracinga, pročitajte u nastavku.
Rasterizacija, Ray Tracing i Path Tracing
Tradicionalno, programeri koriste tehniku koja se zove rasterizacija za renderiranje vizualnih sadržaja igara. Rasterizacija je prevođenje matematičkih vektorskih oblika u piksele ili točkice, tako da se mogu vidjeti na računalnim monitorima i drugim zaslonima temeljenim na pikselima, za razliku od starijih CRT zaslona. No, rasterizacija je bila prilično učinkovita u približavanju stvarnog ponašanja svjetlosti korištenjem “unaprijed renderirane” rasvjete sa statičnim izvorima svjetlosti.
Ipak, kako je rasla potražnja za foto-realističnim vizualnim prikazima u igrama, uz tehnologiju koja to može prikazati, RT ili Ray Tracing u stvarnom vremenu konačno je postalo dostupno. No za razliku od rasterizacije, RT pokušava simulirati ponašanje svjetlosti u stvarnom svijetu u svakom okviru igre ili aplikacije. Kako se svjetlost može reflektirati, lomiti ili apsorbirati nakon interakcije s više objekata u stvarnosti, isto ponašanje svjetlosnih zraka izračunava se za svaki pojedini piksel okvira. To je jednako izračunavanju ponašanja milijuna simuliranih zraka za samo jedan okvir. Zbog toga je RT toliko računalno zahtjevno.
Ray tracing sam po sebi nije ništa novo. Razvijen 1969., RT koristili su filmski studiji u različitim stupnjevima od 1970-ih. Ali Hollywood ima luksuz “pre-renderiranja” svakog kadra filma korištenjem “render farmi” kojima su ponekad potrebni tjedni za renderiranje jedne scene RT-a.
RT u stvarnom vremenu u igrama je drugačije, jer treba izvršiti dosta složeni izračun u okruženju koje se dinamički mijenja za svaki pojedini okvir ili ”frame”. To je također razlog zašto većina igara s ovom mogućnošću, čak i kada koriste hardversko ubrzanje modernih grafičkih kartica, koriste samo jedan ili dva elementa Ray Tracinga u kombinaciji s rasterizacijom, kao što su refleksije ili sjene koje su poboljšane Ray Tracingom.
Sada polako dolazimo do ”Path Tracinga” ili praćenja puta, ako ćemo doslovno prevesti na hrvatski jezik. U svojoj srži, Path Tracing je zapravo samo modificirana verzija Ray Tracinga. Umjesto praćenja putanje svake pojedine svjetlosne zrake, bilo da je riječ o primarnim ili odbijenim (sekundarnim) zrakama, Path Tracing samo izračunava najvjerojatniji put kojim bi svjetlost išla kad bi prošla kroz neki prizor slike.
Zamišljen 1980-ih, Path Tracing zahtijeva složeniju matematiku koja uključuje višestruke zrake za svaku pojedinu točkicu, ali na kraju dovodi do nižih troškova za hardver za renderiranje, to jest grafičke kartice ovo lakše mogu renderirati. Postoje i druge varijante RT-a, kao što je mapiranje fotona, što je razvijeno 2001., tehnika globalnog osvjetljenja u dva koraka.
Prvi korak koristi svjetlosne zrake kroz prizor za stvaranje fotonske karte koja sadrži podatke o boji i osvjetljenju, a drugi korak renderira prizor u stvarnom vremenu, koristeći prethodno obrađenu fotonsku kartu. Fotonsko preslikavanje može tehnički dodatno smanjiti troškove renderiranja, ali je prilično složeno i podložno nekim artefaktima kada postoji manje moćan hardver.
Path Tracing izgleda znatno bolje od Ray Tracinga
Ako je Path Tracing samo blizu po učinku Ray Tracinga, zašto je bolje? Ne bi li rezultat trebao biti lošiji od onoga kod RT-a?
Stvar je u tome da situacija nikada nije crno-bijela, postoje mnoge nijanse. PT ili Path Tracing koje se ponekad naziva Full Ray Tracing pokazalo se da daje realističnije osvjetljenje u igrama. Nedavne igre poput Alan Wakea 2 pokazale su kako Full Ray Tracing, uz pomoć Path Tracinga, može izgledati. Path Tracing čak je implementirano u starijim naslovima kao što su Quake 2, Portal, The Elder Scrolls V: Skyrim i Half-Life, što je u te igre unijelo novi život i nove mogućnosti.
Nadalje, PT može proizvesti realističnije osvjetljenje zbog većeg uzorka podataka kojima ima pristup. Za razliku od RT-a, PT ispaljuje više svjetlosnih zraka za svaku točkicu u prizoru, što stvara uzorak od nekoliko njih kako bi se došlo do konačnog rezultata. To omogućuje algoritmu, uz pomoć uklanjanju šumova zahvaljujući Nvidia-inom DLSS-u, stvaranje bolje definiranih prizora, odraza i osvjetljenja površina u igri.
