Apa itu Ray Tracing? Pelajari cara kerja Ray Tracing

Evolusi teknologi membawa terobosan dalam pengalaman visual tetapi juga dari grafik menjadi hidup,  teknologi Ray Tracing nvidia yang baru  adalah jawaban atas perkembangan tersebut ketika perusahaan  meluncurkan jajaran kartu grafis Generasi grafis baru berdasarkan arsitektur Turing mereka. Jadi apa itu Ray Tracing ? Mengapa mengatakan ini adalah teknologi masa depan? Mari cari tahu dengan WebTech360 di artikel ini

Apa itu Ray Tracing?

Ray Tracing  adalah teknik pemberian (rendering) cahaya dengan cara mengikuti sinar cahaya (trace artinya mengejar, ray artinya sinar cahaya). Anda dapat membayangkan teknik ini seperti bagaimana Anda melihat ke arah matahari, melacak di mana sinarnya mengenai, benda apa yang ditabraknya dan bagaimana sinarnya pada benda-benda di sekitarnya. Ray tracing membuat ulang proses tersebut tetapi dalam lingkungan digital.

Dengan kata lain, ray tracing melacak cahaya yang diserap, dipantulkan, dihamburkan, dan dihamburkan oleh setiap objek di lingkungan, dan ini berlaku tidak hanya untuk seberkas cahaya dari matahari, tetapi juga untuk sumber cahaya lainnya (misalnya: 2 bola lampu). di ruang permainan, api perapian yang berkedip-kedip di dalam game, sumber cahaya buatan diperbaiki saat merender 3D...).

Saat ini, arsitektur Turing dengan Ray Tracing masih menjadi tanda tanya besar, diharapkan menjadi titik balik revolusioner pasar GPU, produk seperti itu kemungkinan besar akan terlihat di sebagian besar PC di masa mendatang. hanya sedikit orang yang dapat memiliki dan menggunakannya?

Sulit untuk menjawabnya, karena meskipun sudah ada artikel dan review untuk kedua seri GeForce RTX 2080 FE dan GeForce RTX 2080 Ti FE, kami masih harus menunggu, bahkan untuk game yang mendukung teknologi tinggi dari kartu tersebut, ini dia ray pelacakan. Selain itu, kartu grafis profesional Quadro juga dilengkapi dengan teknologi baru ini: Quadro RXT 8000, Quadro RXT 6000, Quadro RXT 5000, Quadro RXT 4000.

Bagaimana Ray Tracing Bekerja

Tujuan ray tracing adalah untuk menciptakan pencahayaan yang lebih realistis dan bayangan yang lebih alami, dan seri RTX NVIDIA telah mencapai hasil yang mengesankan, setidaknya dalam demo peluncuran . Ruangan kayu dengan jendela terbuka akan menerangi hampir seluruh ruangan saat menggunakan pencahayaan tradisional, dan saat ray tracing aktif, tempat dengan cahaya langsung akan lebih terang daripada di sudut ruangan yang gelap. NVIDIA juga menunjukkan bagaimana api di Battlefield V dapat menghantui karakter dalam game dan menghanguskan pintu mobil dengan sangat realistis.

Cahaya tidak hanya memengaruhi iluminasi, tetapi juga memengaruhi warna, kedalaman, dan bayangan. Jadi saat pencahayaan disimulasikan mendekati kehidupan nyata, elemen lainnya juga dikerjakan dengan baik. Shader dalam game saat ini terlihat cukup keras dan jernih, tidak memiliki sedikit transisi antara tambalan terang dan gelap, dan ray tracing adalah bagian yang memungkinkan hal ini.

Algoritma Ray Tracing 

Membuat simulasi dunia nyata adalah pekerjaan yang sangat kompleks. Ini mencakup banyak faktor, seperti berkas cahaya dalam jumlah tak terbatas, permukaan pemantul, melewati objek, semuanya didasarkan pada sifat molekul masing-masing objek, belum lagi gravitasi dan interaksi fisik. Mensimulasikan hal "tak terbatas" seperti itu hanya dengan menggunakan sumber daya terbatas dari komputer saat ini sama sekali tidak proporsional dan tidak mungkin.

Kami menyebut solusi untuk masalah di atas "rasterisasi", alih-alih berurusan dengan foton dalam jumlah tak terbatas, pemrosesan dimulai dengan poligon. Lebih banyak poligon berarti kecepatan pemrosesan lebih cepat, dan rasterisasi ada di sini untuk mengubah jutaan poligon itu menjadi gambar tertentu.

