Sedem let je tega, kar je Nvidia lansirala prve grafične kartice s strojno podporo za sledenje žarkom, ray tracing, toda ta tehnologija še vedno pretežno ostaja bombonček za igričarske navdušence. Ali lahko kmalu pričakujemo preboj v ospredje in s katerimi tehničnimi prijemi želijo to doseči?
Vse od zgodnjih let trirazsežne igričarske grafike njen razvoj pomeni stalno iskanje čim bolj praktičnih približkov v prikazu fizikalnih zakonov, ki nadzorujejo našo stvarnost. Računalniki so pač mnogo prepočasni, da bi lahko v njih docela emulirali realnost, zato je treba ubirati bližnjice. Zgradbo kompleksnih objektov se ponazori z množico trikotnih ploskev – trikotnikov ali poligonov, nakar se poskuša z domiselnim barvanjem in senčenjem doseči, da uporabnik ne opazi, kako primitivni so v bistvu 3D-objekti na sceni. S premišljenim ročnim razpostavljanjem statičnih svetil se poskuša ustvariti učinek »razlivanja« naravne svetlobe po prostorih in tako zakriti, da igre večinoma svetlobe še ne znajo odbijati od sten kot narava okoli nas. Z drugimi besedami: realnočasovna računalniška grafika je, po domače rečeno, ena velika zbirka bolj ali manj učinkovitih hackov.
Še posebno je to opazno pri osvetljevanju objektov. Ponekod v Half-Lifu 2 smo lahko videli, kako svetloba preseva skozi vrata – ker je bila statično »zapečena« v stene. Ko je Doom 3 ob podobnem času prinesel prva navdušujoča dinamična svetila, je risal povsem črne sence, ker več kot peščice takšnih svetil ni zmogel ponazoriti. Ko smo jeseni leta 2018 dobili prve kartice Geforce RTX, je bil to v resnici eden najbolj prelomnih dogodkov v igričarski grafiki v zgodovini, saj je napovedoval prodor zares dolgo pričakovanega načina za izračunavanje osvetlitve – sledenja žarkom ali ray tracinga, to je načina ponazoritve svetlobe, ki je dejansko podoben tistemu v naravi. Prijem v teoriji poznamo že vsaj od 80. let prejšnjega stoletja in se je že več desetletij uporabljal pri ustvarjanju animiranih filmov, toda doslej so bili računalniki za njegovo praktično izvedbo v realnem času enostavno prešibki.
Laično bi menili, da je sedem let dovolj dolga doba, da takšna tehnologija dozori in se dodobra razširi, a ray tracing še vedno ni ključen ali pogost dejavnik pri kupovanju tako grafičnih kartic kot iger. Zgolj eden od treh glavnih proizvajalcev – Nvidia – okoli njega gradi svojo strategijo. Igre, ki jih je zares koristno poganjati z vklopljenim sledenjem žarkom, lahko še vedno preštejemo na prste. Izjema so zgolj največji navdušenci, ki posegajo po dragih izdelkih in ukvarjanju z računalniško grafiko namenijo dosti svojega časa. Drugi so lahko takšne detajle doslej mirno prezrli. Zakaj napredek na videz poteka tako po polžje? Kaj teče pod pokrovom, kot vklopimo RTX ON? In kako razumeti najnovejše Nvidijine prijeme, kot sta ray reconstruction in mega geometry? Da bomo lahko razumeli, pred kakšnim izzivom so pravzaprav inženirji, se bo treba poglobiti v delovanje grafičnih pogonov in razložiti, na kakšne načine v grafični kartici nastanejo virtualni 3D-prizori.
