Jika Anda baru saja mengambil berita glancetoward dan berita grafis terkini, maka Anda telah mendengar kata kunci terbaru dan terbaik: penelusuran ray. Anda mungkin juga pernah mendengar kata serupa yang disebut path tracing. Dan Anda bisa benar-benar dimaafkan karena tidak sepenuhnya memahami apa salah satu dari proses tersebut.
Penjelasan sederhana adalah bahwa kedua pathtracing dan ray tracing adalah teknik grafis yang menghasilkan gambar yang tampak lebih realistis dengan biaya lebih signifikan. kekuatan komputasi. Ada video minecraft di YouTube yang menunjukkan aspek-aspek tertentu dari raytracing dengan cara yang jelas, tetapi juga menggambarkan tekanan yang diberikannya pada suatu sistem.
Jika itu satu-satunya penjelasan yang Anda butuhkan, bagus! Tetapi jika Anda ingin menggali lebih dalam dan mencari tahu bagaimana masing-masing teknik bekerja dan mengapa perusahaan perangkat keras GPU memungut bayaran kecil untuk kartu ray tracing-capabl, baca terus.
Rasterisasi dan Grafik Komputer
Gambar apa pun yang Anda lihat yang ditampilkan di layar komputer tidak dimulai sebagai gambar itu. Ini dimulai sebagai raster atau gambar vektor. Gambar raster terdiri dari kumpulan piksel yang diarsir.
Gambar vektor didasarkan pada rumus matematika yang berarti gambar dapat ditingkatkan ukurannya hampir tanpa batas. Kelemahan dari gambar vektor adalah detail yang lebih tepat sulit untuk dicapai. Gambar vektor paling baik digunakan ketika hanya beberapa warna yang dibutuhkan.
Kekuatan utama rasterisasi adalah kecepatannya, terutama dibandingkan dengan teknik seperti ray tracing. GPU Anda, unit pemrosesan grafis, akan memberi tahu game untuk membuat gambar 3D dari bentuk kecil, paling sering segitiga. Segitiga ini diubah menjadi piksel individu dan kemudian dimasukkan melalui shader untuk membuat gambar yang Anda lihat di layar.
Rasterisasi telah menjadi opsi masuk untuk video grafik permainan untuk waktu yang lama karena seberapa cepat dapat diproses, tetapi karena teknologi saat ini mulai berbenturan dengan batas-batasnya, lebih banyak teknik canggih yang diperlukan atau terobosan ke berikutnya tingkat. Di situlah raytracing masuk.
Ray tracing terlihat jauh lebih realistis daripada rasterisasi, seperti gambar di bawah ini. Lihatlah pantulan pada pot dan sendok.
Apa itu Ray Tracing?
Pada level permukaan, ray tracing adalah istilah tambahan yang berarti segalanya dari satu persimpangan cahaya dan objek untuk menyelesaikan fotorealisme. Namun, dalam konteks paling umum yang digunakan saat ini, penelusuran sinar mengacu pada teknik render yang mengikuti sinar cahaya (dalam piksel) dari titik setel dan mensimulasikan bagaimana ia bereaksi ketika ia menemukan objek.
Luangkan waktu sejenak dan lihatlah dinding ruangan tempat Anda berada. Apakah ada sumber cahaya di dinding, atau apakah cahaya dipantulkan ke dinding dari sumber lain? Grafik yang dilacak Ray akan mulai dari mata Anda dan mengikuti garis pandang Anda ke dinding, dan kemudian mengikuti jejak cahaya daridinding kembali ke sumber cahaya.
Diagram di atas menggambarkan bagaimana ini bekerja. Alasan untuk "mata" yang disimulasikan (kamera dalam diagram ini) adalah untuk mengurangi beban pada GPU.
Kenapa? Nah, penelusuran sinar bukanlah hal baru. Sebenarnya sudah ada selama beberapa waktu. Pixar menggunakan teknik ray tracing untuk membuat banyak filmnya, tetapi grafis dengan kualitas tinggi, frame-by-frame pada resolusi yang dicapai Pixar membutuhkan waktu.
Banyakwaktu. Beberapa frame di Monsters Universitymasing-masing dilaporkan dalam 29 jam. Toy Story 3mengambil rata-rata 7 jam per frame, dengan beberapa frame memakan waktu 39 jam sesuai dengan cerita 2010 dari Wired.