Singkatnya, ini membuat prototipe 2D dan merendernya di dunia 3D yang telah dibuat sebelumnya. Di dalamnya, gambar 2D yang terbuat dari poligon dapat menutupi seluruh layar jika dilihat dari dekat, tetapi hanya dapat menutupi beberapa piksel jika dilihat dari jauh, sehingga menghasilkan piksel, tekstur, dan prinsip cahaya. Tentu saja, satu teknik tidak dapat mencakup seluruh pekerjaan.

Berbagai teknik seperti Z-buffer (buffer sekunder yang melacak kedalaman setiap piksel) mempercepat proses, membuat alat yang membuat jutaan poligon yang dihasilkan terlihat, dapat diurutkan, dan ditangani seefisien mungkin. Ini dapat membutuhkan jutaan atau bahkan milyaran kalkulasi per frame yang hanya dapat ditangani oleh GPU modern dengan kecepatan pemrosesan teraflop.

Ray tracing , mendekati masalah di atas secara berbeda dari R asterisasi , secara historis sudah ada sekitar 50 tahun sekarang. Turner Whitted saat ini bekerja untuk NVIDIA , di masa lalu membuat sketsa cara menghitung pelacakan secara rekursif, menghasilkan visual yang mengesankan termasuk bayangan, pantulan, dan lainnya. Tentu saja, ini akan jauh lebih rumit daripada rasterisasi.

Ray tracing melibatkan pendeteksian arah sinar (biasanya sinar cahaya) saat memproyeksikannya ke dunia 3D. Misalkan Anda ingin membangun suatu objek, hal pertama yang harus dilakukan adalah menentukan sinar cahaya yang mengikuti poligon yang membentuk objek tersebut, kemudian memperhitungkan kemungkinan sumber cahaya, sifat-sifat poligon seperti bahan, permukaan datar atau melengkung. , singkatnya, menambah atau mengurangi sinar cahaya.

Proses ini kemudian diulangi untuk sumber cahaya lainnya, termasuk cahaya yang dipantulkan dari objek di tempat kejadian. Hal ini sangat rumit sehingga diperlukan banyak formula untuk memungkinkan penelusuran sinar, bahkan untuk permukaan transparan dan semi-transparan, misalnya kaca atau air . Semuanya pasti memiliki batas pantulan buatan, karena bahkan sinar tidak dapat mendeteksi semua foton yang jumlahnya tak terhingga.

Algoritma ray tracing yang paling umum digunakan, menurut NVIDIA , adalah BVH Traversal: Bounding Volume Hierarchy Traversal yang mempercepat proses dengan menzonasi objek untuk diproses, dengan kata lain "membagi dan menaklukkan" .

Anda dapat merujuk ke model kelinci NVIDIA yang menggunakan algoritme BVH, yang melokalkan setiap level, membagi bagian menjadi blok, semakin kecil hingga algoritme tersebut menghasilkan poligon daftar pendek, dan kemudian pekerjaan ray tracing.

Namun, jumlah pekerjaan yang harus dilakukan saat melakukan pekerjaan ini dengan perangkat lunak pada CPU atau GPU terlalu tinggi. Alternatifnya adalah inti RT, setiap inti RT memiliki algoritme struktur BVH bawaan, membuatnya mampu memproses pekerjaan 10 kali lebih cepat daripada inti CUDA.

Selain itu, harus disebutkan juga berapa banyak sinar cahaya yang terdeteksi pada sebuah piksel, satu sinar saja mengarah pada puluhan atau ratusan perhitungan, tetapi semakin banyak sinar yang dilacak, pekerjaan akan semakin ringan, dan produktivitasnya akan tinggi. Perusahaan seperti Pixar, juga menggunakan teknologi ray tracing untuk membuat animasi.

Film berdurasi 90 menit dengan kecepatan bingkai 60 FPS membutuhkan 324.000 gambar, yang masing-masing membutuhkan waktu beberapa jam untuk menghitung sinar yang melacak setiap piksel. Bagaimana NVIDIA akan mencapai real-time yang setara? Saya menyebutkan tampilan inti RT di atas, tetapi jika itu tidak cukup, jawabannya adalah inti Tensor hanya tersedia di arsitektur Turing. Sebagai contoh sederhana, mengambil beban kerja FP16, inti Tensor mencapai 114 TFLOPS sedangkan FP32 dan CUDA hanya memiliki 14,2 TFLOPS.