Geometrija na debelo
Postopki v klasičnih metodah izrisovanja (3D rendering) v splošnem potekajo v čisto intuitivnem zaporedju: najprej nastane geometrija v prostoru, na katero nalepimo bitne sličice – teksture, ki ponazarjajo materiale oziroma snovi, iz katerih je scena sestavljena. Nato se vsebino osvetli, da dobimo še vse barvne odtenke in sence, nakar se jo prevede v dvodimenzionalno sliko, ki jo lahko pošljemo na zaslon, čemur pravimo rasterizacija in je eden temeljnih pojmov v 3D-grafiki. Takšnemu zaporedju okvirno sledi tudi dogajanje v cevovodih grafičnih kartic. Iz praktičnih razlogov so nekateri dogodki lahko malo pomešani; tako točno barvo pik običajno dobimo šele po rasterizaciji, ker je koristno najprej preveriti, kateri deli scene so sploh vidni, in zanemariti zakrite dele, ki jih nima smisla natančno izrisovati. A naj takšne podrobnosti za zdaj ne zmotijo.
Če v urejevalnikih okolij ali konzolnih ukazih iger izberemo pogled »wireframe«, se nam razkrije dejanska struktura objektov v scenah: nepregledne množice trikotnikov.
Prva postaja v nastanku scene je običajno senčenje oglišč (vertex shading), s katerim definiramo geometrijo v prostoru. Tu grafični čip iz pomnilnika pobere pripravljene 3D-objekte in jih z matrično aritmetiko razpostavi naokrog po sceni, kakršno so si zamislili snovalci igre. V praksi: vsako oglišče, ki določa ploskve nekega predmeta v prostoru, je treba postaviti na pravo mesto, nakar sledi še ena transformacija glede na zorni kot pogleda. Temu izhodišču vida običajno v žargonu 3D-oblikovanja pravimo kar kamera. Gre za ključni dejavnik pri izrisovanju, saj odloča o tem, kateri deli scene so sploh vidni na zaslonu. Zaradi vselej omejenih strojnih virov je karseda pomembno, da se grafični čip ne napreza po nepotrebnem z izrisovanjem objektov, ki so zakriti, zato poskušamo zanemariti vse, kar ni v našem vidnem polju.
Pomembna lastnost opisanih točkovnih transformacij je v tem, da so visokostopenjsko paralelne: oglišča ne vplivajo eno na drugo in jih je treba tako ali drugače obdelati vsa, pri čemer jih je dandanes v scenah na desetine milijonov. Zdaj je razumljivo, zakaj so grafični čipi visokostopenjsko večnitni: tako lahko hkrati vzporedno obdelujejo množico točk v prostoru. Če vržemo na mizo kalkulator: če neka (sodobna) scena vsebuje pet milijonov trikotnikov, je treba za vsakega od njihovih oglišč napraviti dve transformaciji ali več – in to s frekvenco izrisovanja, ki mora presegati 60 sličic v sekundi oziroma za razvajene uporabnike še dosti več. Zmogljivejši grafični čipi imajo po 10.000 in več takšnih jedrc, ki operacije izvajajo z dobrim gigahercem, torej več kot milijardokrat v sekundi. Tudi preračunavanje utežnih vrednosti v nevronskih mrežah algoritmov strojnega učenja pretežno vsebuje takšno matrično aritmetiko, zato so se moderni pospeševalniki umetne inteligence razvili ravno na temelju igričarskih grafičnih kartic.
Kaj so senčilniki?
Eden temeljnih pojmov v terminologiji računalniške grafike so senčilniki (shaders), ki imajo lahko več pomenov, tako v programskem kot strojnem pogledu. V osnovi merijo na neko pomembnejšo programsko operacijo v grafičnem cevovodu in v takšni obliki so tudi nastali v Pixarju leta 1988. Senčilnik oglišč (vertex shader) je operacija, ki telesa prevaja med različnimi koordinatnimi sistemi. To se je kazalo tudi v zgodnejši zasnovi 3D-pospeševalnikov, kjer so imeli grafični čipi na prelomu tisočletja senčilnike oglišč in senčilnike pik – to se pravi namenske strojne odseke, primerne za izvajanje takšnih matematičnih operacij. Z Nvidijino uvedbo univerzalnih senčilnikov (unified shaders) leta 2006 se je poimenovanje strojnih sklopov premaknilo v smer »jedrc« ali procesorjev, na primer Geforceovih jedrc CUDA, tako da senčilnike danes pretežno srečamo v programskem smislu in ne več strojnem.