Path Tracing je manje zahtjevan od Ray Tracinga i zato je bolji za grafičke kartice
Unatoč složenijim izračunima, uklanjanju šuma i trikovima umjetne inteligencije koji su uključeni u PT, ono zbog čega je Path Tracing bolji jest najviše iz razloga što troši manje resursa grafičkih kartica. Barem u teoriji. Igre koje su odmah razvijane s mogućnostima Path Tracinga imale bi najviše koristi od ove mogućnosti. No nažalost, PT je kod mnogih igara uveden postupno, tek kasnije s ažuriranjima igre, što znači da mnoge grafičke kartice nisu osjetile manju potrošnju resursa. Čak ni Alan Wake 2, igra za koju iz Nvidia-e tvrde da je “igra koja je u potpunosti podržana s Ray Tracingom”, ne koristi univerzalnu mogućnost Path Tracinga. No čak i bez ovih dodatnih mogućnosti, Alan Wake 2 je igra koja definitivno izgleda odlično.
No, kako sada stvari stoje, mnoge igre, koje koriste Ray i Path Tracing, troše jako puno resursa, što znači da ako korisnik želi igrati igru s ovim mogućnostima, treba očekivati drastičan pad u broju sličica po sekundi, čak i ako njegovo računalo sadrži snažnu grafičku karticu. Nvidia-ina serija RTX 40 treba koristiti niz značajki umjetne inteligencije samo za renderiranje ovih igara u nižim razlučivostima i njihovo povećanje kako bi proizveli prihvatljive rezultate. No, za još nekoliko godina, kako mogućnosti umjetne inteligencije budu sve više implementirane u igrama, tako će i Ray i Path Tracing biti sve ”lakše” u pogledu potrošnje resursa.
Path Tracing u biti nije nova tehnologija
Od 2000-ih filmski studiji, kao što su Disney i Sony, koriste tehnologiju Path Tracinga za renderiranje animiranih filmova, kako bi postigli ono što se naziva ”potpuni” Path Tracing ili ”Full Path Tracing”. No ova tehnologija nastala je još 1980-ih.
Path Tracing nije radikalno nova tehnika kojoj bi trebalo puno vremena za primjenu na više igara i na hardver koji će biti cjenovno pristupačan. Dok se tvrtke poput Nvidia-e, AMD-a i Intela natječu u poboljšanju svojih grafičkih kartica i ulaganju u napredne algoritme umjetne inteligencije, stvari postat će sve prisutnije u igrama, kao i u drugim medijima. Napredak grafičkih mogućnosti vidljiv je sve više i više, iz godine u godinu. Kako vrijeme bude više prolazilo tako će nesumnjivo stvari kao što su Ray Tracing i Path Tracing biti sve više zastupljene u sve većem broju, ne samo igara, nego i drugih vrsta multimedijskih sadržaja.
S vremenom, Ray Tracing, Path Tracing i rasterizacija bit će sve više korišteni zajedno u sve većem broju igara i medija uopće
Koliko god napredno i impresivno bila Path Tracing mogućnost, još uvijek ne može učiniti sve kako bi bilo onako kako bi trebalo biti. Još uvijek ima posla i PT sam po sebi, pokazuje određene nedostatke. Njegova najveća prednost što ima pristup većem broju podataka ujedno je i njegov najveći nedostatak. Ray Tracing još je uvijek superiorniji u slučajevima kada su dostupni podaci mali, kao što su mračne tamnice ili u slučaju reflektirajućih i površina prijeloma, kao što su vodene površine ili staklo.
To je ujedno i razlog zbog čega bi Ray i Path Tracing mogli napraviti čuda ako bi bili korišteni zajedno u igrama, jer bi se tako međusobno nadopunjavali. Programeri će, kao i uvijek, vjerojatno koristiti kombinaciju tehnika renderiranja, kako bi proizveli najrealističniju scenu u bilo kojoj situaciji. Iz tog razloga možemo biti sigurni da ćemo, kako vrijeme bude prolazilo, sve više viđati igre koje ne samo da će imati mogućnost uključivanja Ray Tracinga u opcijama, nego i igre koje će odmah imati predefinirano uključene mogućnosti i Ray Tracinga i Path Tracinga i da će ove dvije mogućnosti, zajedno s rasterizacijom unutar igara, dovoditi do novih postignuća na poljima grafičkih mogućnosti unutar videoigara.
Ovo će se pogotovo odnositi na igre koje će ili imati mogućnosti izlaska za Windows sustav ili koje će samo izaći na Windows računalima, s obzirom na to da su Windows računala hardverski ipak daleko superiornija u odnosu čak i na Playstation 5 i Xbox Series X.
Svakih nekoliko godina nova tehnologija dođe na naslovnice medija i podigne prašinu. Razloga za to je više, najveći od njih je taj što svaka nova tehnologija obećava dodatno podizanje grafičke kvalitete igre. Prvo su to bili shaderi, zatim teselacija, nakon toga Ray Tracing, a sada i Path Tracing. No, te tehnologije također uzimaju veliki danak u pogledu performansi hardvera. A
ko smatrate da vaše trenutno računalo ne može iskoristiti prednosti ovih tehnika novog doba u igrama, možda ćete morati kupiti novu grafičku karticu, budući da mnoge starije grafičke kartice, a to znači modeli koji su stariji od 2-3 godine, ne podržavaju Ray Tracing i ostale nove grafičke mogućnosti.
Piše: Alan Milić