Tetapi mengapa inti Tensor cukup untuk ray tracing? Ini adalah AI dan pembelajaran mandiri, dengan kata lain fitur Deep Learning Super Sampling yang memungkinkan game merender pada resolusi yang lebih rendah tanpa AA, kemudian inti Tensor akan mewarisi dan memengaruhi frame , anti-aliasing untuk resolusi yang lebih tinggi.

Kesimpulannya, nama-nama besar di industri rendering telah melangkah ke ray tracing seperti Epic, UE, Unity 3D, EA Frostbite. Microsoft bahkan membuat DirectX Ray khusus untuk ray tracing. Dengan RTX, ini benar-benar lompatan besar dalam industri grafis komputer, tentunya masih belum lengkap dan dalam sepuluh tahun ke depan untuk bisa menempatkan RTX 2080 Ti di pasar sebagai mainstream mungkin sepenuhnya.

Teknologi Ray Tracing pada Kartu Grafis Terbaru NVIDIA

Teknologi grafis terkini dari NVIDIA dan hampir seluruh industri adalah tentang mensimulasikan cahaya dan perilaku cahaya dalam pemandangan tertentu, dengan cara yang lebih sederhana, yang disebut Rasterisasi. Seperti pelukis cat, objek dirender lapis demi lapis, dari belakang ke depan, jadi objek di latar depan akan mengaburkan objek di latar belakang.

Perbedaan tampilan antara Raster konvensional (kiri) dan ray tracing (kanan).

Namun, pendekatan ini akan sulit dilakukan saat merender pantulan, karena teknik raster tidak akan dapat melacak dan merender cahaya. Ini sering digunakan dalam adegan waktu nyata karena perangkat keras saat ini tidak cukup untuk mensimulasikan gerakan adegan yang kompleks, misalnya dalam video game atau animasi 3D.

Sementara itu, ray tracing merekonstruksi perilaku cahaya saat menyentuh permukaan, material, dan benda bergerak.

Cahaya saat melewati pemandangan dapat dirender dan dirender lebih kompleks. Dengan ray tracing, Anda dapat mensimulasikan bagaimana sinar cahaya berinteraksi dengan objek, menciptakan pantulan, refraksi, dan efek hamburan yang realistis secara real time. Ray tracing bahkan dapat mendeteksi dan menampilkan refraktor, reflektor, memvisualisasikan sumber cahaya dalam pemandangan dan bahkan warna cahaya setelah melewati subjek.

Nyatanya, teknik ini telah digunakan dalam praktik, dengan film-film seperti Pixar's Monsters University, Marvel's Iron Man. Tapi itu dulunya digunakan oleh pengguna profesional, tapi sekarang sudah dibawa ke pengguna umum – sesuatu yang sebelumnya tidak mungkin.

Ini pantas disebut prestasi NVIDIA karena ray tracing membutuhkan daya komputasi yang sangat besar. CEO NVIDIA Jensen Huang mengatakan itu adalah "lompatan terbesar yang pernah kami buat dalam satu generasi (kartu GPU)."

Cara NVIDIA memecahkan masalah ini adalah dengan menggunakan arsitektur Turing baru di GPU yang baru dirilis. Arsitektur ini dirancang untuk memecahkan masalah pemrosesan. Core ray tracing khusus juga dilengkapi dengan Tensor Cores, yang dapat menggunakan AI untuk menyimpulkan bagian "real-time" dari gambar – masalah komputasi yang paling intensif dari teknik ini. Sehingga GPU mampu meniru 6x lebih cepat dari platform Pascal sebelumnya (pada GTX 1080Ti).

Ini benar-benar lompatan besar dalam teknologi grafis dan menarik untuk berpikir bahwa studio dan individu sekarang dapat memperluas penggunaan teknik ray tracing ini ke aplikasi dalam animasi, game Sains, dan simulasi.

Semoga teknologi Ray Tracing semakin berkembang, kemudian kita akan merasakan kualitas gambar yang lebih indah lagi, tetapi saat ini sangat sulit bagi Anda untuk mengalami Ray Tracing bagi pengguna lain game yang mengerikan karena membutuhkan perangkat lunak yang sangat besar. Jika Anda memerlukan saran tentang konfigurasi game Ray Tracing, silakan hubungi WebTech360 .

Disintesis dari: Genk.vn