Naj bo luč
Po izrisu geometrijskih teles se na njihove ploskve prilepijo teksture, nakar sledi rasterizacija. Tu se vprašamo, katere pike na zaslonu pokrivajo določene trikotnike v sceni, pri čemer pa imamo še specifični dodatni izziv. Nekateri deli prizorišča se namreč med seboj prekrivajo – na primer, ko drevo ustavlja pogled na del hiše ali stol na del mize. Ker bi bilo skrajno smešno in nerealistično, če bi bila hiša narisana pred drevesom, čeprav stoji za njim, moramo pravilno ugotoviti, katere ploskve v prostoru so bliže kameri. Inženirji so v ta namen oblikovali več močnih orodij. Tako so spoznali, da je mogoče izrisovanje močno pospešiti z uporabo globinskega medpomnilnika (depth buffer ali Z-buffer), ki se oblikuje med senčenjem oglišč in kamor so pospravljene oddaljenosti trikotnikov od kamere, ob pomoči katerih je mogoče hitro določiti, katere ploskve imajo prednost pri izrisu.
Half-Life 2 je bila ena prvih iger, ki je znala svetlobo odbijati od sten … toda zgolj statično, ob izgradnji stopnje. Oblikovalec jo je takrat »zapekel« (bake) v teksture sten.
Po rasterizaciji sledi še faza senčenja fragmentov (fragment shading), kjer »fragment« pomeni skupino pik v sliki, ki pripadajo istemu trikotniku na prizorišču. Pred dvema desetletjema smo ji rekli tudi senčenje pik (pixel shading). V tem koraku so na vrsti svetlobni učinki, ki šele lahko sceni dajo pravo globino in nianse. Če so že predhodne stopnje izrisovanja dostikrat pisana zbirka hackov, pa je osvetljava že tradicionalno najkompleksnejši, najbolj kaotičen in strojno najzahtevnejši del tega postopka. Morda bi si mislili, da je matematika ugotavljanja jakosti svetlobe, s katero je določena ploskev osvetljena, razmeroma enostavna – in pri zelo preprostih scenah lahko temu v grobem celo pritrdimo. Osvetljenost namreč za najenostavnejše razmere znaša zmnožek jakosti svetlobe in kosinusa kota med premico od vira do ploskve ter normalnim vektorjem ploskve, torej vektorjem, ki je nanjo pravokoten. Na tej osnovi deluje osvetlitev v preteklih, klasičnih grafičnih pogonih.
Toda takšen popreproščeni recept zanemari celo množico fizikalnih pojavov, ki jih vidimo v naravnem svetu. Na prvem mestu odboje svetlobe, ki poskrbijo, da se vidimo v ogledalu in da so delno osvetljene tudi površine, ki sicer vira svetlobe »ne vidijo« neposredno. Da bi simulirali takšne fizikalne mehanizme, potrebujemo drugačne pristope – na primer z uporabo naravnega potovanja svetlobe z žarki. Kar je točno premisa ray tracinga. Medtem ko je senčenje oglišč strojno razmeroma nezahteven proces, ker ga je mogoče zreducirati na množico preprostih matričnih izrazov, pa sledenje žarkom zahteva matematiko, ki ji grafični čipi doslej niso bili dobro prilagojeni. Od tod tudi potreba po novih namenskih elektronskih vezjih, kakršne v karticah Geforce predstavljajo RT cores.
