Işın İzleme (Ray Tracing) Nedir? (Ve PC Oyunlarında Ne Anlama Geliyor)

Son zamanlarda oyun oynarken gözlerinizin daha da büyüdüğünü fark ettiniz mi? Eğer öyleyse, bunun nedeni oyun alanında yavaş yavaş yayılan yeni bir teknik olabilir. PC oyunlarındaki en son, en muhteşem görsel geliştirmeler, özel donanımla gerçek zamanlı olarak ancak son zamanlarda mümkün hale gelen ışın izleme sayesinde size sunuluyor.

Işın izleme, PC oyunlarında yaygın olarak başvurulsa da, Microsoft'un Xbox Series X ve Sony'nin PlayStation 5'i de gerekli donanıma ve onu destekleyen büyüyen bir oyun kitaplığına sahiptir. Bu makale, ışın izlemenin geleneksel rasterleştirmeden nasıl farklı olduğunu, oyunun geleceği için neden önemli olduğunu ve tabii ki ışın izlemenin bir sonraki oyun PC'nizi (bu bir oyun masaüstü bilgisayarı veya oyun dizüstü bilgisayarı) veya konsolu satın almanızı etkileyip etkilemeyeceğini ele alıyor.

Işın İzlemenin Temelleri

Işın izleme, bilgisayar tarafından oluşturulan bir sahneyi aydınlatmak için iyi çalışan bir tekniktir. Konsept yeni değil; yeni olan, onu verimli bir şekilde çekmek için bilgi işlem kasına ulaşmaktır.

Bir nesneye ışın çektiğinizi ve yüzeyden nasıl yansıdığını takip ettiğinizi hayal edin, tıpkı karanlık bir odaya girip bir el feneri tutmak gibi. Ardından, sahnenin nasıl görünmesi gerektiğini bulmak için dönen (ve yapmayan) ışınları kullanarak birçok ışın çektiğinizi hayal edin. Örneğin, geri dönmeyen ışınlar muhtemelen bir nesne tarafından engellendi ve böylece bir gölge oluşturdu. (Konsepti radarın nasıl çalıştığıyla aynı şekilde düşünmek çok uzak değil.)

Bu temel açıklama, ışın izlemenin gerçek dünya aydınlatmasıyla nasıl paralellik gösterdiğini vurgular: Gözünüze ulaşan ışık, beyninize ne gördüğünüzü söyler. Animasyon filmler onlarca yıldır ışın izlemeyi kullanıyor; Örneğin, Pixar'ın Toy Story'si 1995'te onu ilgi odağı haline getirdi ve o zamandan beri işlemede büyük adımlar atıldı.

Bununla birlikte, film endüstrisi ışın izlemeyi kullandığından beri, video oyunları, 3D dünyaları oluşturmak için farklı bir tekniğe, rasterleştirmeye güvendi. Ancak bunun arkasındaki nedenlere geçmeden önce ışın izlemeyi rasterleştirme ile karşılaştıralım.

Temel Bilgiler: Işın İzlemeye Karşı Rasterleştirme

Rasterleştirme, sahne oluşturmaya yönelik nesne tabanlı bir yaklaşımdır. Her nesne önce renkle boyanır, ardından sadece göze en yakın pikselleri gösterecek şekilde mantık uygulanır. Buna karşılık, ışın izleme önce pikselleri renklendirir, ardından onları daha sonra nesnelerle tanımlar. Basit... bu her şeyi açıklıyor, değil mi?

Pek değil, yani şöyle düşün. Rasterleştirme, gerçekçi görseller oluşturmak için özel teknikler ve ince ayar gerektirir. Örneğin, bir oyunun işleme hattı, bir nesne üzerindeki piksellerin belirli bir desene sahip olduğu belirli bir efekti uygulamak için uyarlanabilir ve optimize edilebilir. Doğal olarak, bu tür bir mantık nesneden nesneye ve sahneden sahneye değişecektir. Geliştiricinin bundan yararlanmak için çaba göstermesi gerekir, ancak bilgisayar orantılı miktarda işlem gücü olmadan karmaşık bir sahneyi oluşturabileceğinden, verimlilikte karşılığını verebilir.

