Wat is ray tracing en is het echt de toekomst van gaming?

(Afbeelding tegoed: Nvidia)

Als je de afgelopen jaren in en rond de game-industrie bent geweest, heb je vast wel eens gehoord van ray-tracing. Er is veel los gepraat over hoe ray tracing de toekomst van gaming vertegenwoordigt, en toekomstige hardware zal zeker speciale middelen nodig hebben om ermee om te gaan. Maar wat is ray tracing, en is de enorme hype-bubbel die er langzaam omheen groeit gerechtvaardigd?

Een bevestigende indicatie is de aankondiging door Mark Cerny in een Bekabelde functie dat Sony's volgende console ray tracing zal ondersteunen door middel van zijn aangepaste AMD Navi GPU. Hij introduceerde zelfs een interessante rimpel: de console kan raytracing niet alleen gebruiken voor visuele effecten, maar ook om positionele audio te simuleren.

Een wereld van licht en schaduw

Zoals elke nieuwe consumentgerichte technologie, wordt raytracing gedeeltelijk versluierd door alle marketingbuzzwoorden die uitgaan van mensen die er belang bij hebben het te verkopen. De waarheid is dat raytracing eigenlijk helemaal niet nieuw is, het is een techniek die filmstudio's al jaren gebruiken in speciale effecten en animatie om scènes te verlichten en een goede reflectie van digitale objecten mogelijk te maken. Weet je nog hoe die exploderende buitenaardse oorlogsschepen gehuld in rook en vuur weerspiegeld werden in Iron Man's helm in The Avengers? Dat is ray tracing op het werk. Wat nieuw is, is de belofte om dit soort weergave in realtime te doen. Het stelt videogames in staat om on-the-fly te bereiken wat Hollywood renderfarms dagen of zelfs weken nodig hebben om te bereiken, steunend op enorm dure hardware om ray tracing te berekenen voor complexe scènes met miljoenen individuele fotonenstralen.

Ray tracing werkt door het simuleren van lichtstralen en de manier waarop ze interageren met objecten en oppervlakken. Het modelleert hoe verlichting de kleur of occlusie per straal beïnvloedt. Voorheen werd verlichting behandeld tijdens rastering, het proces van het vertalen van 3D-veelhoekige modellen naar een 2D-beeld opgebouwd uit pixels. Lichteffecten waren grotendeels 'vervalst', met een engine die bepaalt hoe lichtbronnen in een scène in theorie oppervlakken zouden beïnvloeden op basis van plaatsing en de pixels van dat oppervlak dienovereenkomstig in de schaduw stellen/kleuren. Het is rekenkundig efficiënt, dus het vereist niet het soort belachelijk krachtige, speciale hardware die ray tracing traditioneel heeft, maar het heeft een aantal beperkingen.

Beste grafische kaarten voor pc-gaming

Onze verzameling van de beste grafische kaarten voor pc-gaming, om moderne triple-A-titels van stroom te voorzien, tegen de beste prijzen die u overal kunt vinden.

Met ray tracing kunnen ontwikkelaars simuleren hoe licht in de echte wereld werkt, iets wat onmogelijk is in rastergebaseerde oplossingen. Dit betekent dat scènes natuurlijker verlicht en realistischer lijken, en het betekent ook dat lichtbronnen of reflecterende objecten die niet in beeld zijn, toch nauwkeurig kunnen worden weerspiegeld in de zichtbare scène. De explosie van een offscreen-granaat is bijvoorbeeld nog steeds te zien in de glanzende metalen romp van een Abrams-tank die naar je personage rolt, en schaduwen van andere soldaten die momenteel niet in beeld zijn, kunnen nauwkeuriger worden weergegeven.

Raytracing werkt door een lichtstraal van een pixel op het scherm terug te volgen naar de 3D-scène en te volgen waar en of deze interactie heeft met objecten voordat deze de lichtbron bereikt. Als het een object raakt, of als het wordt gereflecteerd tussen meerdere objecten, of zelfs wordt gebroken door glas of water, worden die gegevens in de pixel weergegeven in termen van licht en kleur.

Het is ook mogelijk om ray tracing te gebruiken in geluidsontwerp, zoals Mark Cerny suggereert, vooral als je op zoek bent naar een snellere, schonere oplossing dan meer traditionele methoden bieden. Als u geluidsgolven als veel kleinere stralen beschouwt, kunt u ze modelleren zoals raytracing-modellen licht, door ze van de bron naar de eindgebruiker te trekken en te beoordelen waar ze interageren met objecten in de omgeving. De moeilijkheid is dat geluidsgolven over het algemeen veel groter zijn dan lichtgolven, tot tien meter of groter, terwijl de golflengte van licht wordt gemeten in nanometers, dus het modelleren ervan als stralen zal onvermijdelijk onnauwkeurigheden veroorzaken. Het is echter zeker mogelijk en zou rekenkundig efficiënter zijn dan de meeste alternatieve oplossingen.

