Mi az a ray tracing és melyik videokártya támogatja?

A számítógépes grafika világa folyamatosan fejlődik, és a ray tracing az egyik legjelentősebb áttörés az elmúlt években. De mi is pontosan a ray tracing, és miért van ekkora felhajtás körülötte? Ebben a cikkben részletesen bemutatjuk ezt a technológiát, elmagyarázzuk a működését, előnyeit és hátrányait, valamint felsoroljuk azokat a videokártyákat, amelyek támogatják.

Mi az a Ray Tracing?

A ray tracing, magyarul sugárkövetés, egy olyan renderelési technika, amely a fény valósághűbb szimulálására törekszik. A hagyományos renderelési módszerekkel (rasterizáció) ellentétben, amelyek a háromszögek alapján számolják ki a képpontok színét, a ray tracing a fény útját követi a képzeletbeli kamera szemszögéből visszafelé, egészen a fényforrásokig.

Képzeljük el, hogy egy virtuális kamerával nézünk egy tárgyat. A hagyományos renderelés során a program kiszámolja, hogy az adott tárgy mely háromszögei látszanak a kamerából, majd ezek alapján meghatározza a képpontok színét. A ray tracing ezzel szemben minden egyes képpontból egy vagy több „sugár” (ray) indul ki, amelyek a virtuális térben haladnak. Amikor egy sugár egy tárggyal ütközik, a program kiszámolja, hogy az adott pontban milyen fényviszonyok uralkodnak. Figyelembe veszi a direkt fényt (a fényforrásból közvetlenül érkező fényt), a visszavert fényt (a többi tárgyról visszaverődő fényt), a törést (a fényt áteresztő tárgyakon áthaladó fényt) és az árnyékokat.

Ezt a folyamatot minden egyes képpontra megismételve a ray tracing képes valósághű képeket létrehozni, amelyek sokkal részletesebben és pontosabban tükrözik a fényviszonyokat, mint a hagyományos renderelési módszerek.

Hogyan működik a Ray Tracing?

A ray tracing működésének megértéséhez bontsuk le a folyamatot lépésekre:

Sugárgenerálás: Minden egyes képpontból egy vagy több sugár indul ki a virtuális térbe. A sugár iránya a kamera pozíciójától és a képpont helyzetétől függ.
Ütközésdetektálás: A sugár halad a virtuális térben, amíg egy tárggyal nem ütközik. A program kiszámolja az ütközési pontot és a tárgy felületének normális vektorát (a felületre merőleges irányt).
Árnyéksugár: Az ütközési pontból egy újabb sugár indul ki a fényforrás irányába. Ha ez a sugár akadályba ütközik, akkor az ütközési pont árnyékban van.
Visszaverődés és törés: Az ütközési pontból visszaverődő és törő sugár is generálódhat, amelyek további ütközéseket okoznak, és így szimulálják a globális megvilágítást.
Szín számítása: Az ütközési pontban lévő szín kiszámításakor a program figyelembe veszi a direkt fényt, a visszavert fényt, a törést, az árnyékokat és a tárgy anyagának tulajdonságait.
Rekurzió: A visszaverődés és törés során generált sugarak ismét ütközhetnek tárgyakkal, ami újabb sugarak generálását eredményezi. Ez a rekurzív folyamat lehetővé teszi a komplex fényhatások, például a tükröződések és a tükröződések a tükröződésekben valósághű szimulálását.

A Ray Tracing előnyei és hátrányai

A ray tracing számos előnnyel jár a hagyományos renderelési módszerekhez képest:

Valósághűbb fényhatások: A ray tracing sokkal pontosabban szimulálja a fény terjedését és kölcsönhatását a környezettel, ami valósághűbb képeket eredményez.
Pontosabb tükröződések és törések: A ray tracing képes a komplex tükröződések és törések valósághű megjelenítésére, beleértve a többszörös visszaverődéseket is.
Globális megvilágítás: A ray tracing szimulálja a globális megvilágítást, ami azt jelenti, hogy a fény nem csak a direkt fényforrásokból érkezik, hanem a tárgyakról visszaverődve is. Ez sokkal természetesebb és élethűbb megjelenést eredményez.
Árnyékok: A ray tracing képes a valósághű és pontos árnyékok generálására, beleértve a lágy árnyékokat is, amelyek a valós világban is megfigyelhetők.