Işın izleme, ışık ışınlarının çekilmesine dayandığından, rasterleştirmeden daha genel bir şekilde uygulanma eğilimindedir. Sonuç olarak, onunla görsel sonuçlar elde etme teknikleri, bu ışınların nasıl kullanıldığına dayanmaktadır. Örneğin, daha yumuşak gölgeler ve yansımalar, daha fazla ışın çekilmesini gerektirirken, hareket ve bulanıklaştırma efektleri, ışın zamanlamasının veya ışınların başlangıç ??noktasının değiştirilmesini gerektirebilir.

Tüm anlatılanlar, rasterleştirme ve ışın izleme aynı sonucu (veya en azından buna yakın) elde etmek için kullanılabilir. Şimdi neden birinin diğerine tercih edileceğini keşfedelim.

Yaygın Oyunlar, Işın İzleme ile Tanışıyor

On yıllar önce, rasterleştirme video oyunlarında yerini aldı, çünkü bunu yapmak için gereken donanım, ışın izleme için gerekli olanın aksine, ana akım alıcıların erişebileceği kadar uygun fiyatlıydı. Bu hala büyük ölçüde doğrudur; oyun grafik kartları rasterleştirme için optimize edilmiştir ve uzun yıllar boyunca öyle kalacaktır.

Işın izlemenin ana akım oyunlara yolculuğu, 2018'de Nvidia'nın GeForce RTX 2080 formundaki GeForce RTX masaüstü kart serisinin piyasaya sürülmesiyle başladı. Nvidia, ikinci nesil GeForce RTX 3000 serisi kartlarını 2020'de piyasaya sürdü (başlığı GeForce RTX 3080'dir), ve rakip AMD, Radeon RX 6000 serisi ile hızla onu takip etti.

Kısacası, ışın izlemenin oyun sahnesine girmesi çok uzun sürdü, çünkü onu çekecek bilgi işlem kaynakları, ana akım benimsemeye izin verecek fiyatlarla ulaşılamazdı. Kabul edilirse, giriş maliyeti hala nispeten yüksek - ne AMD ne de Nvidia henüz donanım ışın izlemeli düşük kaliteli bir masaüstü grafik kartı sunmuyor. Şu anda, donanımda ışın izleme yapabilen "giriş seviyesi" video kartı, 2019'da 349 $ gibi çok da yüksek olmayan bir bütçeyle piyasaya sürülen ve bu günlerde çoğu kaynaktan çok daha fazla satan GeForce RTX 2060'tır.

Yine de, bir noktada fiyatlar istikrar kazanacak. ve sahne, özellikle en yeni oyun konsolları partiye katıldığından beri, ana akım benimsenmeye devam edecek.

Işın İzleme ile Görsel İyileştirmeler

Işın izlemenin yalnızca oyun grafiklerinin kapısına dayandığını anlamak önemlidir. Bunun nedeni, tüm bir oyunu gerçek zamanlı ışın izlemede oluşturmanın bugünün donanımının yeteneklerinin çok ötesinde olmasıdır. Işın izlemeyi destekleyen oyunlar, onu yalnızca belirli efektler için, özellikle de gölgeler ve aydınlatmayla ilgili olanlar için kullanır, diğer her şey hala rasterleştirilir.

İlk olarak, terminoloji hakkında hızlı bir başlangıç. Nvidia'nın RTX markalı kartları - örneğin GeForce RTX 2060 veya RTX 3080 - Nvidia'nın genel olarak "RTX" olarak adlandırdığı özel bir grafik işleme uygulamasını kullanır. Bu uygulama, oyun motorunda ışık yollarını oluşturmak için DirectX 12'yi ve daha özel olarak DirectX Raytracing API'sini (DXR) kullanabilir.

