Wat is raytracing?
In het aspect van computergraphics is Ray Tracing een renderingtechniek die de fysieke kenmerken van een licht simuleert, waardoor realistische verlichting, schaduwen en effecten aan games worden toegevoegd. Het bootst na hoe een lichtstraal weerkaatst op objecten vanaf een vast punt, en illustreert de weerkaatsing van licht vanaf elk oppervlak. Het hele proces verbetert op zijn beurt de beeldkwaliteit, waardoor kijkers een meer meeslepende ervaring krijgen. De techniek wordt al lang gebruikt in 3D-films en vond uiteindelijk zijn weg in computergames op hoog niveau die visuele effecten van filmische kwaliteit bieden. Ray Tracing is een game-changer in de gamewereld en is een voorkeursrenderingtechniek dan rasterisatie, die beperkingen heeft bij het weergeven van de ware kleuren van objecten.
Ray Tracing in Nvidia GPU's
Als toonaangevende fabrikant van grafische kaarten is Nvidia altijd gedurfd geweest in het experimenteren met nieuwe manieren om de visuele kwaliteit van zijn producten te verbeteren. Vanaf september 2018 brengt Nvidia grafische kaarten uit met Ray Tracing-functies. Nvidia's Turing-architectuur is het eerste GPU-ontwerp met speciale hardware, of RT-cores, voor realtime Ray Tracing-verwerking.
Wat zijn RT-kernen?
Ray Tracing is meestal gereserveerd voor niet-realtime toepassingen omdat de rekentijd die nodig is om de raytracing-bewerking te verwerken veel langer is dan bij andere visuele effecten. Nvidia maakte een doorbraak door hardware te integreren in hun architecturale ontwerpen met als enig doel realtime raytracing te berekenen. Deze toegevoegde hardware, bekend als RT Cores, is ingehuldigd in Nvidia's Turing-gebaseerde RTX grafische kaarten. Dit was ook 's werelds eerste grafische kaart voor consumenten met ondersteuning voor raytracing op hardwareniveau
RT-cores berekent de kleuren van de pixels terwijl een lichtstraal van het ene punt naar het andere gaat. Het proces wordt complexer wanneer er een veelheid aan lichtbronnen is. Bovendien maken verschillende processen die betrokken zijn bij ray tracing, zoals Ray Casting, Path Tracing, BVH (Bounding Volume Hiërarchie) en Denoising Filtering, het een rekenintensieve techniek. BVH is het meest tijdrovende onderdeel van raytracing-berekeningen en de RT-Cores versnellen de BVH-traversal voor realtime raytracing. Afgezien van de RT-Cores, is er nog een set hardware in Nvidia GPU's die een rol spelen bij het bieden van realtime raytracing. De Tensor Cores, ontworpen voor versnelling van kunstmatige intelligentie, helpen ook bij realtime ruisonderdrukking en versnellen raycasting.
Nvidia grafische kaarten met ondersteuning voor Ray Tracing
Nvidia-kaarten met RT Cores is een grote sprong voorwaarts voor de wereldberoemde fabrikant van grafische kaarten. Dit is echter op hardware gebaseerd en eerdere releases van grafische kaarten hebben dergelijke functies niet. Omdat ray tracing een enorme aantrekkingskracht heeft op consumenten, heeft Nvidia de functie ook beschikbaar gemaakt voor oudere grafische kaarten. Omdat oudere architecturen geen RT Cores in hun ontwerpen bevatten, heeft Nvidia raytracing-rendering mogelijk gemaakt via game-ready drivers.
Nvidia grafische kaarten met hardware-niveau Ray Tracing
De eerste generatie RT-Cores was te zien in de RTX 20-serie van Nvidia. De RTX 2080 was de eerste in de RTX 20-serie die de architectuur van Turing liet zien. Daarna volgden RTX 2080 Ti, RTX 2070 en RTX 2060. Titan RTX staat ook in de line-up.
In september 2020 introduceerde Nvidia Turing's opvolger, de Ampere, die is uitgerust met de tweede generatie RT-cores. De Ampere biedt enorme upgrades in RT-Cores en Tensor Cores-snelheden, waardoor de RT-Core-snelheid wordt verhoogd tot 58 RT-TFLOPS, 1,7x hoger dan die van Turing, wat zorgt voor een veel snellere raytracing-weergave en verbetering van de beeldkwaliteit. Evenzo heeft de Ampere meer dan twee keer de Tensor Cores-snelheid van Turing met 238 Tensor-TFLOPS. De Ampere vormt de kern van de tweede generatie GPU van RTX; de RTX 30-serie omvat de Titan-klasse RTX 3090, RTX 3080, RTX 3070 en de meest recent uitgebrachte RTX 3060.
Nvidia grafische kaarten met raytracing op softwareniveau
Nvidia maakte een nieuwe doorbraak door ray tracing mogelijk te maken in geselecteerde grafische kaarten zonder speciale RT-cores. Dit is goed nieuws voor gamers die de oudere modellen gebruiken die nog niet overwegen de grafische kaarten te upgraden, maar de visuele voordelen van de ray-tracing-techniek willen ervaren. GeForce GTX 1060 grafische kaarten van 6 GB en hoger kunnen nu profiteren van raytracing-mogelijkheden via DirectX Raytracing (DXR). Hieronder vindt u de lijst met Nvidia-kaarten die geschikt zijn voor raytracing via DXR:
- GeForce GTX 1660 Ti
- GeForce GTX 1660
- Nvidia Titan XP (2017)
- Nvidia Titan X (2016)
- GeForce GTX 1080 Ti
- GeForce GTX 1080
- GeForce GTX 1070 Ti
- GeForce GTX 1070
- GeForce GTX 1060 6GB
Vanwege het ontbreken van speciale hardware voor raytracing, kunnen de GTX-kaarten alleen elementaire raytracing-effecten bieden. De shader-cores verwerken de ray-tracing-berekeningen en deze extra werkbelasting voor de shader-cores zal de prestaties van de GPU beïnvloeden. Desalniettemin kunnen gamers met raytracing-mogelijkheden een aantrekkelijkere visuele ervaring ervaren.
De toekomst van Ray Tracing in Nvidia
De prestaties van de Ampere zijn al meer dan bevredigend na een verdubbeling van de verwerkingssnelheden van Turing. Maar ook al is hij nog vers uit de oven, er gaan al geruchten over zijn opvolger, de Lovelace. We kunnen nieuwe ontwikkelingen in ray-tracing berekeningen verwachten in deze nieuwe GPU-architectuur. Evenzo is er naar verwachting al een nieuwe generatie RTX grafische kaarten in de maak. De toekomst van ray tracing ziet er rooskleurig uit, aangezien Nvidia GPU-architecturen blijft ontwikkelen die de honger van de consument naar een betere game-ervaring zouden stillen.