PowerVR GR6500, или Как правильно использовать метод трассировки лучей

Компания Imagination Technologies двумя неделями ранее анонсировала свой новый графический процессор PowerVR GR6500, который имеет одно значимое преимущество перед всеми видеопроцессорами на рынке. Это уникальный графический процессор, включающий в себя блок RTU (Ray Tracing Unit), который создан специально для работы с трассировкой лучей, и основанный на самой свежей архитектуре PowerVR Wizard.

Для начала давайте определим, что же такое трассировка лучей? Трассировка лучей нужна, в первую очередь, для более реалистичных теней, освещения, отражений. Данный метод неидеален и имеет ряд недостатков, однако качество картинки при его использовании настолько высоко, что обычному пользователю будет сложно определить, где настоящая фотография, а где лишь 3D-сцена.

3D-объекты способны отражать падающий свет, преломлять его (если речь идет о прозрачных объектах). Существуют также лучи, которые способны как преломлять, так и отражать свет, например, если речь идет о хрустальной вазе. Свет, падающий на неё, будет как отражаться, так и проходить сквозь вазу.

Для каждого пикселя монитора нужно определить, каким будет его цвет, то есть как сильно подсветить субпиксели (RGB). Представьте, что от вашего глаза через каждый пиксель на 3D-объекты проецируется луч, который столкнется с первым попавшимся объектом, после чего в зависимости от материала объекта и его геометрии будет учитываться вид и направление нового луча.

Если объект прозрачный — луч преломляется, если объект имеет отражающую поверхность, новый луч отражается, в третьем случае от точки пересечения с объектом исходит как отражающий, так и преломленный дополнительные лучи. Если после того, как луч отразился или преломился от объекта, он столкнется с еще одним объектом, возникнут новые дополнительные лучи, которые будут вести себя так же, как и в случае с первым пересечением.

При столкновении с точкой возникает еще один дополнительный луч, который отвечает за тень. Луч тени движется от точки пересечения ко всем источникам света, и если на пути к источнику луч столкнется с преградой (другим 3D-объектом), появится тень на месте, откуда начал своё движение наш луч.

Таким образом, данный метод очень эффективен и визуально более продвинут. Однако в одной сцене может быть огромное количество объектов и источников света, что ведет к большим проблемам производительности. Суперкомпьютеру потребуется несколько часов, чтобы провести анализ сложной сцены, обычный ПК потратит дни, а для вашего смартфона это станет огромной проблемой, решение которой кроется в GR6500.

Его особенность заключается в дополнительном блоке трассировки лучей. Данный блок отвечает за отслеживание направления лучей, пересекающихся с объектами.

Мы подошли к проблеме иначе. Пока другие на рынке были сфокусированы на решении отслеживания лучей с использованием ГПУ, мы решили использовать новый подход, применяя наши знания в растровой графике,» — Люк Петерсон, директор исследований Imagination.

В сравнении с вычислениями с использованием ГПУ или трассировки лучей, основанной на программном обеспечении, использование отдельного аппаратного обеспечения делает GR6500 в 100 раз более эффективным.
Imagination Technologies показала пример сравнения метода трассировки лучей с обычным методом растрового изображения теней:

Как видно, трассировка лучей позволила получить более четкие и правильные тени.

Кроме того, использование метода, основанного на аппаратном обеспечении, существенно снизило потребление памяти в сравнении с растровым изображением теней. В одной из сцен было использовано 150 МБ памяти в случае с растровым изображением теней и 62 МБ с использованием трассировки лучей.
Ниже представлено более детальное сравнение:

Каковы итоги? Да, на рынке пока нет смартфонов с данным графическим процессором, да и игры с использованием трассировки лучей найти сегодня сложно (если вообще возможно). Разработчикам нужно как можно скорее внедрить данный метод в свои игры. Между тем производители не должны ждать остальных и начать запуск смартфонов с данным видеоускорителем. А что скажут наши читатели?

По материалам androidauthority