Phenquestions
Mikä on säteen jäljitys?
Tietokonegrafiikan näkökulmasta Ray Tracing on renderöintitekniikka, joka simuloi valon fyysisiä ominaisuuksia, jotka tuovat peleihin realistisen valaistuksen, varjot ja tehosteet. Se jäljittelee sitä, kuinka valonsäde palautuu esineistä asetetusta pisteestä, havainnollistaen valon heijastumista jokaisesta pinnasta. Koko prosessi puolestaan parantaa kuvan laatua ja antaa katsojille mukaansatempaavamman kokemuksen. Tekniikkaa on käytetty pitkään 3D-elokuvissa, ja se löysi tiensä korkean tason tietokonepeleissä, jotka tarjoavat elokuvalaatuisia visuaalisia tehosteita. Ray Tracing on ollut pelinvaihtaja pelimaailmassa ja se on suositeltava renderointitekniikka kuin rasterointi, jolla on rajoituksia esineiden todellisten värien esittämisessä.
Säteiden jäljitys Nvidia-näytönohjaimissa
Johtavana näytönohjainten valmistajana Nvidia on aina rohkeasti kokeillut uusia tapoja parantaa tuotteidensa visuaalista laatua. Syyskuusta 2018 lähtien Nvidia on julkaissut näytönohjaimia, joissa on Ray Tracing -ominaisuudet. Nvidian Turing-arkkitehtuuri on ensimmäinen GPU-suunnittelu, johon on omistettu laitteisto tai RT-ytimet, reaaliaikaiseen Ray Tracing -käsittelyyn.
Mitä ovat RT-ytimet?
Säteen jäljitys on yleensä varattu ei-reaaliaikaisille sovelluksille, koska säteen jäljityksen käsittelyyn tarvittava laskenta-aika on paljon pidempi kuin muut visuaaliset tehosteet. Nvidia teki läpimurron integroimalla laitteistot arkkitehtonisiin suunnitelmiinsa ainoana tarkoituksena laskea säteen jäljitys reaaliajassa. Tämä lisätty laitteisto, joka tunnetaan nimellä RT-ytimet, on vihitty Nvidian Turing-pohjaisiin RTX-näytönohjaimiin. Tämä oli myös maailman ensimmäinen kuluttajagrafiikkakortti, jolla oli säteentunnistustuki laitteistotasolla
RT-ytimet laskevat pikselien värit, kun valonsäde kulkee pisteestä toiseen. Prosessi monimutkaistuu, kun valonlähteitä on paljon. Lisäksi useat säteiden jäljittämiseen liittyvät prosessit, kuten säteenvalu, polun jäljitys, BVH (rajoittavan tilavuuden hierarkia) ja denoising-suodatus tekevät siitä laskennallisesti intensiivisen tekniikan. BVH on kaikkein aikaa vievin osa säteen jäljityslaskelmia, ja RT-ytimet nopeuttavat BVH: n kulkua reaaliaikaiseen säteen jäljittämiseen. RT-ytimien lisäksi Nvidia-näytönohjaimissa on toinen laitteisto, jolla on merkitystä reaaliaikaisen säteen jäljityksen tarjoamisessa. Tekoälyn kiihdyttämiseen suunnitellut Tensor-ytimet auttavat myös reaaliaikaisessa silitysraudassa ja nopeuttavat säteen heittämistä.
Nvidia-näytönohjaimet, joissa on säteiden jäljitys
RT-ytimillä varustetut Nvidia-kortit ovat iso harppaus maailmankuululle näytönohjainkokoonpanolle. Tämä on kuitenkin laitteistopohjainen, eikä grafiikkakorttien aiemmissa julkaisuissa ole tällaisia ominaisuuksia. Koska säteiden jäljittäminen houkuttelee valtavasti kuluttajia, Nvidia toimitti ominaisuuden myös vanhempien näytönohjaimien saataville. Koska vanhemmat arkkitehtuurit eivät sisällä RT-ytimiä suunnittelussaan, Nvidia mahdollisti säteiden jäljityksen renderoinnin pelivalmiiden ohjaimien avulla.
