Phenquestions
Kas ir staru izsekošana?
Datorgrafikas aspektā staru izsekošana ir renderēšanas tehnika, kas simulē gaismas fiziskās īpašības, kas piešķir spēlēm reālistisku apgaismojumu, ēnas un efektus. Tas atdarina to, kā gaismas stars atlec no objektiem no noteiktā punkta, ilustrējot gaismas atstarojumu no katras virsmas. Savukārt viss process uzlabo attēla kvalitāti, sniedzot skatītājiem aizraujošāku pieredzi. Šī tehnika jau sen tiek izmantota 3D filmās, un galu galā tā atradās augsta līmeņa datorspēlēs, kas nodrošina kinematogrāfiski kvalitatīvus vizuālos efektus. Ray Tracing ir bijis spēļu mainītājs spēļu pasaulē un ir vēlama renderēšanas tehnika nekā rastrēšana, kurai ir ierobežojumi objektu patieso krāsu atveidošanā.
Staru izsekošana Nvidia GPU
Kā vadošais grafisko karšu ražotājs Nvidia vienmēr ir drosmīgi eksperimentējis ar jauniem veidiem, kā uzlabot savu produktu vizuālo kvalitāti. Sākot ar 2018. gada septembri, Nvidia ir izlaidusi grafikas kartes ar Ray Tracing funkcijām. Nvidia Turing arhitektūra ir pirmais GPU dizains ar īpašu aparatūru vai RT kodoliem reāllaika Ray Tracing apstrādei.
Kas ir RT kodoli?
Staru izsekošana parasti tiek rezervēta lietošanai reāllaikā, jo skaitļošanas laiks, kas nepieciešams staru izsekošanas apstrādei, ir daudz ilgāks nekā citi vizuālie efekti. Nvidia veica izrāvienu, integrējot aparatūru to arhitektūras projektos, kuru vienīgais mērķis bija reāllaika staru izsekošana. Šī pievienotā aparatūra, kas pazīstama kā RT kodoli, ir atklāta Nvidia Turingā bāzētajās RTX grafiskajās kartēs. Šī bija arī pasaulē pirmā patērētāja grafiskā karte ar staru izsekošanas atbalstu aparatūras līmenī
RT kodoli aprēķina pikseļu krāsas, kad gaismas stars virzās no viena punkta uz otru. Šis process kļūst sarežģītāks, ja ir daudz gaismas avotu. Turklāt vairāki procesi, kas saistīti ar staru izsekošanu, piemēram, Ray Casting, Path Tracing, BVH (Bounding Volume Hierarchy) un Denoising Filtering, padara to par skaitļošanas intensīvu tehniku. BVH ir laikietilpīgākā staru izsekošanas aprēķinu daļa, un RT-serdeņi paātrina BVH šķērsošanu reāllaika staru izsekošanai. Neskatoties uz RT-kodoliem, Nvidia GPU ir vēl viens aparatūras komplekts, kam ir nozīme reāllaika staru izsekošanas nodrošināšanā. Tensora serdeņi, kas paredzēti mākslīgā intelekta paātrināšanai, arī palīdz reāllaikā veikt denoizēšanu un paātrina staru liešanu.
Nvidia grafikas kartes ar staru izsekošanas atbalstu
Nvidia kartes ar RT kodoliem ir liels lēciens pasaulslavenajam grafisko karšu ražotājam. Tas tomēr ir balstīts uz aparatūru, un iepriekšējām grafisko karšu izlaišanām šādas funkcijas nav. Tā kā staru izsekošana patērētājiem ir ļoti pievilcīga, Nvidia šo funkciju padarīja pieejamu arī vecākām grafikas kartēm. Tā kā vecākās arhitektūras savos projektos neietver RT kodolus, Nvidia ļāva staru izsekošanu padarīt iespējamu, izmantojot spēles gatavus draiverus.
Nvidia grafikas kartes ar aparatūras līmeņa staru izsekošanu
Pirmā RT-serdeņu paaudze tika parādīta Nvidia RTX 20 sērijā. RTX 2080 bija pirmais RTX 20 sērijā, kas demonstrēja Turingas arhitektūru. Tad tam sekoja RTX 2080 Ti, RTX 2070 un RTX 2060. Titan RTX ir arī ierindā.
2020. gada septembrī Nvidia iepazīstināja ar Turingas pēcteci Ampere, kurā ir otrās paaudzes RT serdeņi. Ampere piedāvā milzīgus jauninājumus RT-serdes un tenzora serdeņos, palielinot RT-Core ātrumu līdz 58 RT-TFLOPS, 1.7x augstāka nekā Turingā, nodrošinot daudz ātrāku staru izsekošanas renderēšanu un uzlabojot attēla kvalitāti. Tāpat Ampere ir vairāk nekā divas reizes lielāks par Turinga serdeņu ātrumu Turingā ar 238 Tensor-TFLOPS. Ampere ir RTX otrās paaudzes GPU kodols; RTX 30 sērijā ietilpst Titan klases RTX 3090, RTX 3080, RTX 3070 un nesen izlaistā RTX 3060.
Nvidia grafikas kartes ar programmatūras līmeņa staru izsekošanu
Nvidia veica vēl vienu sasniegumu, iespējojot staru izsekošanu izvēlētajās grafikas kartēs bez īpašiem RT kodoliem. Šī ir laba ziņa spēlētājiem, kuri izmanto vecākus modeļus un kuri vēl neuzskata videokartes jaunināšanu, bet vēlas izbaudīt staru izsekošanas tehnikas vizuālās priekšrocības. GeForce GTX 1060 6GB un augstākas grafikas kartes tagad var izbaudīt staru izsekošanas iespējas, izmantojot DirectX Raytracing (DXR). Zemāk ir saraksts ar Nvidia kartēm, kurām ir iespējama staru izsekošana, izmantojot DXR:
- GeForce GTX 1660 Ti
- GeForce GTX 1660
- Nvidia Titan Xp (2017)
- Nvidia Titan X (2016)
- GeForce GTX 1080 Ti
- GeForce GTX 1080
- GeForce GTX 1070 Ti
- GeForce GTX 1070
- GeForce GTX 1060 6GB
Tā kā trūkst īpašas aparatūras staru izsekošanai, GTX kartes var piedāvāt tikai pamata staru izsekošanas efektus. Shader serdeņi veic staru izsekošanas aprēķinus, un šī papildu shader serdeņu slodze ietekmēs GPU veiktspēju. Neskatoties uz to, ar staru izsekošanas iespējām spēlētāji var piedzīvot pievilcīgāku vizuālo pieredzi.
Staru izsekošanas nākotne Nvidia
Ampere veiktspēja jau ir vairāk nekā apmierinoša pēc Turingas apstrādes ātruma dubultošanas. Lai gan tas joprojām ir svaigs no krāsns, jau ir baumas par tā pēcteci Lovelace. Mēs varam sagaidīt jaunus notikumus staru izsekošanas aprēķinos šajā jaunajā GPU arhitektūrā. Tāpat jaunās paaudzes RTX grafiskās kartes, domājams, jau strādā. Staru izsekošanas nākotne izskatās spoža, jo Nvidia turpina attīstīt GPU arhitektūras, kas apmierinātu patērētāja izsalkumu pēc labākas spēļu pieredzes.