Het hardware-verhaal

Raytracing in Metro Exodus; ingeschakeld in de juiste afbeelding, is dit het duidelijkst in reflecties op sneeuw en water

Het is waarschijnlijk dat je voor het eerst van ray tracing hoorde (ondanks dat je het al jaren in films op het scherm hebt gezien) toen Nvidia begon met het aanprijzen van de ray tracing-mogelijkheden van zijn RTX 20-serie kaarten. Nvidia maakte enorm veel lawaai over hoe zijn RT-kernen de volgende generatie GPU's in staat zouden stellen om voor het eerst ongelooflijke realtime raytracing naar videogames te brengen. Grotendeels was het een truc om de extreem hoge prijzen van de nieuwe kaarten te rechtvaardigen, maar het was niet allemaal een marketinghype - het vertegenwoordigde een behoorlijk verbazingwekkende ongelooflijke technische prestatie, waardoor moderne gaming-pc's om in realtime te doen wat die Hollywood-studio's verschillende orden van grootte langer kostte.

De ontvangst van die kaarten uit de 20-serie was wisselend en de verkoop was lauw, maar misschien nog belangrijker, Nvidia's dominantie van het 'ray tracing in games'-verhaal begint af te brokkelen. Er zijn een aantal struikelblokken geweest, waarvan de eerste en belangrijkste is hoe weinig games momenteel ray tracing ondersteunen en hoe, zelfs in de titels die dat wel doen, het geen opvallende, onmiddellijk merkbare impact heeft op graphics en presentatie. Dit komt natuurlijk niet als een grote verrassing - de meeste nieuwe grafische technologieën, zoals de recente HDR-renaissance, hebben enige tijd nodig om goed te worden uitgerold en geïmplementeerd, maar het lijkt erop dat Nvidia een beetje te ver voor was op de curve en het is in de tussentijd begonnen zijn superioriteit op het gebied van raytracing te verliezen.

Eerst was er het nieuws dat RTX-kaarten niet nodig waren voor ray tracing, zoals aangetoond door een CryEngine-demo . Toen kondigde Nvidia zelf aan dat het de GTX-lijn uitbreidde met Turing-technologie maar zonder speciale ray tracing-hardware, en ten slotte dat het ray tracing-ondersteuning voor GTX-kaarten via een driverupdate. En nu doen er geruchten de ronde dat AMD binnenkort zijn eigen kaarten gaat uitrollen met speciale ondersteuning voor raytracing die qua prestaties de RTX-lijn kunnen evenaren of overtreffen. Aangezien AMD naar verluidt met zowel Sony als Microsoft werkt aan de volgende generatie consoles (waarschijnlijk discrete, aangepaste versies van hun Navi-architectuur), zal het bericht dat AMD-chips binnenkort speciale hardware zullen bevatten om ray tracing te ondersteunen, betekenen dat de volgende generatie consoles waarschijnlijk ook zal spring op de RT-trein.

De weg vooruit verlichten

Ray tracing in Remedy's Northlight engine

Dit is allemaal geen goed nieuws voor Nvidia, althans op de korte termijn, maar geweldig nieuws voor liefhebbers van raytracing. Bredere hardware-ondersteuning betekent dat het werk om raytracing-technologie in games in te bouwen, veel aantrekkelijker zal lijken voor ontwikkelaars, omdat er een publiek zal zijn dat de resultaten kan waarderen. En zelfs voor Nvidia, aangezien ray tracing alomtegenwoordig wordt, zal ook de verkoop van zijn RTX-hardware toenemen, vooral als het bedrijf in staat is de prijzen te comprimeren om de reguliere verkoop te versnellen.

Het is ook goed nieuws voor gamers in het algemeen. Ray tracing maakt nu in praktische zin misschien geen enorme golven, grotendeels omdat de huidige ondersteuning een beetje gehaast of overstag gaat, maar aangezien we games zien die vanaf de sprong zijn gemaakt met ray tracing-ondersteuning in gedachten, zullen de uiteindelijke producten er gaan uitzien veel indrukwekkender. In talloze demo's, eerst van Nvidia en nu van CryEngine en Unity (de game-engine die onlangs ray tracing-tools heeft ingebouwd), hebben we het potentieel van ray tracing gezien en, op de juiste manier geïmplementeerd, is het zo verbluffend als de marketing je wil doen geloven.

Het voordeel is dat ray tracing meer HDR is dan 3D. Het is geen gimmicky, flash-in-the-pan-technologie die er niet in slaagt voet aan de grond te krijgen en het gesprek binnen een jaar te beëindigen. Het is echt een belangrijk onderdeel van de toekomst van games, om ervoor te zorgen dat de volgende generatie games dichter bij de realiteit komt dan ooit tevoren, en het in realtime kunnen leveren is echt een verbluffende innovatie. Het is onvermijdelijk en de belangrijkste vraag rond raytracing is minder 'of' dan 'wanneer'.