Bu arada DXR, Nvidia'nın donanımından bağımsız olarak veya onunla birlikte çalışabilen bir ışın izleme API'sidir. Örneğin, Crysis oyununun geliştiricileri, birkaç yıl önce, bir AMD Radeon RX 5000 serisi kartta (yerleşik RT çekirdeği olmayan bir GPU) ışın izlemeli yansımalar çalıştıran kendi Crytek motorlarının bir demosunu göstermişti, ancak performans beklenen şekilde yavaştı. . Aynı demoyu bir AMD Radeon RX 6000 Serisi kartta, yerleşik RT çekirdekleri ile birlikte çalıştıracak olsaydınız, DXR sahnesini önemli ölçüde daha hızlı işlerdi.

RT çekirdekleri (ışık ışınlarının matematiğini kırmak için uzmanlaşmıştır), AMD veya Nvidia markalı herhangi bir grafik kartının DXR'yi daha hızlı çalıştırmasına yardımcı olur, ancak DXR'nin çalışması için RT çekirdeğine ihtiyacı yoktur.

Işın izlemenin bir oyunu görsel olarak nasıl iyileştirebileceğini görelim. Nvidia GeForce RTX ekran kartlarında ışın izlemeli gölgeleri destekleyen PC için Square Enix'in Shadow of the Tomb Raider oyununda aşağıdaki ekran görüntüsü çiftlerini aldım. Özellikle, yerdeki gölgelere bakın.

Rasterized gölgeler

Işın izlemeli gölgeler (Ultra oyun içi ayarı kullanarak)

Işın izlemeli gölgeler, daha sert rasterleştirilmiş sürümlere kıyasla daha yumuşak ve daha gerçekçi. Karanlıkları, bir nesnenin ne kadar ışığı engellediğine ve hatta gölgenin içinde bile değişiklik gösterirken, rasterleştirme her nesneye sert bir kenar veriyor gibi görünüyor. Rasterleştirilmiş gölgeler hala kötü görünmüyor, ancak oyunu ışın izlemeli gölgelerle oynadıktan sonra geri dönmek zor.

Şu anda, oyunlardaki ışın izleme desteği, özelliğin AMD ve Nvidia kartları için ayrı olarak uygulanması gerektiğinden biraz kutuplaşıyor. Daha fazla oyun Nvidia kartlarını destekliyor çünkü Nvidia, 2020'ye kadar ışın izleme özellikli grafik kartları üreten tek kişiydi, ancak daha fazla oyun her iki çeşidi de desteklemeye başlıyor. İkincisine örnek olarak Cyberpunk 2077, Dirt 5, Godfall ve World of Warcraft: Shadowlands verilebilir.

Işın İzleme: Performans Etkisi

PC grafikleri söz konusu olduğunda, her şeyin bir bedeli vardır ve ışın izlemenin görsel özellikleri de bir istisna değildir. Bunu etkinleştirmek genellikle etkisi oyundan oyuna değişen bir performans cezasıyla sonuçlanır.

Örneğin Shadow of the Tomb Raider oyunundaki yerleşik kıyaslamayı ele alalım. AMD Ryzen 9 5900X işlemci, GeForce RTX 3080 grafik kartı ve 32 GB belleğe sahip, oyun oynamaya hazır bir masaüstünde çalıştırdım. Aşağıda sunulan ve iki çözünürlükte test edilen sayılar, saniyedeki ortalama kare sayısıdır (fps). Sorunsuz oyun için en az 60 fps gereklidir.

Shadow of the Tomb Raider Benchmark

(En yüksek ayarlar, DLSS Açık)

Işın izlemeden elde edilen çift haneli performans isabetleri önemlidir ve bunun performans arttırıcı DLSS özelliği açıkken olduğunu unutmayın. DLSS, ışın izlemenin hesaplama yükünün kare hızları üzerindeki etkisini azaltmaya yardımcı olabilecek, belirli oyunlarda desteklenen Nvidia'ya özgü bir özelliktir. DLSS büyük umut vaat ediyor, ancak oyunun bunu desteklemesi gerekiyor. Bu günlerde ivme kazanırken, buna verilen destek evrensel olmaktan uzak.

