Ray Tracing הסביר: כיצד טכנולוגיית התאורה שמגיעה ל-PS5 יכולה לשנות משחקים

כשאנחנו ממהרים לעבר פלייסטיישן 5 ו-Xbox מהדור הבא שמתחיל דור חומרה חדש של קונסולה, אתה תשמע את המונח ray tracing הרבה מאוד. אבל מהי טכנולוגיית הגרפיקה החדשה והלוהטת הזו - והאם כדאי להתעסק בזה?

לכל דור של חומרת גיימינג תמיד יש את מילות הבאז שלו. עם PS4 Pro ו-Xbox One X, 4K ו-HDR היו התכונות האולטימטיביות, והם עדיין יהיו חלק מרכזי בדור הבא. ככל שה-PS5 וה-Xbox הבא מתקרבים יותר ויותר, תכונה נוספת מצטרפת לשלושתם כנקודת מכירה חיונית - מעקב אחר קרניים. זוהי טכניקת תאורה חדשה ומתוקה שבניגוד ל-4K ו-HDR יכולה לשפר את המשחקים באופן דרסטי מבלי שהשחקן יתיז על צג חדש ויקר, כמו גם קונסולה או כרטיס גרפי חדש.

מעקב אחר ריי יהווה חזית מרכזית בקרב בין מיקרוסופט לחומרת המשחקים מהדור הבא של סוני. סוני כבר אישרהPS5 יתמוך במעקב אחר קרניים, בעוד שבמחשב זה כבר היה נקודה מרכזית במלחמת ה-GPU בין AMD ל-Nvidia, כאשר Nvidia מייחדת את המוצרים שלהם עם התמקדות מובהקת בתכונה.

ברור שזה עניין גדול, אבל למה כולם משוגעים על זה? בעמוד זה ננסה להסביר מדוע איתור קרניים מרגש ואיך בדיוק זה עובד במונחים של הדיוט.

כפי שאולי הבנתם מהשם, איתור קרניים עוסק בתאורה. אנחנו מגיעים לנקודה שבה יש תשואה מופחתת על פשוט לדחוף יותר מצולעים ומרקמים באיכות גבוהה יותר; לריאליזם משופר, עליך לשפר דברים כמו תאורה כדי להפוך את הסצנה לטבעית ומציאותית יותר. כרגע מעקב אחר קרניים הוא הגביע הקדוש של תאורה בזמן אמת בגרפיקה ממוחשבת.

באופן מסורתי, רוב משחקי הווידאו משתמשים ברסטריזציה כדי לטפל בתאורה, הצללה ואפקטים דומים אחרים. טכניקה זו למעשה לוקחת את האובייקטים התלת-ממדיים שנוצרו על-ידי מחשב ומחשבת מידע מרכזי כמו המרחק בין אובייקטים לפני לחיצה של הסצנה אל מה שאתה רואה בתצוגה הדו-ממדית שלך. אתה בעצם לוקח צורה תלת-ממדית, מועך אותה ל-2D, ואז מריץ מגוון הצללות כדי לצבוע ולעבד את התמונה כולל תאורה והצללה משוערים על סמך תנאי הסצנה כפי שנקבעו על ידי המידע שחושב קודם לכן.

זהו תהליך מהיר אך אינטנסיבי, ואיפשר איזון מוצק בין חזותיים וביצועים. במהלך השנים המפתחים השתמשו בטריקים נוספים פה ושם כדי לתת רושם טוב יותר של תאורה בזמן אמת מציאותית יותר - אבל בסופו של דבר הכל עדיין מזויף.

אולי תשימו לב שלתיאור של רסטריזציה אין אזכור של איך האור נע בעולם האמיתי. הסיבה לכך היא שבסכימה הגדולה של הדברים זה לא באמת משנה - רסטריזציה היא בסך הכל הערכה של מה שהאור עשוי לעשות במציאות. זה המקום שבו מעקב אחר קרניים שונה - זה ייצוג מציאותי יותר של איך האור עובד במציאות, ולכן יכול לגרום לסצנות בעלות מראה מציאותי הרבה יותר, כמו צילום המסך למעלה -הדגמה טכנולוגית מדהימה בזמן אמתמעצמת הסרט CG שהפיקה ILM בשיתוף עם Nvidia כדי להציג את טכנולוגיית מעקב הקרניים החיה, מבוססת PC, שלהם.

יש עוד המון הדגמות טכניות מרשימות של מעקב אחרי קרניים בפעולה, אבל אולי המהממת ביותר היא הפשוטה ביותר - תסתכל על Digital Foundry שמנגנת את Minecraft עם מעקב קרניים עד הסוף. זה נראה מטורף.

כיצד פועל Ray Tracing?

