Işın İzleme nedir? Işın İzlemenin nasıl çalıştığını öğrenin

Teknolojinin evrimi görsel deneyimde çığır açarken aynı zamanda grafiklerden hayata da yenilikler getiriyor,  nvidia'nın yeni Ray Tracing teknolojisi, şirket grafik kartları  serisini piyasaya sürdüğünde  bu gelişmeye yanıt oldu Turing mimarisini temel alan yeni nesil grafikler . Peki Işın İzleme nedir ? Neden bunun geleceğin teknolojisi olduğunu söylüyorsunuz? Bu makalede WebTech360 ile öğrenelim

Işın İzleme nedir?

Işın İzleme,  ışık ışınlarını takip ederek ışığı işleme (renderleme) tekniğidir (izleme, kovalama, ışın, ışık ışınları anlamına gelir). Bu tekniği güneşe nasıl baktığınızı, ışınlarının nereye çarptığını, hangi nesnelere çarptığını ve çevredeki nesneler üzerinde nasıl parladığını takip etmek gibi hayal edebilirsiniz. Işın izleme, bu süreci dijital bir ortamda yeniden oluşturur.

Diğer bir deyişle ışın izleme , ortamdaki her bir nesne tarafından emilen, yansıtılan, dağılan ve saçılan ışığı takip eder ve yalnızca güneşten gelen bir ışık huzmesi için değil, diğer tüm ışık kaynakları için geçerlidir (örneğin: 2 ampul). oyun odasında, oyundaki şöminenin titreyen ateşi, 3D render yapılırken yapay ışık kaynağı sabitleniyor...).

Şu anda Ray Tracing özellikli Turing mimarisi , GPU pazarında devrim niteliğinde bir dönüm noktası olması beklenen hala büyük bir soru işareti, bu tür ürünlerin gelecekte çoğu PC'de görülmesi muhtemel. birkaç kişi sahip olabilir ve kullanabilir?

Cevaplaması zor çünkü iki GeForce RTX 2080 FE ve GeForce RTX 2080 Ti FE serisi için yazılar ve incelemeler yapılmış olsa da kartın yüksek teknolojiyi destekleyen oyunlar için bile hala beklememiz gerekiyor, işte ray. izleme. Ayrıca Quadro profesyonel grafik kartları da şu yeni teknolojiyle donatılmıştır: Quadro RXT 8000, Quadro RXT 6000, Quadro RXT 5000, Quadro RXT 4000.

Işın İzleme Nasıl Çalışır?

Işın izlemenin amacı, daha gerçekçi aydınlatma ve daha doğal gölgeleme oluşturmaktır ve NVIDIA'nın RTX serisi , en azından lansman demolarında etkileyici sonuçlar elde etti. Penceresi açık bir ahşap oda, geleneksel aydınlatma kullanıldığında neredeyse tüm odayı aydınlatacak ve ışın izleme açıkken, doğrudan ışık alan yerler odanın karanlık köşelerine göre daha parlak olacaktır. NVIDIA ayrıca Battlefield V'teki alevlerin oyundaki bir karaktere nasıl musallat olabileceğini ve araba kapılarını nasıl çok gerçekçi bir şekilde yakabileceğini gösterdi.

Işık sadece aydınlatmayı etkilemekle kalmaz, aynı zamanda rengi, derinliği ve gölgeleri de etkiler. Bu nedenle, aydınlatma gerçek hayata yakın bir şekilde simüle edildiğinde, diğer unsurlar da iyi yapılır. Mevcut oyundaki gölgelendiriciler, açık ve koyu yamalar arasındaki hafif geçişten yoksun olarak oldukça sert ve net görünüyor ve ışın izleme bunu mümkün kılan parça.

Işın İzleme Algoritması 

Gerçek dünyanın bir simülasyonunu yaratmak çok karmaşık bir girişimdir. Sonsuz sayıda ışık huzmesi, yansıyan yüzeyler, nesnelerden geçenler gibi, tümü her bir nesnenin moleküler özelliklerine bağlı olan, yerçekimi ve fiziksel etkileşimlerden bahsetmeye gerek bile olmayan birçok faktörü içerir. Sadece mevcut bilgisayarın sınırlı kaynaklarını kullanarak böyle "sonsuz" bir şeyi simüle etmek tamamen orantısız ve imkansızdır.

Yukarıdaki sorunun çözümüne "rasterleştirme" diyoruz, sonsuz sayıda fotonla uğraşmak yerine çokgenlerle işlem başlıyor. Daha fazla çokgen, daha hızlı işlem hızı anlamına gelir ve rasterleştirme, bu milyonlarca çokgeni belirli bir görüntüye dönüştürmek için buradadır.