Azonban a ray tracing-nek vannak hátrányai is:

Számításigény: A ray tracing rendkívül számításigényes, mivel minden egyes képpontra több sugár számítását igényli. Ezért a valós idejű ray tracing használatához nagy teljesítményű hardverre van szükség.
Fejlesztési költségek: A ray tracing technológiát alkalmazó játékok és alkalmazások fejlesztése drágább lehet, mivel speciális szakértelmet és eszközöket igényel.

Melyik videokártyák támogatják a Ray Tracing-et?

A ray tracing technológia támogatása a videokártyák piacán is egyre elterjedtebb. Jelenleg a következő gyártók és sorozatok kínálnak ray tracing-képes kártyákat:

NVIDIA:
- GeForce RTX 20-as sorozat: Az NVIDIA első ray tracing-képes videokártyái, amelyek dedikált RT magokkal rendelkeznek a ray tracing számítások gyorsítására.
- GeForce RTX 30-as sorozat: A 30-as sorozat még nagyobb teljesítményt nyújt a ray tracing-ben, köszönhetően a továbbfejlesztett RT magoknak és a DLSS technológiának.
- GeForce RTX 40-es sorozat: A legújabb generációs RTX kártyák, amelyek a ray tracing teljesítmény új szintjét képviselik, a DLSS 3 technológiával kiegészítve.
- NVIDIA TITAN RTX: Professzionális felhasználásra szánt kártya, amely szintén támogatja a ray tracing-et.
- NVIDIA RTX A sorozat (pl. RTX A6000): Professzionális felhasználásra szánt, ray tracing-et támogató kártyák.
AMD:
- Radeon RX 6000-es sorozat: Az AMD első ray tracing-képes videokártyái, amelyek Ray Accelerators egységekkel rendelkeznek a ray tracing számításokhoz.
- Radeon RX 7000-es sorozat: A legújabb generációs AMD kártyák, amelyek továbbfejlesztett Ray Accelerators egységekkel rendelkeznek, és jobb ray tracing teljesítményt nyújtanak.
Intel:
- Arc Alchemist sorozat (pl. Arc A770): Az Intel belépése a dedikált videokártyák piacára, ray tracing támogatással és dedikált Ray Tracing Units-ekkel.

A DLSS (Deep Learning Super Sampling) az NVIDIA által fejlesztett technológia, amely gépi tanulást használ a képminőség javítására és a teljesítmény növelésére a ray tracing használata esetén. Az FSR (FidelityFX Super Resolution) az AMD hasonló technológiája, amely szintén a képminőség javítására és a teljesítmény növelésére szolgál.

A Ray Tracing jövője

A ray tracing technológia folyamatosan fejlődik, és egyre elterjedtebbé válik a játékokban, a filmekben és a tervezési alkalmazásokban. A hardvergyártók folyamatosan fejlesztenek új és hatékonyabb videokártyákat, amelyek képesek a ray tracing-et valós időben futtatni. A jövőben várhatóan a ray tracing lesz az alapértelmezett renderelési módszer a legtöbb alkalmazásban, ami még valósághűbb és lenyűgözőbb vizuális élményt fog nyújtani a felhasználóknak.

Összegzés

A ray tracing egy forradalmi renderelési technika, amely a fény valósághűbb szimulálásával valósághűbb képeket eredményez. Bár a ray tracing számításigényes, a legújabb videokártyák már képesek a valós idejű ray tracing futtatására, így ez a technológia egyre elérhetőbbé válik a felhasználók számára. Ha a legújabb játékokban és alkalmazásokban a legvalósághűbb vizuális élményre vágysz, akkor érdemes ray tracing-képes videokártyát választanod.