Ray Tracing Nedir ve Nasıl Çalışır?

GeForce RTX 20 serisiyle grafik hesaplama tarafında devrimsel adımlar atan NVIDIA, ekran katlarındaki grafik işlemcilerine farklı işlem üniteleri konumlandırarak oyunlardaki sahnelerin çok daha gerçekçi görünmesini sağlıyor. NVIDIA’nın Microsoft ile iş birliği hâlinde sürdürdükleri ve DirectX 12’nin yenilenmiş sürümüyle oyun tutkunlarının hayatına giren gerçek zamanlı ışık ışını izleme teknolojisi olan ray tracing, bu teknolojiyi destekleyen yapımlarda etkin biçimde kullanılabiliyor. Peki, ray tracing tam olarak nedir ve nasıl çalışır? Gelin, birlikte bakalım.

Oyun Grafiklerinin Gerçek Dünya Işıklandırmalarıyla Buluşması

Gerçek hayatta bir ayna veya camın karşısına geçtiğinizde, kendi yansımanızı göremeseydiniz bunu garip karşılardınız. Benzer şekilde, yolda biriken suda beliren çevre etkilerini, suya basarak geçen bir çocuğun görüntüsünü, yine aynı birikintide göremeseydiniz bu durumu da yadırgardınız. İşte çok ama çok uzun süredir oyunlarda bu tür ayrıntılara denk gelmemiz pek mümkün olmuyordu. “Bazı oyunlarda yansıma efektleri vardı,” diyebilirsiniz fakat bahse konu görüntü geliştirmeleri, rasterleştirme tekniğiyle hazırlanıyordu. Bununla birlikte ışık kaynaklarından çıkan ışık ışınlarının bir hükmü yoktu ve sahneye yansıyan tüm görüntüler, oyun geliştiricilerin ön hazırlıkları neticesinde ortaya çıkabiliyordu. Kısacası böylesi yapımlardaki ışık oyunları önceden hesaplanmıştı, fenerle aydınlatılan mekânlar aslında “Eğer fener şöyle tutulursa sahne böyle görünsün,” şeklindeki programlamalara dayanıyordu.

Temelleri 1968 yılında Arthur Appel tarafından atılan ve bir dönem NVIDIA’nın kadrosunda yer alan Turner Whitted tarafından 1979 yılında daha da geliştirilen ışık ışını izleme teknolojisi ray tracing, ışık ışınlarının dijital dünyadaki simülasyonunu temsil ediyor. Işın demetlerinin, gerçek hayattaki gibi ilerleyip cisimlerle buluşması ya da onlardan yansıması, grafiklerin çok daha gerçekçi görünmesine imkân tanıyor. Pixar’ın erken dönem animasyon filmlerinde de kullanılan ray tracing teknolojisinin oyunlarda görülmesi ise birkaç yıl öncesine kadar çok zordu zira sahnedeki objeler, kaplamalar, statik aydınlatmalar, gerçek zamanlı gölgeler ve daha pek çok unsurun hesaplaması, ekran kartlarını yeterince yoruyordu. Ancak NVIDIA, 2000’li yılların sonlarından itibaren gerçek zamanlı ışık ışını izleme teknolojisine eğildi ve bunun meyvelerini 2018 yılında toplamaya başladı.

Hesaplama Süreci Oldukça Karışık, Ortaya Çıkan Sonuç Harikulade

NVIDIA’nın GeForce RTX 20 ve 30 serisi ekran kartlarının grafik yongaları içerisinde konumlandırdığı RT çekirdekleri, ışık ışınlarının hesaplanmasında görev alıyor. GeForce GTX serisi güçlü ekran kartları da bu hesaplamaları yapabiliyor ama çok düşük kare/saniye oranları oyunların oynanabilirliğini engelliyor, bunu belirtmekte fayda var.

Normal şartlarda, oyunlarda yer alan sahnelere ışık ışınlarının nasıl dağılacağını hesaplamak zahmetli oluyor ve belirli algoritmalar takip edilmediği takdirde olanaksız hâle gelebiliyor. Su gibi geçirgen veya yarı geçirgen alanlardaki ışın dağılımının hesaplanması, belirli sınırlamalar kullanılmazsa sonsuza kadar devam edebiliyor. İşte tam da bununla baş etmek için BVH (Bounding Volume Hierarchy-Sınırlayıcı Hacim Hiyerarşisi) algoritmasından istifade eden NVIDIA, ekrana yansıyan sahnedeki tüm objeleri tekil bazda ele alıyor. Bu sayede ışınların temasının ilgili nesneler üzerindeki etkileri daha kolay hesaplanıyor. Bunun görüntü tarafında çıktısı ise poligon bazında renk değişimi yardımıyla ortaya çıkarılıyor. Böylece ekrandaki karakter veya objelerin ışıkla temasını gerçekçi şekilde görebiliyorsunuz. Tabii bu işlem, RT çekirdekleri ile grafik işlemcilerindeki CUDA çekirdeklerine kıyasla çok daha hızlı şekilde gerçekleştirildiği için görüntü akıcılığı korunabiliyor. Gerçek zamanlı ray tracing teknolojisi sadece ışık ışınlarının yansıma, parlama gibi sonuçlar değil, gölge oluşturma tarafında da değerlendirilebiliyor. Örneğin; Metro Exodus, evrensel aydınlatma özelliğinden, Shadow of the Tomb Raider ise aynı teknolojinin gerçekçi gölgeler oluşturabilme olanaklarından yararlanıyor.

NVIDIA’nın ray tracing ile birlikte sunduğu DLSS teknolojisi, ışın hesaplama sürecinin ekran kartlarına bindirdiği yükü azaltıyor. Destekleyen oyunlarda ray tracing ve DLSS özellikleri bir arada kullanıldığında harikulade görseller eşliğinde akıcı bir oyun deneyimi yaşanabiliyor.