Kısacası, 2D prototipler oluşturur ve bunları önceden oluşturulmuş bir 3D dünyada işler. İçinde çokgenlerden oluşan 2 boyutlu görüntüler yakından bakıldığında tüm ekranı kaplayabilirken, uzaktan bakıldığında yalnızca birkaç pikseli kaplayabilir ve böylece pikseller, dokular ve ışık ilkeleri oluşturur. Tabii ki, bir teknik tüm işi kapsayamaz.

Z-arabelleği (her pikselin derinliğini izleyen ikincil bir arabellek) gibi çeşitli teknikler, oluşturulan milyonlarca çokgeni mümkün olduğunca verimli bir şekilde görünür, sıralanabilir ve işlenmiş hale getiren bir araç oluşturarak süreci hızlandırır. Bu, çerçeve başına yalnızca teraflop işleme hızlarına sahip modern GPU'ların işleyebileceği milyonlarca hatta milyarlarca hesaplama gerektirebilir.

Işın izleme , yukarıdaki soruna Rasterleştirmeden farklı bir şekilde yaklaşır , tarihsel olarak yaklaşık 50 yıldır kullanılmaktadır. Turner Whitted şu anda NVIDIA için çalışıyor , geçmişte yinelemeli izlemenin nasıl hesaplanacağını çizerek gölgeler, yansımalar ve daha fazlası dahil olmak üzere etkileyici görseller elde edilmesini sağladı. Tabii ki, rasterleştirmeden çok daha karmaşık olacak.

Işın izleme, bir ışının (genellikle bir ışık ışınının) 3B dünyaya yansıtılırken yönünün saptanmasını içerir. Diyelim ki bir nesne yapmak istiyorsunuz, öncelikle nesneyi oluşturan çokgeni takip eden ışık ışınlarını belirlemek, ardından olası ışık kaynaklarını, çokgenin malzeme, düz veya eğimli yüzey gibi özelliklerini dikkate almak. kısacası, ışık ışınlarını ekleyin veya çıkarın.

Bu işlem daha sonra sahnedeki nesnelerden yansıyan ışık da dahil olmak üzere diğer tüm ışık kaynakları için tekrarlanır. Cam veya su gibi saydam, yarı saydam yüzeyler için bile ışın izlemeyi mümkün kılmak için birçok formüle ihtiyaç duyulacak kadar karmaşıktır . Her şeyin bir yapay yansıma sınırı olmalıdır, çünkü bir ışın bile sonsuz sayıdaki fotonların hepsini algılayamaz.

NVIDIA'ya göre en yaygın kullanılan ışın izleme algoritması, nesneleri işlenmek üzere bölgelere ayırarak süreci hızlandıran BVH Traversal: Bounding Volume Hierarchy Traversal , yani "böl ve fethet" algoritmasıdır .

NVIDIA'nın, her seviyeyi yerelleştiren, parçaları bloklara bölen, algoritma kısa bir poligon listesi oluşturana kadar daha küçük olan BVH algoritmasını kullanan tavşan modeline ve ardından ışın izleme işine başvurabilirsiniz.

Ancak bu işi CPU veya GPU üzerindeki yazılımlarla yaparken yapılacak iş miktarı çok fazladır. Bir alternatif, RT çekirdeğidir; her RT çekirdeği, CUDA çekirdeğinden 10 kat daha hızlı iş işleyebilmesini sağlayan yerleşik BVH yapı algoritmasına sahiptir.

Ayrıca bir pikselde kaç tane ışık ışını algılandığından da bahsetmek gerekir, sadece bir ışın onlarca hatta yüzlerce hesaplamaya yol açar, ancak ne kadar çok ışın izlenirse iş o kadar hafif olur ve verimlilik yüksek olur. Pixar gibi şirketler de animasyon oluşturmak için ışın izleme teknolojisini kullanıyor.

60 FPS kare hızına sahip 90 dakikalık bir film, her pikseli izleyen ışınları hesaplamak için her biri birkaç saat süren 324.000 görüntü gerektirir. NVIDIA böyle bir gerçek zamanlı eşdeğeri nasıl elde edecek? Yukarıda RT çekirdeklerinin görünümünden bahsetmiştim, ancak bu yeterli değilse yanıt, Tensor çekirdeklerinin yalnızca Turing mimarisinde mevcut olduğudur. Basit bir örnek olarak, FP16 iş yükünü ele alırsak, Tensör çekirdekleri 114 TFLOPS'a ulaşırken, FP32 ve CUDA yalnızca 14,2 TFLOPS'a sahiptir.

