หากคุณเคยดู ข่าวเกี่ยวกับเกมและกราฟิก^{(gaming and graphics news)}แม้แต่นิดเดียว แสดง ว่าคุณเคยได้ยินคำศัพท์ล่าสุดและยิ่งใหญ่ที่สุด: ray tracing ^{(ray tracing)}คุณอาจเคยได้ยินคำที่ฟังดูคล้ายคลึงกันที่เรียกว่าการติดตามเส้นทาง ^{(path tracing)}และคุณอาจได้รับการอภัยโดยสิ้นเชิงเพราะไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ว่ากระบวนการใดกระบวนการหนึ่งคืออะไร

คำอธิบายง่ายๆ คือทั้งการติดตามเส้นทางและการติดตามรังสี^{(ray tracing)}เป็นเทคนิคกราฟิกที่ทำให้ได้ภาพที่ดูสมจริงยิ่งขึ้นโดยใช้พลังในการคำนวณที่มากขึ้นอย่างเห็นได้ชัด มี วิดีโอ Minecraft^{(Minecraft video)}บนYouTubeที่แสดงให้เห็นลักษณะเฉพาะของการติดตามรังสีอย่างชัดเจน แต่ยังแสดงให้เห็นถึงความเครียดที่เกิดขึ้นกับระบบ

หากนั่นเป็นคำอธิบายเดียวที่คุณต้องการ เยี่ยมเลย! แต่ถ้าคุณต้องการเจาะลึกและค้นหาว่าแต่ละเทคนิคทำงานอย่างไร และเหตุใด บริษัท ฮาร์ดแวร์ GPU^{(GPU hardware)}จึงเรียกเก็บเงินจำนวนเล็กน้อยสำหรับการ์ดที่สามารถใช้ Ray Tracing ให้อ่านต่อไป

Rasterization และคอมพิวเตอร์กราฟิก

ภาพใดๆ ที่คุณเห็นบนหน้าจอคอมพิวเตอร์^{(computer screen)}ไม่ได้เริ่มเป็นภาพนั้น โดยเริ่มต้นเป็นภาพแรสเตอร์หรือภาพเวก^{(vector image)}เตอร์ ภาพแรสเตอร์^{(raster image)}ประกอบด้วยคอลเล็กชันพิกเซลที่แรเงา

ภาพเวกเตอร์^{(vector image)}ใช้สูตรทางคณิตศาสตร์ ซึ่งหมายความว่ารูปภาพนั้นสามารถขยายขนาดได้เกือบจะไม่มีกำหนด ข้อเสียของภาพเวกเตอร์^{(vector image)}คือรายละเอียดที่แม่นยำกว่านั้นทำได้ยาก ใช้ภาพ เวกเตอร์^(Vector)ได้ดีที่สุดเมื่อต้องการเพียงไม่กี่สี

จุดแข็งหลักของการแรสเตอร์ไลซ์คือความเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเปรียบเทียบกับเทคนิคต่างๆ เช่น การติดตามรังสี GPU หรือหน่วยประมวลผลกราฟิก ของคุณจะบอกเกมให้สร้างภาพ 3 มิติจากรูปทรงขนาดเล็ก ซึ่งส่วนใหญ่มักจะเป็นรูปสามเหลี่ยม สามเหลี่ยมเหล่านี้จะกลายเป็นแต่ละพิกเซลแล้วใส่ผ่าน shader เพื่อสร้างภาพที่คุณเห็นบนหน้าจอ

Rasterization เป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับกราฟิกวิดีโอเกมมาเป็นเวลานานเนื่องจากสามารถประมวลผลได้เร็วเพียงใด แต่เมื่อเทคโนโลยีปัจจุบันเริ่มที่จะก้าวข้ามขีดจำกัด เทคนิคขั้นสูงจึงมีความจำเป็นมากกว่าที่จะก้าวไปสู่ระดับถัดไป นั่นคือที่มาของการติดตามรังสี

การติดตามด้วย รังสี^(Ray)จะดูสมจริงกว่าการแรสเตอร์อย่างมาก ดังที่แสดงในภาพด้านล่าง ดูเงาสะท้อนบน หม้อชา^{(tea pot)}และช้อน

Ray Tracing คืออะไร?