Navidezni kot osvetlitve
Eden najbolj navdušujočih in najelegantnejših prijemov v klasični igričarski grafiki se tiče simuliranja kompleksnejše geometrije na način, da človeško oko pretentamo s finim prirejanjem svetlobnih jakosti. Zamisel je naslednja: ker je jakost osvetlitve produkt med jakostjo padajoče svetlobe in kosinusa kota žarka z normalnim vektorjem, je mogoče z ročno spremembo vrednosti tega normalnega vektorja vsiliti lastno vrednost osvetlitve – in, denimo, ustvariti vtis, da je ploskev pod kotom, čeprav vanjo zremo pravokotno. In tako v geometrično ravno steno »s svetlobo vrisati« izstopajoče opeke. Na ta način izris ni bistveno strojno potratnejši, a je obenem precej lepši. Tekstura, v katero se zapiše takšne spremembe normalnega vektorja, ima ime normalna karta (normal map). Višinske karte (bump maps), s katerimi je nekaj takega čaral Doom 3, so soroden recept.
Po zgledu narave
Ker sledenje žarkom ponazarja naravno širjenje svetlobe, ne bo presenetljiv podatek, da se tudi v računalniški grafiki z njim ukvarjajo že dolgo časa. Prvo akademsko poročilo lahko najdemo v letu 1968 iz IBM, za temeljni dokument pa velja tisti Turnerja Whitteda iz Bell Labs iz leta 1980, ker je pošteno pognal raziskave ter industrijsko rabo. Ko je profesor James Kajiya s CalTecha šest let pozneje lansiral članek The Rendering Equation, so bili matematično-fizikalni temelji bolj ali manj postavljeni. Toda rešitve so bile takrat primerne zgolj za počasno izrisovanje posameznih sličic v animiranih filmih, saj računalniki za poganjanje takšnih algoritmov v realnem času niso bili dovolj zmogljivi. Celo v takšnem režimu je bilo treba v 90. letih prejšnjega stoletja sklepati boleče kompromise, saj so šele pri filmih Cars in Monster House v letu 2006 znali s sledenjem žarkom izrisovati vse tipe svetlobnih učinkov – in šele pri Monsters University, sedem let pozneje, so to storili za vsa svetila!
Ker so današnje izvedbe sledenja žarkom hibridne nadgradnje starejših tehnologij, je mogoče izboljšati tudi starejše igre. Tovrstne različice imata denimo Quake 2 (na sliki) in Minecraft.
Razvoj tovrstnih animiranih filmov je zahteval obsežne strežniške farme, na katerih so posamezne sličice izrisovali na desetine ur dolgo. Ideja, da bomo že desetletje pozneje takšne učinke poganjali v igrah s sto sličicami na sekundo, se je takrat zdela precej za lase privlečena. Toda v Nvidii so sredi prejšnjega desetletja sklenili, da fotorealizem v igrah drugače ne more več bistveno napredovati, in so svoje vodilno mesto v panogi izkoristili za poskus, da bi ta »sveti gral« računalniške grafike naposled primerno implementirali. Takoj je treba povedati – kot je doslej že postalo očitno –, da tudi tu izboljšave niso in ne bodo prišle čez noč. Uvedba realnočasovne različice ray tracinga prav tako vsebuje dolgo vrsto kompromisov in trikov, ker je strojno tudi danes še vedno zelo potratna, kar vidimo takoj ob vklopu, ki ima vselej opazen negativen učinek na hitrost.
Tudi grafični pogoni, ki uporabljajo metode sledenja žarkom, so azto pravzaprav hibridni: za geometrijo še vedno uporabljajo klasične rastrske prijeme, medtem ko po ray tracingu posežejo ob specifičnih učinkih, ponavadi povezanih s svetlobo. Tako je mogoče v modernih igrah, ki tehnologijo podpirajo, najti množico različnih nastavitev, ki odločajo o tem, kje in zakaj grafični cevovod pošilja žarke, da obogati sliko. Nekatere igre, kot so Doom Eternal in Spider-Mani, tehnologijo uporabljajo prvenstveno za odboje in odbleske, kar je ta hip bržkone kategorija, ki prinaša največji učinek za najmanjši vložek. Po drugi plati Metro Exodus v različici Enhanced močno nadgradi globalno osvetlitev, s čimer označujemo učinek odbojev svetlobe. Sledenje žarkom je tako dodatna kategorija in ne popoln nadomestek uvodoma opisanega grafičnega cevovoda.
