Fotorealistik Grafikler İçin Işın İzleme Algoritmaları

Ray Tracing ilk olarak Turner Whitted tarafından 1979 yılında ortaya koyuldu. Günümüzde bu konuda Nvidia ile çalışan bir isim konumunda. RTX teknolojisi, 2018 sonu önde gelen grafik işlemci üreticisi NVIDIA tarafından 10 yıllık AR-GE ürünü olduğu iddia edilen yeni bir grafik işleme teknolojisi.

Ray Tracing (Işın İzleme)

Sistem üç boyutlu görüntülerle donatılmış sanal ortamda, ışık isabet eden her bir objenin yüzeyine temas eden fotonları takip etmeye dayanıyor. Bu tekniği yaygınlaştırmaya çalışan üretici, oyun geliştiriciler ve oyun motoru yapımcılarına çağrı yaparak aldığı karşılıkla pazarlama aşamasına geçti bile.

Işın izleme ışığın çıktığı noktadan nesnenin üzerine düştüğü noktaya, oradan diğer tüm nesnelere ve en son kameraya yansımasına dek devam eden bir süreç. Sahnede birden fazla ışık varsa sistemin tüm ışıkların dağılımını ve yansımasını hesaba katması gerekiyor. Bunun çıktısı gerçek dünyada gördüğümüz ışık kırılmalarına yakın bir gerçeklikte bizlere sunuluyor.

Pikselleştirme

Bu aşamalardan biri olan pikselleştirme işleminde poligonlar ve genellikle de üçgenler kullanılır. Oyunlarda milyonlarca çokgen içeren modeller kullanılıyor ve pikselleştirme işlemi tüm bu verileri yoğun matematik içeren bir hesaplama yükü ile ekranda görüntülenecek şekilde iki boyutlu çerçevelere dönüştürüyor.

Gelişen teknoloji ile bu yükün altından kalkabilecek donanımlar bu işlemi hızlandırma kolaylık sağlarken henüz tam olarak gerçek zamanlı bir sonuç almak mümkün değil. Bu aşamada göze batan kısımları ele alan algoritmalara odaklanılarak hesap gücü verimli kullanılmaya çalışılıyor.

BVH Nedir?

Şuan için en sık kullanılan Işın İzleme algoritması BVH (Bounding Volume Hierarchy) Traversal‘dır. Bu algoritma için microsoft ile çalışma yürütüldü. Algoritma windows işletim sistemlerinde bulunan DirectX Ray tracing API yazılım arabirimi üzerinden Nvidia ekran kartlarındaki RT çekirdekleri tarafından hesaplanır. Bu hesaplamaların optimize edilmesi kritik önem taşıyor.

Yüzlerce nesneye sahip bir sahne binlerce potansiyel poligona sahip olur ve ışının hangi poligonları kestiğini hesaplamak gerekir. Bu bir arama problemi oluşturur ve çok uzun zaman alır. BVH algoritması ise bu süreyi her objenin bir kutunun içerisine alındığıbir nesne kümesi oluşturarak hesaplanan parçaları azaltarak kısaltmış olur.

Bu karmaşıklığı azaltmak için çeşitli ek yöntemler de kullanılıyor. Bu yöntemlerden birisi az sayıda piksel üzerinde Ray Tracing uygulanmasıdır. Buda iki şekilde yapılabiliyor. Nvidia’nın bu soruna çözüm olarak geliştirdiği DLSS (Derin Öğrenme Süper Örnekleme) algoritması, oyunun daha düşük bir çözünürlükte grafik işlemesi yapmasını sonradan da yapay zeka kullanarak kırılmaları düzelterek ölçeklenmesini sağlıyor. Bu yöntem harika çalışmıyor ama hiç yoktan Ray Tracing ile düşen performansı belli bir oranda telafi edebiliyor.

Rakibi AMD’nin Çözümü Var Mı?

Diğer bir ekran kartı üreticisi AMD’nin de bu konu üzerinde çalıştığı biliniyor. Deep learning super-sampling gibi kendi tescilli bir teknolojisi olup olmadığı açıklanmasa da mevcut pek çok oyun için DXR (Direct X API) üzerinden bu desteği sunulabilecektir. Özellikle firmanın henüz erken dediği bu yetkinlikte donanımları 2021’de son kullanıcılar için daha oturmuş modeller ile çıkaracağı konuşuluyor. AMD’nin daha farklı kozları olduğu ve daha çok HDR görüntüleme gibi monitörler veya endüstriyel computing alanında iş ortağı olan Apple için çözümler üzerinde çalıştığını söyleyebiliriz.

Fotogerçekçi görseller için PC dünyasının tam olarak hazır olmadığı açık. Günümüz şartlarında yeni bilgisayar alacakların endişeye düşmesine gerek yok. Duyurusu yapılan ve raflarda yerini alan bu donanımlar çok toy, yeni, halen test ve geliştirme sürecindeler. Ve emin olun sinema endüstrisi dahil hiçbir yerde henüz gerçek zamanlı efektler oluşmuş değil.

Daha eski nesil grafik kartlarınız uygun güçlerde oldukça geliştiriciler tarafından sunulan ek paket ve yamalar ile bu ışık işleme teknolojisini ek masraf yapmadan sizlerde mevcut bilgisayarlarınızda deneyimleyebilirsiniz. Örneğin, benzer sonuçları Unreal Engine 4 Paris Apartmanı demosu gibi oyun motorları içerisinde gelişmiş lazerli doku tarama teknikleri kullanarak fotogerçekçi sahne görüntüleri oluşturulmuştu. Bu demoları edinerek sisteminizi test edebilme şansınızda mevcut.

Yazar: Ensar Terzi