Unutmayın, bu performans değiş tokuşu sadece gölge ve ışık efektleri uygulamaktan gelir, bu nedenle günümüz teknolojisi gerçekten de bir oyunun tamamını oluşturmak için ışın izlemeyi kullanmaktan çok uzaktır. Bununla birlikte, bu oyun daha az olumsuz performans etkisine sahip ışın izlemeli gölge ayarlarına sahip olduğundan, performans isabetleri bu durumda en kötü senaryodur.

Oyun optimizasyonundan da bahsetmek gerekiyr. Geliştiriciler kuşkusuz, rasterleştirmede olduğu gibi ışın izlemeyi daha iyi optimize etmeyi öğreneceklerdir, bu nedenle mevcut donanımdan daha fazla ışın izlemeli efekt elde etmek mümkün hale gelmelidir. (Yine, rasterleştirmenin ne kadar ilerlediğine bakın.)

DLSS de yardımcı olacak bir yaklaşımdır ve zaman geçtikçe DLSS'nin iyileştirilmesini ve genişletilmesini bekliyoruz. AMD ayrıca "Süper Çözünürlük" olarak adlandırılan kendi DLSS tarzı performans tasarrufu sağlayan alternatifi üzerinde çalışıyor. Süper Çözünürlük, Microsoft'un DirectML ekibiyle birlikte geliştirilmektedir ("ML", "makine öğrenimi"nin kısaltmasıdır). Ancak AMD, teknolojinin hala bir çıkış yolu olduğunu ve muhtemelen en erken 2022 yılına kadar onunla çalışan herhangi bir oyun görmeyeceğimizi söylüyor.

Işın İzlemeli Bir Gelecek: Yavaşça Oluşuyor

Günümüz oyunlarında ışın izlemenin sınırlı uygulamalarına rağmen, kalıcı olmaya devam ediyor. AMD, donanım ışın izleme desteğine sahip Radeon grafik kartlarını tanıtarak Nvidia'yı takip ettiğinden beri yazı duvara asıldı. Xbox Series X ve PlayStation 5'teki donanım ışın izleme desteği, bu noktayı evlerimize daha da yakınlaştırıyor.

Konsol oyuncuları için ışın izlemeyi benimseme seçimi yapıldı. Ayrıca, en son modellerin tümü donanım ışın izlemeyi desteklediğinden, modern orta ila üst düzey grafik kartları satın alan PC oyuncuları için yapılmıştır, ancak soru, daha eski veya daha düşük kaliteli grafik kartlarına sahip oyuncuların mı yoksa piyasadakilerin mi yükseltmesi gerektiği sorusudur.

Kısacası, görsel farklılıkların paraya değdiğini belirlemediğiniz sürece, donanım ışın izlemeyi destekleyen bir grafik kartına yatırım yapmak zorunda değilsiniz. Işın izleme şu anda oyun için çok az avantaj sağlıyor, bu nedenle basit bir eğlenceye dönüşüyor.

Grafik kartlarının mevcut sınırlı bulunabilirliği ve yüksek fiyatları, ışın izlemeyi olması gerekenden daha büyük bir yatırım haline getiriyor, bu nedenle bir GeForce RTX veya Radeon RX 6800 kartı alacak kadar şanslı değilseniz, ışın izlemeyi istek listesinde tutmak ve parayı oyunlar için kullanmak mantıklı olabilir. Bu strateji uzun vadede daha da iyi sonuç verebilir, çünkü beklerken ışın izleme desteği eklenmiş satın aldığınız herhangi bir oyunu yeniden deneyimleyebileceksiniz.