Czym jest ray tracing – technologia światła i cieni?

Przyzwyczailiśmy się już do tego, że współczesny rynek komputerowy bardzo często przypomina technologiczny wyścig zbrojeń. Wielka trójca tego dochodowego biznesu – Intel, Nvidia oraz AMD – stale serwuje nowinki, które nie tylko mają wzbogacić aktualnie dostępne komponenty o ciekawe rozwiązania, ale też pokazać, jakie trendy będą rządzić branżą za kilka czy kilkanaście miesięcy. Jednym z absolutnie najgorętszych haseł ostatnich dni jest „ray tracing”. To technologia, która w założeniach jej twórców ma zrewolucjonizować rynek kart graficznych oraz zaoferować graczom iście filmowe doznania podczas obcowania z tytułami prezentującymi się bardzo efektownie.

Z kina do gier

Czym jest więc tak naprawdę ray tracing? To technika, której zdecydowanie nie można nazwać nową – znana jest chociażby w branży filmowej, gdzie wykorzystywano ją przy realizacji największych kinowych hitów, głównie w związku z wysokimi kosztami jej implementacji. Na naszym poletku zaś jest to narzędzie, dzięki któremu znacznie prostsze ma stać się uzyskiwanie fotorealistycznych obrazów w nowych produkcjach z grafiką z najwyższej półki.

Całość opiera się na odpowiedniej manipulacji zestawem świateł i cieni. Promienie świetlne docierające do obserwatora są symulowane w znacznie bardziej zaawansowanym stopniu niż do tej pory, przy użyciu tzw. rasteryzacji. Dotychczasowe rozwiązanie – wykorzystywane głównie ze względu na brak sensownej alternatywy – powoli staje się jednak niewystarczające na potrzeby współczesnych superprodukcji, coraz częściej idących w stronę ogólnie pojętego fotorealizmu. Rasteryzowanie nie radzi sobie – przez techniczne obostrzenia – z generowaniem wielu efektów świetlnych, które są nieodłącznym elementem coraz większych światów spotykanych we współczesnych grach. Odpowiedzią na te problemy ma być właśnie ray tracing.

Omawiana technologia polega przede wszystkim na analizie promieni świetlnych, które trafiają do końcowego obserwatora, a przy tym – co jest niezwykle ważne – pozwala na generowanie nie tylko efektów wyświetlanych bezpośrednio w polu widzenia kierowanej postaci, ale także odbić i refleksów, które pochodzą spoza kadru aktualnie wyświetlanego na ekranie. Oznacza to, że skonfigurowane w danej lokacji światło będzie mieć spory wpływ na prezentację poszczególnych obiektów.

Ray tracing jest zatem narzędziem znacznie bardziej zaawansowanym od wspomnianej rasteryzacji, która może obsłużyć wyłącznie scenerie znajdujące się w zasięgu naszego wzroku, pomijając niewidoczne piksele. To z jednej strony utrudnia realistyczne przedstawianie systemu oświetlenia, z drugiej strony zaś – pozwala na ograniczenie obciążenia sprzętu, wykorzystywanego do wykonywania skomplikowanych obliczeń związanych z generowaniem świateł i cieni.

Obliczenia te w przypadku ray tracingu będą prowadzone na znacznie szerszą skalę. Nowa technologia obsługuje każdy promień świetlny z osobna i uwzględnia wszystkie sytuacje, które mogą zaistnieć w jego przypadku – mowa przede wszystkim o różnego rodzaju załamaniach, odbiciach czy przekłamaniach związanych z przepływem światła przez poszczególne obiekty. Jednocześnie generowane są także skomplikowane obrazy przedmiotów, które w zależności od naszego pola widzenia oraz kąta padania światła mogą wyglądać diametralnie inaczej.