Z žarki je mogoče napraviti mnogo pristnejše in natančnejše odboje, zato je to ena od osnovnih funkcij, za katero jih trenutno izkoriščamo.
Pingpong od sten
Najosnovnejši princip tehnologije je zelo enostaven: žarku svetlobe sledimo na poti med kamero in virom svetlobe ter gledamo, kaj se z njim dogaja. To pomeni: kam zadene in kako se na trke z ovirami odzove; to se pravi, ali se odbija, lomi ali absorbira. Pomembno je tako, kam se odbija, kot tudi, kakšen je material, na katerem pristane, saj lahko njegov barvni odtenek »vzame s seboj« in pusti odsev rdečega balona na bližnji steni. Treba je takoj poudariti, da v primerjavi z naravo, ki informacije pošilja od vira svetlobe proti našim očem, v računalniku potujemo v obratni smeri: od kamere navzven. Veliko žarkov se namreč na poti od svetil porazgubi in bi jih bilo nesmiselno simulirati. Hkrati lahko kompleksnost rabe na ta način organsko narašča skladno s tem, kako natančne podatke o prizorišču želimo pridobiti.
Osnovna shema sledenja žarkom je kaj enostavna: od očesa, oziroma kamere, v ravnih smereh odidemo do svetil. Zaplete se, ker je treba to storiti za vsako piko na zaslonu in v čim več možnih smereh.
Začnemo s tako imenovanimi primarnimi žarki, ki potujejo od pike na zaslonu do neke točke v sceni. Glede na zahtevano natančnost jih lahko skozi piko pošljemo zgolj nekaj ali pa tudi tisoč, kar običajno počnejo animatorji v risankah. Ko primarni žarek zadene ploskev, s te točke pošljemo tako imenovane senčne žarke (shadow rays) do vsakega od svetil v sceni, s čimer doženemo jakost svetlobe in barvo v tej točki prostora. Potem stvari šele postanejo zares zanimive. Če namreč želimo simulirati odboje svetlobe od sten in njeno »uhajanje« v senco, moramo iz te točke naokrog poslati snop dodatnih, sekundarnih žarkov. Ko ti zadenejo objekte v okolici, sledi novo pošiljanje senčnih žarkov iz vsake od teh točk proti vsem svetilom. Če želimo še natančnejšo ponazoritev, sledi ponavljanje vaje s terciarnimi žarki iz teh nadaljnjih točk in tako naprej. Kot si lahko predstavljate, se reči hitro silno zapletejo in za posamezno sličico v risankah animatorji naokrog razpošljejo več kot sto milijard žarkov!
Za takšno prakso bolje simulirane izvedbe svetlobe, to pomeni z več odboji po vsej sceni, se je v industriji udomačilo ime path tracing. Če ste opazili, da so Cyberpunk 2077 predlansko pomlad v različici RT Overdrive nadgradili s path tracingom, to pomeni s preprosto zmogljivo različico ray tracinga, ki si prizadeva pokriti vse mogoče učinke, od odbojev do senc. Ray tracing je s tem postal krovni tehnološki naziv za rabo sledenja žarkov, path tracing pa njegova trenutno najzmogljivejša izvedenka. Trenutno, kajti na vidiku so že kandidati za še natančnejše pristope. Ena od takšnih nadgradenj, ki jo lahko pričakujemo srednjeročno, je na primer volumetric path tracing. Tu žarki upoštevajo tudi fizikalne lastnosti medija, po katerem letijo, in se, na primer, razpršijo v cigaretnem dimu.
