Se ultimamente hai dato un'occhiata anche minima alle notizie sui giochi e sulla grafica^{(gaming and graphics news)} , allora hai sentito l'ultima e più grande parola d'ordine: ray tracing . Potresti anche aver sentito una parola dal suono simile chiamata path tracing . E potresti essere totalmente perdonato per non aver compreso appieno quale sia uno dei due processi.

Una semplice spiegazione è che sia il path tracing che il ray tracing sono tecniche grafiche che si traducono in immagini dall'aspetto più realistico al costo di una potenza di calcolo significativamente maggiore. C'è un video di Minecraft^{(Minecraft video)} su YouTube che mostra in modo chiaro gli aspetti particolari del ray tracing, ma illustra anche lo stress che mette su un sistema.

Se questa è l'unica spiegazione di cui hai bisogno, fantastico! Ma se vuoi approfondire e scoprire come funziona ogni tecnica e perché le aziende di hardware GPU^{(GPU hardware)} stanno addebitando una piccola fortuna per le schede compatibili con il ray tracing, continua a leggere.

Rasterizzazione e computer grafica

Qualsiasi immagine che vedi visualizzata sullo schermo di un computer^{(computer screen)} non è iniziata come quell'immagine. Inizia come un'immagine raster o vettoriale^{(vector image)} . Un'immagine raster^{(raster image)} è composta da una raccolta di pixel ombreggiati.

Un'immagine vettoriale^{(vector image)} si basa su formule matematiche che significano che l'immagine può essere aumentata di dimensioni quasi indefinitamente. Lo svantaggio delle immagini vettoriali^{(vector image)} è che è difficile ottenere dettagli più precisi. Le immagini vettoriali^(Vector) vengono utilizzate al meglio quando sono necessari solo pochi colori.

Il principale punto di forza della rasterizzazione è la sua velocità, soprattutto rispetto a tecniche come il ray tracing. La tua GPU , o unità di elaborazione grafica, dirà al gioco di creare un'immagine 3D da piccole forme, il più delle volte triangoli. Questi triangoli vengono trasformati in singoli pixel e quindi inseriti in uno shader per creare l'immagine che vedi sullo schermo.

La rasterizzazione è stata l'opzione di riferimento per la grafica dei videogiochi per molto tempo a causa della velocità con cui può essere elaborata, ma poiché la tecnologia attuale inizia a scontrarsi con i suoi limiti, sono necessarie tecniche più avanzate per passare al livello successivo. È qui che entra in gioco il ray tracing.

Il ray^(Ray) tracing sembra molto più realistico della rasterizzazione, come illustra l'immagine seguente. Guarda i riflessi sulla teiera^{(tea pot)} e sul cucchiaio.

Che cos'è il Ray Tracing?

A livello di superficie^{(surface level)} , ray tracing è un termine generico che significa qualsiasi cosa, da una singola intersezione di luce e oggetto al fotorealismo completo. Nel contesto più comune utilizzato oggi, tuttavia, il ray tracing si riferisce a una tecnica di rendering^{(rendering technique)} che segue un raggio di luce (in pixel) da un punto prestabilito^{(set point)} e simula come reagisce quando incontra gli oggetti.

Prenditi un momento e guarda^{(moment and look)} il muro della stanza in cui ti trovi. C'è una fonte di luce sul muro o la luce viene riflessa dal muro da un'altra fonte? La grafica ray^(Ray) traced partirebbe dal tuo occhio e seguirebbe la tua linea di vista fino al muro, quindi seguirebbe il percorso della luce dal muro fino alla fonte di luce.

Il diagramma sopra illustra come funziona. Il motivo degli "occhi" simulati (la fotocamera in questo diagramma) è quello di ridurre il carico sulla GPU .

Come mai? Bene, il ray tracing non è nuovo di zecca^{(t brand-new)} . In realtà è in circolazione da un po' di tempo. Pixar utilizza tecniche di ray tracing per creare molti dei suoi film, ma la grafica ad alta fedeltà fotogramma per fotogramma alle risoluzioni ottenute dalla Pixar richiede tempo.

Un sacco^{(A lot)} di tempo. Alcuni frame della Monsters University hanno impiegato 29 ore ciascuno. Toy Story 3 ha impiegato in media 7 ore per fotogramma, con alcuni fotogrammi che hanno impiegato 39 ore secondo una storia del 2010 di Wired.

Poiché il film illustra il riflesso della luce da ogni superficie per creare lo stile grafico che tutti^{(style everyone)} conoscono e amano, il carico di lavoro^{(work load)} è quasi inimmaginabile. Limitando le tecniche di ray tracing solo a ciò che l'occhio può vedere, i giochi possono utilizzare la tecnica senza causare un collasso (letterale) del processore grafico.

Dai un'occhiata all'immagine qui sotto.

Non è una fotografia, nonostante sembri reale. È un'immagine ray-tracing. Prova a immaginare quanta potenza è necessaria per creare un'immagine simile a questa. Un raggio può essere tracciato ed elaborato senza troppi problemi, ma cosa succede quando quel raggio rimbalza su un oggetto?