ที่ระดับพื้นผิว^{(surface level)}การติดตามรังสี^{(ray tracing)}เป็นคำในร่มที่หมายถึงทุกอย่างตั้งแต่จุดตัดของแสงและวัตถุเพียงจุดเดียว ไปจนถึงความสมจริงของแสงที่สมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม ในบริบททั่วไปที่ใช้กันมากที่สุดในปัจจุบันการติดตามรังสี^{(ray tracing)}หมายถึงเทคนิคการเรนเด^{(rendering technique)} อร์ ที่ติดตามลำแสง (เป็นพิกเซล) จากจุดที่ตั้งไว้^{(set point)}และจำลองว่าจะตอบสนองอย่างไรเมื่อสัมผัสกับวัตถุ

ใช้เวลาสักครู่แล้วมองไป^{(moment and look)}ที่ผนังห้องที่คุณอยู่ มีแหล่งกำเนิดแสงบนผนังหรือมีแสงสะท้อนจากผนังจากแหล่งอื่นหรือไม่? กราฟิกที่ลากเส้นด้วย รังสี^(Ray)จะเริ่มต้นที่ดวงตาของคุณและตามแนวสายตาของคุณไปที่ผนัง จากนั้นเดินตามเส้นทางของแสงจากผนังกลับไปยังแหล่งกำเนิดแสง

แผนภาพด้านบนแสดงวิธีการทำงาน สาเหตุของ "ดวงตา" ที่จำลองขึ้น (กล้องในแผนภาพนี้) คือการลดภาระการทำงานของGPU

ทำไม? ก็คือ Ray Tracing นั้นไม่ใช่ของใหม่ ^{(t brand-new)}จริงๆ มันก็มีมานานแล้วนะ Pixarใช้เทคนิค Ray Tracing เพื่อสร้างภาพยนตร์หลายเรื่อง แต่กราฟิกแบบเฟรมต่อเฟรมที่มีความเที่ยงตรงสูงที่ความละเอียดที่Pixarทำได้ต้องใช้เวลา

เวลา เยอะ^{(A lot)} . บางเฟรมในMonsters Universityใช้เวลาประมาณ 29 ชั่วโมงในแต่ละ เฟรม Toy Story 3ใช้เวลาเฉลี่ย 7 ชั่วโมงต่อเฟรม โดยบางเฟรมใช้เวลา 39 ชั่วโมงตามเรื่องราวในปี 2010 จากWired

เนื่องจากภาพยนตร์เรื่องนี้แสดงให้เห็นถึงการสะท้อนแสงจากทุกพื้นผิวเพื่อสร้างสไตล์กราฟิกที่ทุกคน^{(style everyone)}รู้จักและชื่นชอบภาระงาน^{(work load)}จึงแทบเป็นไปไม่ได้เลย ด้วยการจำกัดเทคนิค Ray Tracing ไว้เฉพาะสิ่งที่ตามองเห็น เกมสามารถใช้เทคนิคนี้โดยไม่ทำให้โปรเซสเซอร์กราฟิกของคุณล่ม (ตามตัวอักษร)

ลองดูที่ภาพด้านล่าง

นั่นไม่ใช่ภาพถ่าย แม้จะดูเหมือนจริงแค่ไหนก็ตาม มันเป็นภาพที่ฉายรังสี ลองจินตนาการว่าต้องใช้พลังมากแค่ไหนในการสร้างภาพที่มีลักษณะเช่นนี้ รังสีหนึ่งเส้นสามารถติดตามและประมวลผลได้โดยไม่มีปัญหา แต่แล้วเมื่อรังสีนั้นกระเด็นออกจากวัตถุล่ะ?

รังสีเดียวสามารถเปลี่ยนเป็น 10 เส้น และ 10 เส้นนั้นสามารถเปลี่ยนเป็น 100 ได้ เป็นต้น การเพิ่มขึ้นเป็นแบบทวีคูณ หลังจากจุดหนึ่ง การกระดอนและการสะท้อนกลับเกินระดับตติยภูมิและควอเทอร์นารีกลับลดน้อยลง กล่าวอีกนัยหนึ่ง พวกเขาต้องการพลังในการคำนวณและแสดงผลมากกว่าที่ควรจะเป็น ในการเรนเดอร์รูปภาพ จะต้องมีการขีด จำกัด ไว้ที่ใดที่หนึ่ง  

ทีนี้ลองนึกภาพว่าทำ 30 ถึง 60 ครั้งต่อวินาที นั่นคือปริมาณพลังงานที่จำเป็นสำหรับการใช้เทคนิค Ray Tracing ในเกม มันน่าประทับใจอย่างแน่นอนใช่ไหม?

ความสามารถในการบรรลุของกราฟิกการ์ดที่สามารถติดตามเรย์^{(ray tracing)}จะเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป และในที่สุดเทคนิคนี้จะพร้อมใช้งานเหมือนกับกราฟิก 3 มิติ สำหรับตอนนี้ray tracingยังคงเป็นคอมพิวเตอร์กราฟิกที่ทันสมัย แล้วการติดตามเส้นทางเข้ามามีบทบาทอย่างไร?

การติดตามเส้นทางคืออะไร?