Peki neden Tensor çekirdeği ışın izleme için yeterli? Yapay zeka ve kendi kendine öğrenme, başka bir deyişle, oyunun AA olmadan daha düşük bir çözünürlükte işlenmesine izin veren Derin Öğrenme Süper Örnekleme özelliğidir, ardından Tensör çekirdeği, daha yüksek çözünürlük için kenar yumuşatma yaparak çerçeveyi devralır ve etkiler.

Sonuç olarak, render sektörünün büyük isimleri Epic, UE, Unity 3D, EA Frostbite gibi ışın izlemeye adım attı. Microsoft, özellikle ışın izleme için DirectX Ray'i bile yarattı. RTX ile bu, bilgisayar grafikleri endüstrisinde gerçekten büyük bir sıçrama, elbette hala tamamlanmadı ve önümüzdeki on yıl içinde RTX 2080 Ti'yi piyasaya ana akım olarak sokabilmek belki de tamamen.

NVIDIA'nın En Yeni Grafik Kartlarında Işın İzleme Teknolojisi

NVIDIA'nın ve neredeyse tüm endüstrinin mevcut grafik teknolojisi, ışığı ve belirli bir sahnedeki ışığın davranışını Rasterleştirme adı verilen daha basit bir yolla simüle etmekle ilgilidir. Bir ressamın resim yapması gibi, nesneler arkadan öne doğru katman katman işlenir, böylece ön plandaki nesneler arka plandaki nesneleri belirsizleştirir.

Geleneksel Raster (solda) ve ışın izleme (sağda) arasındaki farkı görüntüleyin.

Ancak, yansımayı işlerken bu yaklaşım zor olacaktır çünkü raster tekniği ışığı izleyemeyecek ve yansıtamayacaktır. Genellikle gerçek zamanlı sahnelerde kullanılır çünkü mevcut donanım, örneğin video oyunlarında veya 3B animasyonlarda karmaşık sahnelerin hareketini simüle etmek için yeterli değildir.

Bu arada, ışın izleme, ışığın yüzeylere, malzemelere ve hareketli nesnelere çarpma davranışını yeniden oluşturur.

Işık bir sahneden geçerken işlenebilir ve daha karmaşık hale getirilebilir. Işın izleme ile ışık ışınlarının nesnelerle nasıl etkileşime girdiğini simüle ederek gerçek zamanlı olarak gerçekçi yansımalar, kırılmalar ve saçılma efektleri oluşturabilirsiniz. Işın izleme, refraktörleri, reflektörleri bile tespit edip görüntüleyebilir, sahnedeki ışık kaynağını ve hatta ışığın özneden geçtikten sonraki rengini görselleştirebilir.

Hatta bu teknik Pixar's Monsters University, Marvel's Iron Man gibi filmlerde pratikte kullanılmıştır. Ancak o zamanlar profesyonel kullanıcılar tarafından kullanılıyordu, ancak şimdi genel kullanıcılara getirildi - daha önce imkansız olan bir şey.

Bu, NVIDIA'nın bir başarısı olarak anılmayı hak ediyor çünkü ışın izleme çok büyük miktarda bilgi işlem gücü gerektiriyor. NVIDIA CEO'su Jensen Huang, bunun "bir nesilde (GPU kartları) yaptığımız en büyük sıçrama" olduğunu söyledi.

NVIDIA'nın sorunu çözme yöntemi ise yeni çıkan GPU'larda yeni Turing mimarisini kullanmak. Bu mimari, işleme problemini çözmek için tasarlanmıştır. Özel ışın izleme çekirdekleri ayrıca görüntünün "gerçek zamanlı" kısmını anlamak için yapay zekayı kullanabilen Tensör Çekirdekleri ile donatılmıştır - bu tekniğin hesaplama açısından en yoğun sorunu. Böylece GPU'lar, önceki Pascal platformundan (GTX 1080Ti'de) 6 kat daha hızlı öykünebilir.

Bu, grafik teknolojisinde gerçekten büyük bir sıçrama ve stüdyoların ve bireylerin artık bu ışın izleme tekniğinin kullanımını animasyon, Bilim oyunları ve simülasyonlardaki uygulamalara genişletebileceğini düşünmek heyecan verici.

İnşallah Ray Tracing teknolojisi daha da gelişir, o zaman daha da güzel görüntü kalitesi yaşarız ama şu anda diğer kullanıcılar için Ray Tracing'i deneyimlemeniz gerçekten çok zor korkunç oyunlar çünkü çok büyük yazılımlar gerektiriyorlar. Ray Tracing oyun yapılandırması hakkında tavsiyeye ihtiyacınız varsa, lütfen WebTech360 ile iletişime geçin .

Şuradan sentezlendi: Genk.vn