Un singolo raggio può trasformarsi in 10 raggi e quei 10 possono trasformarsi in 100 e così via. L'aumento è esponenziale. Dopo un punto, i rimbalzi e le riflessioni oltre il terziario e il quaternario mostrano rendimenti decrescenti. In altre parole, richiedono molta più potenza per calcolare e visualizzare di quanto valgano. Per il bene del rendering di un'immagine, è necessario tracciare un limite da qualche parte.  

Ora immagina di farlo da 30 a 60 volte al secondo. Questa è la quantità di energia necessaria per utilizzare le tecniche di ray tracing nei giochi. È certamente impressionante, giusto?

La disponibilità di schede grafiche in grado di eseguire il ray tracing aumenterà con il passare del tempo e alla fine questa tecnica diventerà prontamente disponibile come la grafica 3D. Per ora, tuttavia, il ray tracing è ancora considerato l'avanguardia della computer grafica. Quindi, come entra in gioco il tracciamento del percorso?

Che cos'è il tracciamento del percorso?

Il path tracing^{(Path tracing)} è un tipo di ray tracing . Rientra sotto quell'ombrello, ma dove il ray tracing è stato originariamente teorizzato nel 1968, il path tracing è entrato in scena solo nel 1986 (e i risultati non sono stati così drammatici come quelli attuali).

Ricordi l'aumento esponenziale dei raggi menzionato prima? Il tracciamento del percorso^(Path) fornisce una soluzione a questo. Quando si utilizza il tracciato del percorso per il rendering, i raggi producono un solo raggio per rimbalzo. I raggi non seguono una linea^{(set line)} fissa per rimbalzo, ma sparano in una direzione casuale.

L'algoritmo di tracciamento del percorso prende quindi un campionamento casuale di tutti i raggi per creare l'immagine finale. Ciò si traduce nel campionamento di una varietà di diversi tipi di illuminazione, ma soprattutto dell'illuminazione globale.

Una cosa interessante del path tracing è che l'effetto può essere emulato attraverso l'uso di shader. Di recente è apparsa una patch di shader per un ^{(shader patch)}emulatore Nintendo Switch^{(Nintendo Switch emulator)} che ha permesso ai giocatori di emulare l'illuminazione globale tracciata in titoli come The Legend of Zelda: Breath of the Wild e Super Mario Odyssey. Sebbene gli effetti siano belli, non sono completi come il tracciamento del percorso^{(path tracing)} reale .

Il path tracing^{(Path tracing)} è solo una forma di ray tracing. Sebbene sia stato salutato come il modo migliore per eseguire il rendering delle immagini, il tracciamento del percorso ha i suoi difetti.

Ma alla fine, sia il path tracing che il ray^{(path tracing and ray)} tracing si traducono in immagini assolutamente belle. Ora che l'hardware delle macchine consumer ha raggiunto un punto in cui il ray-tracing è possibile in tempo reale nei videogiochi, l'industria è pronta a fare un passo avanti che è impressionante quasi quanto il passaggio dalla grafica 2D alla grafica 3D.

Tuttavia, ci vorrà ancora del tempo, almeno diversi anni, prima che l'hardware necessario venga considerato "abbordabile". A partire da ora, anche le schede grafiche necessarie costano ben oltre $ 1.000.

What is Path Tracing and Ray Tracing? And Why do They Improve Graphics?

If you’ve taken even thе ѕlightest glance towards gaming and graphics news lately, then you’ve heard the latest and greatest buzzword: rаy tracing. You might also have heard a similar-sounding word called pаth tracing. And you could be totally forgiνen for not fully understanding what either one of the processes is.

A simple explanation is that both path tracing and ray tracing are graphical techniques that result in more realistic-looking images at the cost of significantly more computational power. There is a Minecraft video on YouTube that demonstrates the particular aspects of ray tracing in a clear way, but also illustrates the stress it puts on a system.

If that’s the only explanation you need, great! But if you want to dig deep and find out how each technique works and why GPU hardware companies are charging a small fortune for ray tracing-capable cards, read on.

Rasterization and Computer Graphics

Any image you see displayed on a computer screen did not start out as that image. It begins as either a raster or a vector image. A raster image is composed of a collection of shaded pixels.

A vector image is based on mathematical formulas that mean the image can be increased in size almost indefinitely. The downside of vector images is that more precise details are difficult to achieve. Vector images are best used when only a few colors are needed.

The main strength of rasterization is its speed, especially in comparison to techniques like ray tracing. Your GPU, or graphics processing unit, will tell the game to create a 3D image out of small shapes, most often triangles. These triangles are turned into individual pixels and then put through a shader to create the image you see on screen.

Rasterization has been the go-to option for video game graphics for a long time due to how quickly it can be processed, but as current technology begins to bump against its limits more advanced techniques are needed ot break through to the next level. That’s where ray tracing comes in.