การติดตามเส้นทาง^{(Path tracing)}เป็นประเภทของการติดตามรังสี ^{(ray tracing)}มันอยู่ภายใต้ร่มนั้น แต่ที่ซึ่งการสืบค้นกลับของรังสี^{(ray tracing)}ถูกตั้งขึ้นในปี 1968 การติดตามเส้นทางไม่ได้มาสู่ที่เกิดเหตุจนกระทั่งปี 1986 (และผลลัพธ์ก็ไม่ได้น่าทึ่งเท่าตอนนี้)

จำการเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณของรังสีที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้หรือไม่? การติดตามเส้นทาง ช่วยแก้ปัญหานั้นได้ ^(Path)เมื่อใช้การติดตามเส้นทางสำหรับการเรนเดอร์ รังสีจะผลิตรังสีเพียงครั้งเดียวต่อการสะท้อน รังสีไม่เป็นไปตามเส้นที่กำหนดไว้^{(set line)}ต่อการเด้งแต่ละครั้ง แต่จะพุ่งออกไปในทิศทางแบบสุ่ม

จากนั้นอัลกอริธึมการติดตามเส้นทางจะสุ่มตัวอย่างรังสีทั้งหมดเพื่อสร้างภาพสุดท้าย ส่งผลให้มีการสุ่มตัวอย่างประเภทของแสงที่แตกต่างกัน แต่โดยเฉพาะอย่างยิ่งการส่องสว่างทั่วโลก

สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับการติดตามเส้นทาง^{(path tracing)}คือเอฟเฟกต์สามารถจำลองได้โดยใช้เฉดสี แพ ทช์ shader^{(shader patch)} ปรากฏขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้สำหรับอีมูเลเตอร์ Nintendo Switch^{(Nintendo Switch emulator)}ที่อนุญาตให้ผู้เล่นเลียนแบบเส้นทางที่ติดตามการส่องสว่างทั่วโลกในชื่ออย่างThe Legend of Zelda: Breath of the WildและSuper Mario Odyssey แม้ว่าเอฟเฟกต์จะดูดี แต่ก็ไม่ได้สมบูรณ์เท่ากับการติดตามเส้นทาง^{(path tracing)} ที่ แท้จริง

การติดตามเส้นทาง^{(Path tracing)}เป็นเพียงรูปแบบหนึ่งของการติดตามรังสี แม้ว่าจะได้รับการยกย่องว่าเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการเรนเดอร์ภาพ แต่การติดตามเส้นทางก็มีข้อบกพร่องในตัวเอง

แต่ในท้ายที่สุด ทั้งการติดตามเส้นทางและการติดตามรังสี^{(path tracing and ray)}ทำให้ได้ภาพที่สวยงามอย่างแท้จริง ขณะนี้ฮาร์ดแวร์ในเครื่องระดับผู้บริโภคได้มาถึงจุดที่การติดตามรังสี^{(ray tracing)}เป็นไปได้ในแบบเรียลไทม์ในวิดีโอเกม อุตสาหกรรมนี้พร้อมที่จะสร้างความก้าวหน้าที่เกือบจะน่าประทับใจพอๆ กับขั้นตอนจากกราฟิก 2D เป็น 3D

อย่างไรก็ตาม อาจต้องใช้เวลา—อย่างน้อยก็หลายปี—ก่อนที่ฮาร์ดแวร์ที่จำเป็นจะถือว่า “คุ้มค่า” ณ ตอนนี้ แม้แต่การ์ดกราฟิกที่จำเป็นก็ยังมีราคาสูงกว่า 1,000 ดอลลาร์

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

If you’ve taken even the slightest glance towards gаming and graphics news latelу, then you’vе heard the latest and greatest buzzword: ray trаcing. You might also have heard a simіlar-soυnding word cаlled path tracing. And yoυ could be totally forgiven for not fully understanding what either onе 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

• วิธีพลิกข้อความบนเส้นทางใน Illustrator

• 3 วิธีในการใช้ Photo or Video บน Chromebook

• วิธีการ Detect Computer & Email Monitoring หรือ Spying Software

• แบน Panel Display Technology Demystified: TN, IPS, VA, OLED และอื่น ๆ

• วิธีเปลี่ยน Caps Lock บนหรือปิดใน Chromebook

• วิธีการ Fix Hulu Error Code RUNUNK13

• DVI vs HDMI vs DisplayPort - สิ่งที่คุณต้องรู้

• 10 Best Ways ถึง Child Proof Your Computer

• วิธีตรวจสอบข้อผิดพลาด Your Hard Drive

• วิธีการ Fix Disney Plus Error Code 83

• คืออะไร Uber Passenger Rating and How เพื่อตรวจสอบมัน

• วิธีแยก Screen บน Chromebook

• 8 Ways เพื่อขยาย Facebook Page Audience ของคุณ

• วิธีการ Insert Emoji ใน Word, Google Docs and Outlook

• 4 Ways เพื่อค้นหาอินเทอร์เน็ตที่ดีที่สุด Options (ISPs) ในพื้นที่ของคุณ

• วิธีการรับ Rid ของ Yahoo Search ใน Chrome

• Best Camera Settings สำหรับ Portraits

• วิธีการแยก Clip ใน Adobe Premiere Pro

• วิธีการ Post บทความเกี่ยวกับ Linkedin (และ Best Times ถึง Post)

• วิธีใช้ VLOOKUP ในแผ่น Google