Ray-tracing ve hrách už je blízko

Když jsem viděl v roce 1996 poprvé akcelerovanou grafiku z primitivního 3d grafického akcelerátoru 3Dfx Voodoo nedokázal jsem usnout. Když jsem si akcelerátor později v roce 1998 konečně koupil nedokázal jsem usnout snad týden. Tato grafická karta způsobila opravdovou revoluci grafiky ve hrách. To co bylo dříve placaté bylo najednou trojrozměrné, to co bylo předtím kostrbaté, bylo najednou vyhlazené. Začalo se hrát se světlem, stíny a texturami.

tak přesně takhle vypadala má první 3Dfx

Nutno podotknout, že prakticky všechny efekty jsou výsledkem ať už menších nebo větších matematicko fyzikálních podvodů (tedy samozřejmě z mého pohledu jako grafika, který se zabývá profesionálním zpracováváním vizualizací). Vyrenderovat fotorealistickou scénu je pro takovéto techniky nemožné. A jak už to tak bývá tam kde společnost 3Dfx začala, tam ostatní výrobci pokračují a také skončili. Nemůžeme jím to zazlívat, je to konkurenční boj, kde není čas vyvíjet radikální novinky a s něčím experimentovat. Pokud ovšem nemáte velký kapitál, necítíte v revoluční myšlence potenciál a nejmenujete se Intel ;)

quake 2 bez 3Dfx

quake 2 s 3Dfx

Intel chystá radikální novinku u které je jisté (řekl bych již několik let před tím než s ní vyšel na světlo denní), že pokud se mu jí povede realizovat a prosadit u výrobců her, pak nepochybně zasadí krutou ránu současným králům 3D grafiky. Tou „novinkou“ je ray-tracing, který ovšem funguje tak radikálně odlišně, že pro AMD/Ati i nVidii bude nutné nanovo investovat do vývoje nových čipů. To znamená obrovskou šanci pro nováčky, novou konkurenci a zcela jiný přístup k vývoji GPU.

Ray-tracing je metoda dobře známá všem kdo se zabývají renderem vizualizací. V podstatě a velmi zjednodušeně jde o malý model toho jak to funguje ve skutečnosti. To co vidíte jako pozorovatel vzniká tak, že ze světelného zdroje emitují paprsky, které dopadají na předměty okolo Vás. Takový paprsek má svou energii a při dopadu na předmět jeho cesta nekončí. Paprsek se dále odrazí, zlomí, projde a pokračuje dál s energií která mu zbývá. A protože pozorovat takové paprsky do nekonečna po scéně, navíc z několika světelných zdrojů a čekat až bude scéna řádně osvětlena je sice matematický možné, nicméně extrémně zdlouhavé, jde na to ray-tracing od lesa tedy od pozorovatele. Pozorovatel je tak reprezentovaný pomyslným projekčním plátnem s daným rozlišením a pro každý pixel tohoto fiktivního plátna (naší obrazovky) se zpětně dopočítávají dráhy paprsků. Vypadá to již mnohem použitelněji, ale ani toto by nebylo pro dnešní počítače v rozumném čase možné spočítat. Proto se ještě omezuje množství paprsků, které se mají emitovat, omezuje se jejich možnost odrazů maximálním počtem a nebo hodnotou kdy už má paprsek po odrazu zanedbatelnou energii.

raytracing v akci

Výsledkem jsou přesné stíny, odrazy, odlesky objektů a lom světla. Naopak nevýhodou této metody je, že lze uvažovat pouze s bodovými zdroji světla a ty lineární (třeba zářivka) nebo plošné (obloha, nebo třeba okno či střešní světlík) se musí zase nějakým způsobem šidit (například umístěním více bodových zdrojů vedle sebe). Další nevýhoda je v tom, že zrcadla i když v nich vidíme přesný odraz okolí, nedokážou dále realisticky osvětlovat scénu. A především při jakékoliv změně ve scéně se tato musí znova celá přepočítat.

Zdálo by se, že od fotorealistické scény jsme tedy ještě vzdálení pořádný kus, opak je pravdou, chybí nám k ní už malý krůček - Radiozita. Při této metodě se scéna rozdělí na malé plochy, které následně dokáží nejen světlo odrážet, ale dokonce ho i samy vyzařovat. Radiozita se může pro uzavřenou scénu bez pohyblivých objektů spočítat jenom jednou. A doplňuje veškeré chybějící aspekty Ray-tracingu.

ray-tracing a radiozita v rukou profíka. autor: Marek Denko

V případě, že se ať už samotný ray-tracing nebo v kombinaci s radiozitou Intelu povede zdárně implementovat tak, že půjde ve vysokém rozlišení běžnému domácímu počítači zobrazovat složité scény v pro oku lahodné frekvenci 30-50 snímků za sekundu pak půjde bezpochyby o revoluci nejen v oblasti herního průmyslu, ale prakticky v každém oboru, který potřebuje 3D grafiku.

první hrátky intelu s Ray-tracingem

A pokud se doposavad sem tam objevilo nějaké to zlepšení grafiky, přirovnal bych ho k hození kamene, který rozčeří stojatou vodní hladinu. To co ale chystá Intel nyní bude jako dopad 20 tunového balvanu, který nelze srovnávat s ničím jiným než s příchodem 3Dfx voodoo o kterém jsem se zmiňoval na začátku článku. Máme se na co těšit!