Nvidia-näytönohjaimet, joissa on laitteistotason säteen jäljitys
Ensimmäisen sukupolven RT-ytimet esiteltiin Nvidian RTX 20 -sarjassa. RTX 2080 oli ensimmäinen RTX 20 -sarjassa, joka esitteli Turingin arkkitehtuuria. Sitä seurasivat RTX 2080 Ti, RTX 2070 ja RTX 2060. Titan RTX on myös kokoonpanossa.
Syyskuussa 2020 Nvidia esitteli Turingin seuraajan, Amperen, jossa on toisen sukupolven RT-ytimet. Ampere laukaisee valtavia päivityksiä RT-ytimiin ja Tensor-ytimiin, mikä nostaa RT-ytimen nopeuden 58 RT-TFLOPS: iin, 1.Seitsemän kertaa korkeampi kuin Turingin, mikä tarjoaa paljon nopeamman säteiden jäljityksen ja parantaa kuvan laatua. Samoin Amperessa on yli kaksinkertainen Turingin ytimien määrä Turingissa 238 Tensor-TFLOPS: lla. Ampere on RTX: n toisen sukupolven GPU: n ydin; RTX 30 -sarja sisältää Titan-luokan RTX 3090, RTX 3080, RTX 3070 ja viimeksi julkaistun RTX 3060.
Nvidia-näytönohjaimet, joissa on ohjelmistotasoinen säteen jäljitys
Nvidia teki uuden läpimurron ottamalla käyttöön säteen jäljityksen valituissa näytönohjaimissa, joissa ei ole erillisiä RT-ytimiä. Tämä on hyvä uutinen vanhempia malleja käyttäville pelaajille, jotka eivät vielä harkitse näytönohjaimen päivittämistä, mutta haluavat kokea säteentekotekniikan visuaaliset edut. GeForce GTX 1060 6 Gt: n ja sitä uudemmat näytönohjaimet voivat nyt nauttia säteiden jäljitysominaisuuksista DirectX-säteilyn (DXR) kautta. Alla on luettelo Nvidia-korteista, jotka pystyvät jäljittämään DXR: n kautta:
- GeForce GTX 1660 Ti
- GeForce GTX 1660
- Nvidia Titan Xp (2017)
- Nvidia Titan X (2016)
- GeForce GTX 1080 Ti
- GeForce GTX 1080
- GeForce GTX 1070 Ti
- GeForce GTX 1070
- GeForce GTX 1060 6 Gt
Koska säteiden jäljittämiseen ei ole omistettua laitteistoa, GTX-kortit voivat tarjota vain perustoimintoja. Varjostimen ytimet käsittelevät säteen jäljityslaskelmia, ja tämä varjostimen ytimien lisäkuormitus vaikuttaa GPU: n suorituskykyyn. Säteiden jäljittämisen avulla pelaajat voivat kuitenkin kokea houkuttelevamman visuaalisen kokemuksen.
Säteiden jäljityksen tulevaisuus Nvidiassa
Amperen suorituskyky on jo yli tyydyttävä kaksinkertaistettuaan Turingin prosessointinopeudet. Vaikka se on vielä tuoretta uunista, sen seuraajasta, Lovelace, on jo huhuja. Voimme odottaa uutta kehitystä säteen jäljittämisessä tässä uudessa GPU-arkkitehtuurissa. Vastaavasti uuden sukupolven RTX-näytönohjaimia on odotettavissa jo parhaillaan. Säteiden jäljityksen tulevaisuus näyttää kirkkaalta, kun Nvidia kehittää edelleen GPU-arkkitehtuureja, jotka tyydyttävät kuluttajan nälän parempaan pelikokemukseen.