כשאתה ממקד את מבטך על חפץ, אתה רואה אותו כי האור קופץ ממנו ואל תוך עיניך. אם אתה מדמיין קרן אור בודדת כנראית לעין, הסתכל על עצם קרוב אליך עכשיו ואז נסה להתחקות אחר המסלול שקרן האור לקחה - מתוך העין שלך, חזרה לאובייקט, מקפץ מהאובייקט, לכאן ולכאן , עד שהוא מגיע למקור האור. זה עתה ביצעת מעקב אחר קרניים, אם כי הפוך.

במילים פשוטות, מעקב אחר קרניים הוא פעולת הדמיית אלומות האור והדרך שבה הן נעות על מנת ליצור ייצוג ריאליסטי יותר של אור ואפקטים אחרים המושפעים מאור כגון צללים. זה לבדו יכול באמת לשנות את הוויזואליה של המשחק.

אתה כנראה מכיר יותר את מעקב אחר קרניים ממה שאתה יודע, מכיוון שהוא משמש בעבודת CG של סרטים הוליוודיים כבר הרבה מאוד זמן. ההשתקפות האולטרה-ריאליסטית, בקושי נראית לעין, בשריון של איירון מן? זה הודות לאיתור קרניים. פיקסאר משתמשת בו כבר תקופה, ויש צלילות עמוקות לאופן שבו איתור קרניים עבד בסרטיםכמו מכוניות של 2006ואיך זה היה לאחרונהמעודן עבור אוניברסיטת המפלצות של 2013זמין באינטרנט.

יש סיבה לכך שהוליווד הצליחה להשתמש בטכניקה הזו בעוד שמשחקים לא, כמובן, וזה הכל עניין של כוח. אולפני הסרטים בהוליווד משתמשים בחוות שרתים ענקיות עוצמתיות ויקרים פי אלפי מקונסולות המשחקים שלנו, ויש להם גם זמן בצד שלהם. פריים בודד של כמה סרטי פיקסאריכול לקחת יום או יותר לעיבוד, וזה בין השאר הודות לתאורה מציאותית להחריד. עבור משחק, אתה צריך לרנדר שלושים עד שישים פריימים כאלה בשנייה. לפיכך, עד כה זה היה בלתי אפשרי.

הדור הבא של החומרה כמובן לא יהיה חזק פי מאות מה-PS4 וה-Xbox One, אז מה השתנה כדי שזה יהיה אפשרי? לרוב זה עניין של קנה מידה. בדיוק כמו האופן שבו משחקים 'מוציאים' את הגיאוגרפיה והפרטים שאינם מהעין כדי לשמור על ביצועים מוצקים, מעקב אחר קרניים בזמן אמת, הידידותי למשחקים, מושך את מספר הקרניים האישיות בשימוש. זה מאפשר חיזוק טוב בנאמנות חזותית מבלי להפוך את ביצועי המשחקים בזמן אמת לבלתי אפשריים.

במונחים אמיתיים, המשמעות היא שהגרסה החדשה הזו של מעקב אחר קרניים עוקבת רק אחר קרני האור שפוגעות ישירות במצלמה וירטואלית בסצנה, שבעצמה מייצגת את מה שהשחקן יכול לראות. קרניים לא מקפצות מחוץ למסך בדרכים ריאליסטיות לחלוטין כמו בייצוגי הסרט הכבדים. במציאות, יש מיליארדי קרניים - יותר - בכל זמן נתון. בגרסה זו, ייתכן שה-GPU עוקב אחר כמה מאות. יש עוד הרבה דברים שקורים סביב זה - למידה עמוקה של בינה מלאכותית משמשת כדי לנקות את הסצינה ולהשלים את החסר, למשל - אבל הכל מרוכז סביב הקרניים המתוקנות הללו הפונות ממקור אור, ומקפצות את דרכן למצלמה הווירטואלית הזו. הם עושים לגלגלי העיניים שלך בחיים האמיתיים.

למרות היותה גרסה מצומצמת משמעותית של הטכנולוגיה, מעקב הקרניים ש-Nvidia הצליחה להציג בכרטיסי המסך שלה מסדרת RTX מרשים ברצינות ומשאיר רושם חזק על הוויזואליה של משחקים שעודכנו כדי למנף אותו. עדיף שבמקרים מסוימים טכנולוגיה כזו יכולה אפילו להשפיע על מערכות וטקטיקות במשחק. יש כבר כמה דוגמאות מדהימות לכך בפעולה במחשב, ואם גם סוני וגם מיקרוסופט יכולות להציע מעקב אחר קרניים ב-PS5 וב-Xbox הבא, היתרונות והחסרונות של כל מימוש בטוח יהפכו לגרפיקה ראש בראש מהדור הבא נקודת תקיעה בהשוואה.