Približek simulacije
Za spodobno izvedbo path tracinga v igrah je treba v grafičnem čipu na sekundo obdelati več kot milijardo žarkov. Pri tem je največji matematični izziv čim hitreje in enostavneje dognati, katerega od več milijonov trikotnikov 3D-scene potujoči žarki zadenejo. Tu smo zato priče najočitnejšim strojnim optimizacijam, in sicer skozi tehnologijo bounding volume hierarchy ali BVH. Prostor zaporedoma delimo na približne polovice – okrog dvajsetkrat –, dokler ne dobimo prostorčkov z manj kot desetimi trikotniki. Namesto da bi čip takoj računal, kateri trikotnik je žarek zadel, dožene, katerega od vse manjših kvadrov je oplazil, in tako naprej navzdol po BVH-drevesu. Prav okoli grajenja BVH-strukture in s tem povezanega računanja trkov žarkov s trikotniki so zgrajene enote RT v grafičnih čipih, zato se tudi njihova zmogljivost navaja v presečiščih žarkov in trikotnikov na sekundo (ray/triangle intersections).
Slika pred odstranjevanjem šuma. Na levem koncu pri petih žarkih na piko, na desnem pri pet tisočih – in podoba še vedno ni brezhibna. To kaže, kako so za odstranjevanje šuma pomembni dobri algoritmi.
Ker si inženirji igričarskih grafičnih pogonov ne morejo privoščiti, da bi kot animatorji uporabljali po tisoč žarkov na piksel in morajo z njimi štediti, se morajo premišljeno odločati, koliko in kam jih poslati. Ena od enostavnejših varčevalnih metod je ta, da se sekundarne in terciarne žarke naokrog pošilja zgolj v primerih, ko predhodni žarek odkrije, da je točka, na katero je priletel, v temi. V splošnem pa je treba za path tracing uporabljati naprednejše statistične numerične računske metode, ki jih obiskovalci predavanj na naravoslovnih faksih poznajo kot metode Monte Carlo. To je tudi še danes živahno področje akademskega raziskovanja v računalniški grafiki, na praktično rabo v igrah pa ima dva učinka. Najprej, zmogljivost sledenja žarkom pri neki kartici ni odvisna samo od njenih jedrc RT, saj so v proces pomembno vključeni vsi ostali deli, od računskih jedrc do pomnilnika.
In drugič: ker je število žarkov omejeno, ne morejo pokriti vsega prostora, kar v sliki ustvarja praznine oziroma šum. Neobhodna zadnja faza ray tracinga je zato odstranjevanje šuma (denoise). To morajo početi celo pri najboljših animiranih filmih, pa čeprav tam iz ene pike ustrelijo z več tisoč žarki, igričarski pogoni pa običajno zgolj z od enim do petimi. »Razšumljanje« je znanost v malem, kjer se uporablja množica različnih pristopov. Srečamo vse od preproste interpolacije oziroma povprečenja barv s sosednjih pik pa do bolj zapletenih prijemov, ki spremljajo dogajanje skozi več zaporednih sličic in si od tam izposojajo informacije. Takšna ponovna raba žarkov iz preteklih poizvedb je prav tako področje osredotočenega raziskovanja, brez katerega bržkone ne bi bilo path tracinga v aktualnih igrah. Omenjena posodobitev RT Overdrive za Cyberpunk 2077 sloni na algoritmu ReSTIR (spatiotemporal reservoir resampling) iz leta 2020, s katerim se nekateri ključni žarki in drugi podatki za vzorčenje svetlobe uporabijo večkrat, s čimer zmanjšamo šum.
Princip BVH, pri katerem prostor razdelimo na vse manjše kvadre, je temelj trenutnih izvedb ray tracinga. Skladno z vse bolj kompleksno geometrijo ga bo treba nadalje razvijati.