Karena film ini menggambarkan pantulan cahaya dari setiap permukaan untuk menciptakan gaya grafis yang diketahui dan dicintai semua orang, beban pekerjaan hampir tidak terbayangkan. Dengan membatasi teknik penelusuran sinar hanya pada apa yang dapat dilihat mata, gim dapat memanfaatkan teknik tersebut tanpa menyebabkan prosesor grafis Anda mengalami kehancuran (harfiah).
Lihatlah gambar di bawah ini.
Itu bukan foto, meskipun terlihat seperti nyata. Ini adalah gambar yang dilacak dengan sinar. Coba bayangkan berapa banyak daya yang diperlukan untuk membuat gambar yang terlihat seperti ini. Satu sinar dapat dilacak dan diproses tanpa banyak masalah, tetapi bagaimana dengan ketika sinar itu memantul pada suatu benda?
Satu sinar bisa berubah menjadi 10 sinar, dan 10 sinar itu bisa menjadi 100, dan seterusnya. Peningkatannya eksponensial. Setelah satu titik, pantulan dan pantulan di luar tampilan tersier dan kuartener berkurang. Dengan kata lain, mereka membutuhkan daya yang jauh lebih besar untuk menghitung dan menampilkan daripada nilainya. Demi menghasilkan gambar, batas harus dibuat di suatu tempat.
Sekarang bayangkan melakukan bahwa 30 hingga 60 kali persecond. Itu adalah jumlah daya yang diperlukan untuk menggunakan teknik ray tracing ingames. Ini tentu mengesankan, bukan?
Tingkat pencapaian kartu grafis yang mampu melacak sinar akan naik seiring berjalannya waktu, dan akhirnya teknik ini akan menjadi tersedia seperti halnya grafik 3D. Untuk saat ini, bagaimanapun, ray tracing masih dianggap sebagai ujung tombak dari grafis komputer. Jadi bagaimana pathtracing ikut bermain?
Apa itu Path Tracing?
Tracing path adalah jenis penelusuran sinar. Itfall di bawah payung itu, tetapi di mana ray tracing awalnya berteori pada tahun 1968, path tracing tidak muncul hingga tahun 1986 (dan hasilnya tidak sedramatis yang sekarang.)
Ingat peningkatan eksponensial dalam raysmentioned sebelumnya? Path tracing memberikan solusi untuk itu. Saat menggunakan pathtracing untuk rendering, sinar hanya menghasilkan satu sinar per bouncing. Raysdo tidak mengikuti garis yang ditetapkan per bouncing, melainkan memotret secara acak.
Algoritma penelusuran jejak kemudian mengambil pengambilan sampel arandom dari semua sinar untuk membuat gambar akhir. Ini menghasilkan pengambilan sampel dalam berbagai jenis pencahayaan yang berbeda, tetapi terutama penerangan global.
Hal yang menarik tentang lintasan jejak adalah bahwa efeknya dapat ditiru melalui penggunaan shader. Sebuah shader patch muncul baru-baru ini untuk emulator Nintendo Switch yang memungkinkan para pemain untuk meniru jejak yang melacak pencahayaan global dalam judul-judul seperti The Legend of Zelda: Breath of the Wilddan Super Mario Odyssey.Sementara itu efek terlihat bagus, mereka tidak lengkap sebagai penelusuran jalur yang benar.
Menelusuri jalur hanya satu bentuk raytracing. Meskipun ini dipuji sebagai cara terbaik untuk membuat gambar, penelusuran jalur dengan kekurangannya sendiri.
Namun pada akhirnya, penelusuran jalur dan penelusuran sinar menghasilkan gambar yang sangat indah. Sekarang perangkat keras di mesin kelas konsumen telah mencapai titik bahwa ray tracing dimungkinkan secara real-time dalam video game, industri berdiri siap untuk membuat terobosan yang hampir sama mengesankan dengan langkah dari grafik 2D ke 3D.
Namun, masih akan ada waktu — setidaknya beberapa tahun — sebelum perangkat keras yang diperlukan dianggap “terjangkau.” Sampai sekarang, bahkan kartu grafis yang diperlukan harganya lebih dari $ 1.000.