Si vous avez regardé les dernières informations sur les jeux et les graphismes récemment, alors vous avez entendu le dernier mot à la mode, le plus intéressant: le lancer de rayons. Vous avez peut-être aussi entendu un mot similaire, appelé traçage de chemin. Et vous pourriez être totalement pardonné de ne pas comprendre complètement ce qu’est l’un ou l’autre des processus.
Une explication simple est que le traçage et le lancer de rayons sont des techniques graphiques qui produisent des images plus réalistes au prix de beaucoup plus puissance de calcul. Il existe une vidéo sur les mini-engins sur YouTube qui montre clairement les aspects particuliers du lancer de rayons, mais illustre également le stress qu’elle impose à un système.
Si c'est la seule explication dont vous avez besoin, c'est parfait! Mais si vous voulez approfondir et découvrir comment chaque technique fonctionne et pourquoi les fabricants de matériel GPU font payer une petite fortune pour des cartes de traçage de rayons, lisez la suite.
Rastérisation et infographie
Les images que vous voyez affichées sur un écran d'ordinateur ne sont pas apparues comme telles. Il commence par une image raster ou vectorielle. Une image raster est composée d'une collection de pixels ombrés.
Une image vectorielle est basée sur des formules mathématiques, ce qui signifie que la taille de l'image peut être augmentée presque indéfiniment. L'inconvénient des images vectorielles est qu'il est difficile d'obtenir des détails plus précis. Les images vectorielles sont mieux utilisées lorsque seules quelques couleurs sont nécessaires.
Le principal atout de la rastérisation est sa vitesse, en particulier par rapport à des techniques telles que le lancer de rayons. Votre unité de traitement graphique, votre processeur graphique, indiquera au jeu de créer une image 3D à partir de petites formes, le plus souvent des triangles. Ces triangles sont transformés en pixels individuels, puis passés dans un shader pour créer l'image que vous voyez à l'écran.
La rastérisation est une option de choix pour les graphismes de jeux vidéo depuis longtemps en raison de la rapidité avec laquelle elle peut être traitée, mais la technologie actuelle commence à se heurter à ses limites. Des technologies plus avancées sont nécessaires pour passer au suivant. niveau. C’est là que le traçage de rayons entre en jeu.
Le traçage de rayons semble beaucoup plus réaliste que la tramisation, comme le montre l’image ci-dessous. Regardez les reflets sur le pot de théa et la cuillère.
Qu'est-ce que le lancer de rayons?
Au niveau de la surface, le lancer de rayons est un terme anumbrella qui signifie tout, du simple croisement de la lumière et de l’objet au photoréalisme complet. Cependant, dans le contexte le plus couramment utilisé aujourd'hui, le lancer de rayons fait référence à une technique de rendu qui suit un faisceau de lumière (en pixels) à partir d'un point de consigne et simule la façon dont il réagit lorsqu'il rencontre des objets.
Prenez un moment et Regardez le mur de la pièce dans laquelle vous vous trouvez. Y a-t-il une source de lumière sur le mur ou la lumière réfléchie par le mur provient-elle d'une autre source? Les graphiques tracés par rayons commenceraient à votre œil et suivraient votre ligne de mire jusqu'au mur, puis suivraient le trajet de la lumière dele mur retour à la source de lumière.
Le diagramme ci-dessus illustre comment cela marche. La «simulation» des «yeux» (la caméra dans ce schéma) a pour but de réduire la charge sur le processeur graphique.
Pourquoi? Le traçage des rayons n’est pas nouveau. Cela fait en fait environ un certain temps. Pixar utilise des techniques de traçage de rayons pour créer bon nombre de ses films, mais les graphiques haute fidélité image par image aux résolutions que Pixar atteint prennent du temps.
Beaucoupde temps. Certaines images de Monsters Universityont pris 29 heures chacune. Toy Story 3a pris en moyenne 7 heures par image, certaines images prenant 39 heures, selon une histoire de 2010 de Wired.
Etant donné que le film illustre le reflet de la lumière de toutes les surfaces pour créer le style graphique que tout le monde a reconnu et aimé, la charge de travail est presque inimaginable. En limitant les techniques de rayons à ce que l'œil peut voir, les jeux peuvent utiliser cette technique sans provoquer d'effondrement (littéral) de votre processeur graphique.
Regardez l'image ci-dessous.
Ce n'est pas une photo, malgré son apparence réelle. C’est une image en rayon. Essayez d’imaginer la quantité de puissance requise pour créer une image qui ressemble à ceci. Un rayon peut être tracé et traité sans trop de problèmes, mais qu'en est-il lorsque ce rayon rebondit sur un objet?
Un seul rayon peut se transformer en 10 rayons, et ces 10 rayons en 100, et ainsi de suite. L'augmentation est exponentielle. Après un point, les rebonds et les réflexions au-delà des rendements tertiaires et quaternaires diminuent. En d’autres termes, leur calcul et leur affichage nécessitent beaucoup plus de puissance que leur valeur. Pour rendre une image, une limite doit être établie quelque part.
Maintenant imaginez-vous faire que 30 à 60 fois la seconde. C'est la quantité d'énergie nécessaire pour utiliser des techniques de lancer de rayons. C’est vraiment impressionnant, non?
Les cartes graphiques capables de lancer de rayons augmenteront avec le temps, et cette technique deviendra aussi facilement disponible que les graphiques 3D. Pour l'instant, toutefois, le lancer de rayons est toujours considéré comme la technologie de pointe en infographie. Alors, comment intervient le traçage?
Qu'est-ce que le traçage?
Le traçage est un type de traçage de rayon. Cela tombe sous ce parapluie, mais là où le traçage de rayon avait été initialement théorisé en 1968, le traçage de trajectoire n’est apparu qu’en 1986 (et les résultats n’ont pas été aussi spectaculaires que ceux du moment.)
Rappelez-vous l’augmentation exponentielle des rayons évoqués. plus tôt? Le traçage de chemin fournit une solution à cela. Lors de l'utilisation du traçage pour le rendu, les rayons ne produisent qu'un seul rayon par rebond. Les rayons ne suivent pas une ligne définie par rebond, mais tirent plutôt dans une direction aléatoire.
L'algorithme de traçage de chemin prend alors un échantillonnage aléatoire de tous les rayons pour créer l'image finale. Cela aboutit à l'échantillonnage d'une variété de types d'éclairage différents, mais en particulier d'une illumination globale.
Une chose intéressante à propos du traçage de chemin est que l’effet peut être imité par l’utilisation de shaders. Un shader patchappear apparaissait récemment pour un émulateur Nintendo Switch qui permettait aux joueurs de simuler une illumination globale tracée dans des chemins tels que La légende de Zelda: Le souffle de la natureet Super Mario Odyssey.les effets ont l’air sympa, ils ne sont pas complets comme un vrai chemin tracé.
Le traçage de chemin en est un. forme de lancer de rayons. Bien qu’il ait été salué comme étant le meilleur moyen de restituer des images, le traçage de chemin comporte néanmoins ses propres défauts.
Mais à la fin, le traçage de chemin et le traçage de rayons produisent des images absolument magnifiques. Maintenant que le matériel des machines grand public a atteint un point tel que le traçage des rayons est possible en temps réel dans les jeux vidéo, le secteur est sur le point de faire une avancée presque aussi impressionnante que le passage des graphiques 2D aux graphiques 3D.
Cependant, il faudra encore un certain temps - plusieurs années au moins - pour que le matériel nécessaire soit considéré comme "abordable". À l’heure actuelle, même les cartes graphiques nécessaires coûtent plus de 1 000 dollars.