כיצד מעקב קרני משפיע כעת על ביצועי משחקי המחשב - וכיצד הוא עשוי על קונסולות הדור הבא

בוא נבין את הדבר העיקרי שאתה צריך לדעת מלמעלה: איתור קרניים נראה מדהים לחלוטין. זה לא מגיע ללא עלות, כפי שלמדו שחקני PC. ראשית היא העלות האמיתית בכסף מזומן של החומרה, שכן אלה עם ליבות ייעודיות למעקב אחר קרניים הן יקרות. השני הוא בביצועים, כמו אפילו בכרטיסי המומחה כגוןGPUs מסדרת RTX של Nvidiaאתה יכול לצפות לראות קצבי פריימים נמוכים יותר כאשר מעקב קרניים מופעל, כאשר הפתרון הפשוט ביותר לבעיה זו הוא להוריד את הרזולוציה במשחק.

בקונסולה לפחות אחת מהעלויות הללו תהיה פחות גלויה - מחיר ה-GPU יופחת על ידי העלות הכוללת של הקונסולה והיבטים אחרים של עשיית כסף של אותה מערכת אקולוגית כגון דמי רישוי. גם העלות האחרונה כבר הופחתה משמעותית במחשב, עם שינויים ואופטימיזציהשיפור ביצועי מעקב קרני Battlefield 5 ב-50%רק כמה שבועות לאחר השקתו המקורית. עם זאת, שתי הנקודות הן עדיין גורמים למעמדה של טכנולוגיה צעירה זו, ועדיין אתה יכול לצפות לסבול מקצב פריימים או רזולוציה נמוכים יותר כאשר תכונות מעקב אחר קרניים מלאות מופעלות.

סביר להניח שכמו במחשב האישי, לשחקני הדור הבא יישארו לבחור בין מצגת 4K לבין מעקב אחר קרניים מלאות עם אפשרויות ביצועים במשחק. זה מדבר על האיכויות של מעקב אחר קרניים שבמקרים רבים הייתי ממליץ לקחת את המכה ולנגן ברזולוציה נמוכה יותר.

כפי שמדגימים כמה מהדגמות המופצות בדף זה, למעקב אחר קרניים יכולה להיות השפעה ממשית על איך המשחקים נראים בפועל. המטרו אקסודוסהקטעים המוטבעים מעל הקטע הזה באמת מבינים עד כמה לטכנולוגיה הזו יש פוטנציאל להיות טוב - זה משנה לחלוטין את המשחק הן בעולם הפתוח עם אזורים מוארים בשמש, כמו גם באזורים התת-קרקעיים האפלים והקלסטרופובים. מעקב אחר קרני פועל למעשה גם כדי לשפר אלמנטים של המשחק - צללים מציאותיים יותר פירושם שאויבים יכולים להיות אורבים במקומות מוסתרים לחלוטין מהעין שבהם בגרסה עם רסטר הם עשויים להיות גלויים. יש יותר ניואנסים במצגת באופן כללי, והכל הודות לשינוי בתאורה. זה הוגן לומר שעם מעקב אחר קרניים במטרו אקסודוס נראה כמו קפיצת דורות - למרות שבכל המובנים האחרים הוא משחק שפועל בסדר גמור על החומרה הנוכחית.

לדוגמא של מעקב אחר קרניים שיכול לשנות משחק מרגע לרגע, אל תסתכל רחוק יותר מ-Battlefield 5, אחד המשחקים הראשונים שתמכו בטכנולוגיה. בנוסף לשימוש ב-ray tracing כדי לעשות הבדל עצום למראה הכללי של המשחק, ל-ray tracing יש גם תפקיד בקביעת השתקפויות במשחק. בדרך כלל, כשאתה רואה מראה במשחק, זה גס או מזויף בחוכמה עם גרסה 'משיקוף' של הסצנה - חדר שני, כששנייה אתה מסתובב בו, מעתיק את התנועות שלך. עם מעקב אחר קרניים באיכות גבוהה, השתקפויות מדויקות בזמן אמת אפשריות - ולמעשה יכולות להיות לכך השלכות גדולות על סוגי המשחקים מסוימים.

משחק התגנבות יוכל להשתמש ב-ray tracing כדי לאפשר לשחקן לראות מה מגיע מעבר לפינה, או לפקוח עין על מצב מנקודת תצפית מחוץ לטווח הראייה. בהדגמות המוקדמות ביותר של מעקב אחר קרניים, מפתח Battlefield DICE הציג כיצד בגרסה המאפשרת איתור קרניים של Battlefield 5 שחקן עשוי לראות יריב מקוון מתקרב מעבר לפינה הודות למשטח מחזיר אור כמו דלת מכונית או חלון ראווה. זה פוטנציאל לשינוי עצום - ואם כל PS5 או Xbox יגיעו עם הטכנולוגיה הזו מופעלת, ניתן יהיה למנף אותה במשחקים בצורה הרבה יותר רחבה ממה שהיא כרגע במחשב.