Ray tracing looks far more realistic than rasterization, as the image below illustrates. Look at the reflections on the tea pot and the spoon.

What is Ray Tracing?

At the surface level, ray tracing is an umbrella term that means everything from a single intersection of light and object to complete photorealism. In the most common context used today, however, ray tracing refers to a rendering technique that follows a beam of light (in pixels) from a set point and simulates how it reacts when it encounters objects.

Take a moment and look at the wall of the room you’re in. Is there a light source on the wall, or is light reflected off the wall from another source? Ray traced graphics would start at your eye and follow your line of sight to the wall, and then follow the path of light from the wall back to the light source.

The diagram above illustrates how this works. The reason for the simulated “eyes” (the camera in this diagram) is to lessen the load on the GPU.

Why? Well, ray tracing isn’t brand-new. It’s actually been around for quite some time. Pixar uses ray tracing techniques to create many of its movies, but high-fidelity, frame-by-frame graphics at the resolutions Pixar achieves take time.

A lot of time. Some frames in Monsters University took a reported 29 hours each. Toy Story 3 took an average of 7 hours per frame, with some frames taking 39 hours according to a 2010 story from Wired.

Because the film illustrates the reflection of light from every surface to create the graphical style everyone has come to know and love, the work load is almost unimaginable. By limiting ray tracing techniques to only what the eye can see, games can utilize the technique without causing your graphics processor to have a (literal) meltdown.

Take a look at the image below.

That’s not a photograph, despite how real it looks. It’s a ray-traced image. Try to imagine how much power is required to create an image that looks like this. One ray can be traced and processed without much trouble, but what about when that ray bounces off an object?

A single ray can turn into 10 rays, and those 10 can turn into 100, and so on. The increase is exponential. After a point, bounces and reflections beyond tertiary and quaternary display diminishing returns. In other words, they require far more power to calculate and display than they are worth. For the sake of rendering an image, a limit has to be drawn somewhere.  

Now imagine doing that 30 to 60 times per second. That is the amount of power required to use ray tracing techniques in games. It’s certainly impressive, right?

The attainability of graphics cards capable of ray tracing will go up as time goes on, and eventually this technique will become as readily available as 3D graphics. For now, though, ray tracing is still considered the cutting-edge of computer graphics. So how does path tracing come into play?

What is Path Tracing?

Path tracing is a type of ray tracing. It falls under that umbrella, but where ray tracing was originally theorized in 1968, path tracing didn’t come onto the scene until 1986 (and the results were not as dramatic as those now.)

Remember the exponential increase in rays mentioned earlier? Path tracing provides a solution to that. When using path tracing for rendering, the rays only produce a single ray per bounce. The rays do not follow a set line per bounce, but rather shoot off in a random direction.

The path tracing algorithm then takes a random sampling of all of the rays to create the final image. This results in sampling a variety of different types of lighting, but especially global illumination.

An interesting thing about path tracing is that the effect can be emulated through the use of shaders. A shader patch appeared recently for a Nintendo Switch emulator that allowed players to emulate path traced global illumination in titles like The Legend of Zelda: Breath of the Wild and Super Mario Odyssey. While the effects look nice, they aren’t as complete as true path tracing.

Path tracing is just one form of ray tracing. While it was hailed as the best way to render images, path tracing comes with its own flaws.

But in the end, both path tracing and ray tracing result in absolutely beautiful images. Now that the hardware in consumer-grade machines has reached a point that ray tracing is possible in real-time in video games, the industry stands poised to make a breakthrough that’s almost as impressive as the step from 2D to 3D graphics.

However, it will still be some time—several years at least—before the necessary hardware will be considered “affordable.” As of now, even the necessary graphics cards cost well over $1,000.

Related posts

• Come capovolgere il testo su un percorso in Illustrator

• 3 modi per prendere un Photo or Video su un Chromebook

• Come Detect Computer & Email Monitoring o Spying Software

• Appartamento Panel Display Technology Demystified: TN, IPS, VA, OLED e altro ancora

• Come girare o disattivare Caps Lock su Chromebook

• Come inviare un Anonymous Text Message che non può Be Traced Back a te

• Come Download and Install Peacock su Firestick

• Best Camera Settings Per Portraits

• Come cambiare la lingua su Netflix5

• Come Fix Disney Plus Error Code 83

• Come disattivare un Facebook Account invece di eliminarlo

• DVI vs HDMI vs DisplayPort - Che cosa è necessario sapere

• Come rimborsare un Game su Steam

• Come usare Discord Spoiler Tags

• Come fare qualsiasi Wired Printer Wireless in modi 6 Different

• Quale Do BCC and CC Mean? Comprensione Basic Email Lingo

• Come Insert Emoji in Word, Google Docs and Outlook

• Come Fix Hulu Error Code RUNUNK13

• 8 Ways per ottenere più crediti su udible

• 8 Ways per far crescere il tuo Facebook Page Audience