Za prgišče pikslov več
Še eno pomembno metodo za varčevanje s strojnimi viri poznamo in ponavadi si zase vzame kar samostojne članke: to je superločljivost (superresolution) oziroma z bolj splošnim izrazom raztegovanje slike (image upscaling). Kot smo spoznali, ray tracing sloni na pošiljanju žarkov iz pik v prostor, kar pomeni, da moramo pri višjih ločljivostih poslati toliko več žarkov. In obratno: če lahko podobo izrisujemo pri nižji ločljivosti ter jo nato v poprocesni fazi raztegnemo na tisto, ki jo prikazuje zaslon, mnogo prihranimo. To pa je natanko trik za superločljivostjo. Resda je uporabna v splošnem, tudi brez sledenja žarkom, in smo jo v preprostejših algoritmih poznali že pred tem. Toda ni naključje, da so v Nvidii hkrati s prvo generacijo kartic RTX lansirali tudi za takratne čase novo različico raztegovanja podobe DLSS (deep learning super sampling). Ravno ray tracing s tem ogromno pridobi, pikri komentatorji bi celo dejali, da je sprega obvezna.
Novejše različice superločljivosti, kot sta DLSS 3 in FSR 3, znajo hitrost povečati tudi na način, da ustvarjajo vmesne sličice (frame generation).
Superločljivosti se je sprva držal negativni prizvok učinka, ki ga vklopimo, ker imamo preslab računalnik, nato pa nam še zamaže sliko. Prva leta so bili očitki dokaj na mestu, saj je trajalo nekaj generacij, da so podjetja, najprej Nvidia, nato pa tudi AMD in Intel, svoje pristope primerno izpopolnila. Medtem ko je DLSS 1.0 pri interpolaciji upošteval le sosednje pike v sliki (spatial upscaling), je dvojka algoritem nadgradila v takšnega, ki je znal izkoriščati tudi podatke o gibanju objektov v sceni (temporal upscaling). Danes izgovorov za neuporabo ni več. Vsi trije glavni proizvajalci imajo spodobne različice tehnologije, ki dobro delujejo na njihovih karticah; pri AMD ima oznako FSR (FidelityFX superresolution), pri Intelu pa XeSS, za Xe supersampling. Običajno je na voljo širok nabor nastavitev, s katerimi lahko določimo, koliko natančnosti v prikazu smo pripravljeni žrtvovati za nekaj sličic na sekundo več.
V tehničnem oziru ima raztezanje podobe za metode sledenja žarkom tudi eno neprijetno podrobnost: ojača napake, ki jih povzroča šum, saj je celokupno gledano vzorčenja na manjši originalni sliki še manj kot sicer. Temu problemu so se v Nvidii v predlanski jeseni posvetili z lansiranjem DLSS 3.5, ki vsebuje tako imenovani ray reconstruction, kar je v bistvu marketinško ime zelenega tabora za njihovo doslej najnaprednejšo različico odstranjevanja šuma. Zadeva sloni na strojnem učenju, po domače umetni inteligenci, in torej uporablja tenzorska jedrca na geforceih, ki so namenjena pospeševanju takšnih algoritmov. Z januarskim prihodom DLSS 4.0 so prešli s klasičnih konvolucijskih nevronskih mrež na transformerje, torej tehnologijo, ki je sicer podlaga aktualnim pogovornim botom. V tej obliki gre dejansko za enega najboljših odstranjevalcev šuma v obstoju.
Teselacija plus
Nvidia trenutno še vedno samostojno vleče tehnološki voz na tem področju, medtem ko poskušata AMD in Intel slediti, kakor vesta in znata. Pri vseh igrah, ki jih odlikuje dobro sledenje žarkom, nas ob zagonu pozdravi Nvidijin logotip, zato ni presenetljivo, da sta Cyberpunk 2077 in Alan Wake 2 nekakšni promocijski galeriji lepotilnih trikov s tega naslova. Če Cyberpunk lahko služi kot test za napredno odstranjevanje šuma, pa lahko pri Alanu Waku pogledamo drug tehnični segment, kjer trenutno (počasi) prihaja do preskoka v naslednjo generacijo.
Ker je bila že igra Control ena najboljših uvodnih izvedb sledenja žarkom, ni presenetljivo, da so v studiu Remedy uspeh nadaljevali z drugim delom Alana Wakea. Učinek tehnologije je subtilen in tega se zavemo… ko jo ugasnemo.
