Что такое трассировка лучей
Трассировка лучей, или рейтрейсинг (от англ. ray tracing — отслеживание лучей) — метод визуализации света и теней в компьютерной 3D-графике, который делает изображение более правдоподобным.
Предполагается, что объекты в игре сделаны из разных «материалов», как в жизни. Они могут быть гладкими, пористыми, прозрачными, зеркальными. В зависимости от этого свет на предметах будет играть по-разному: отражаться, поглощаться или преломляться. Также по ходу сюжета меняется источник освещения. Это могут быть солнце, костер или неоновая вывеска. Видеокарта учитывает все эти нюансы и определяет цвет каждого пикселя на изображении, поэтому предмет выглядит ярким или темным, отбрасывает тень. В итоге освещение становится очень близким к реальному.
Рейтрейсинг требователен к вычислительным ресурсам видеокарты: она должна быть достаточно мощной и совместимой со сложным ПО. В 2018 году компания Nvidia первой выпустила подобные устройства. В видеокартах серии RTX установлены дополнительные ядра с повышенной производительностью, которые поддерживают трассировку лучей.
Эффекты трассировки лучей в видеоиграх
Отражение и преломление
Используется для имитации воды, зеркал, стекол и других гладких поверхностей. С помощью трассировки задается алгоритм, по которому игровой фотон света отражается (для зеркал) или преломляется под определенным углом (для остальных поверхностей). В обычной жизни глаза воспринимают поведение света таким же образом, поэтому компьютерная визуализация этих процессов выглядит фотореалистично.
Освещение
Освещение в игре может быть прямым и непрямым.
- Прямое — свет исходит непосредственно от источника (солнца, лампы) и попадает на объект. Тот становится видимым.
- Непрямое — свет исходит от источника, попадает на объект и не только освещает его, но и отражается от поверхности, появляется на других предметах поблизости. Чем больше в игре отражающих объектов, тем сложнее рассчитать траектории движения всех лучей. Они пересекаются, накладываются друг на друга, взаимно усиливаются.
До технологии трассировки разработчики игр задавали только прямое освещение. Теперь они могут подключать и непрямое. Картинка становится более глубокой, объемной и естественной.
Тени
До появления рейтрейсинга тени создавали с помощью проекций предметов на плоскости. Позднее к ним стали добавлять плавный переход от тени к полутени, делать менее очерченные контуры. Однако достаточной правдоподобности это все равно обычно не добавляло.
Трассировка лучей облегчила этот процесс. Программы вычисляют траектории различных виртуальных световых потоков, и тени сами по себе становятся более мягкими, естественными. А еще — учитывают очертания, освещенность и цвет окружающих предметов.