Pred petimi leti je Microsoft z različico DirectX 12 Ultimate lansiral tehnologijo, ki prvič po mnogih letih dodobra preobrazi uvodoma predstavljeno metodo senčenja oglišč: senčilnike mrežic (mesh shaders). Posredi je želja, da bi grafični pogoni lahko prikazovali mnogo bolj kompleksno geometrijo kot doslej, za kar so sicer že iznašli nekatere vmesne prijeme, kot je teselacija, ki po senčenju oglišč množi dodatne trikotnike. Toda na najnižji programski ravni je ključni problem, da je senčenje oglišč v bistvu ostanek stare arhitekture grafičnih čipov, ko so se vezja tudi na strojni ravni še delila na senčilnike oglišč in pik.
Senčilniki mrežic so naposled prilagojeni jedrcem CUDA, kar v praksi pomeni, da imajo programerji grafičnih pogonov mnogo več svobode pri tem, katere geometrične dele prizorišča bodo obravnavali in kako. Tako se najprej oblikuje skupke trikotnikov ali mrežice (meshlets), na katerih je mogoče zatem izvajati različne transformacije. Spet pa tu trčimo na problemček v zvezi s sledenjem žarkom: bogatejša geometrija pomeni, da se klasični pristop z BVH sesuje. V Nvidii so zato morali razviti nadomestek, ki vzame podatke iz faze oblikovanja mrežic in na tej osnovi razdeli sceno na večje skupke (clusters), v katere nato usmerja žarke. Prijem so poimenovali Mega Geometry, kar je spet prislovično nvidijevsko, a vendarle pomeni znaten preskok v grafičnih tehnologijah.
Prekletstvo konzol
A širjenje teh metod poteka počasi. Ko so za spodobno poganjanje Alana Waka 2 pred dvema letoma zaradi vključka senčilnikov mrežic zahtevali rabo novejše grafične kartice s podporo DX12U, so sprožili zaznaven odpor, čeprav je šlo za tri leta staro tehnologijo. Mega Geometry so lansirali v začetku tega leta in Alan Wake 2 je še vedno poglavitna igra za testiranje principa. Treba se je zavedati, da preboj tehnologij v ospredje s svojo gigantsko vztrajnostjo v bistvu narekujejo igralne konzole, medtem ko so PC-tehnologije igračke za razvajanje največjih navdušencev in preizkušanje meja. Strojni razvojni cikli konzol so seveda bistveno daljši od menjave generacij grafičnih kartic oziroma so preskoki počasnejši. Obenem ne gre zanemariti še enega pomembnega igričarskega segmenta, namreč večigralskih naslovov, kjer ray tracing pač ni bistvena tehnologija, ker so pri takšnih igrah hitrost, odzivnost in zanesljivost pomembnejše kategorije od lepote.
Po drugi plati pa velja, da zanesenjaki vseeno ne ostajajo kot ribe na suhem. Cyberpunk 2077 v režimu Overdrive in Alan Wake 2 pokaže, da sledenje žarkom vsekakor ima svoje mesto – in ga vztrajno utrjuje, kajti ko v takšnih igrah vklopiš RT(X), vrnitve ni, in pika. Kdor ima denar za zmogljivejšega geforcea, lahko že danes uživa v grafični prihodnosti. Ali je za to vredno zapraviti nekaj več, si mora seveda odgovoriti vsak sam. Varčnejši igričarji sicer zamujajo trenutno najboljšo obstoječo podobo, a so lahko pomirjeni, da ta ne bo nikamor pobegnila in je bodo v doglednem času deležni tudi sami. Ko se bodo razvijalci iger naučili primerno uporabljati žarke in se bo spisek podprtih iger dodobra razširil, bodo tudi radeoni in arci sposobni nositi to breme. Najverjetneje pa bo to šele okoli nastopa naslednje generacije konzol, torej čez dve leti ali tri.
