Co to jest ray tracing? Wyjaśniamy technologię w grach

Ray tracing to technika renderowania, która śledzi drogę światła w scenie 3D, tworząc realistyczne odbicia, cienie, załamania i oświetlenie. W grach poprawia jakość obrazu, ale wymaga mocnej karty graficznej. Sprawdź, jak działa ta technologia, czym różni się od rasteryzacji i dlaczego path tracing obciąża komputer jeszcze bardziej.

Ray tracing – co to właściwie jest?

Ray tracing, czyli śledzenie promieni, symuluje zachowanie światła w trójwymiarowej scenie. Komputer analizuje, jak promień wychodzący z punktu obserwacji trafia w obiekt, odbija się od niego albo przechodzi przez materiał przezroczysty.

W praktyce algorytm działa odwrotnie niż światło w naturze. Słońce wysyła miliardy fotonów, lecz do oka dociera tylko niewielka część. Program nie oblicza więc wszystkich możliwych dróg. Wysyła promienie z kamery przez piksele obrazu i sprawdza, z jakimi powierzchniami się przecinają.

Ray tracing oblicza przede wszystkim te promienie światła, które mają wpływ na obraz widoczny z perspektywy kamery.

Po znalezieniu najbliższego punktu przecięcia silnik graficzny bada widoczność źródeł światła. Jeśli promień napotka metal, może powstać odbicie. Gdy trafi na szkło lub wodę, zmieni kierunek i utworzy promień załamany. Przy powierzchni nieprzezroczystej algorytm wyznaczy między innymi kolor, jasność oraz cień.

Jak działa śledzenie promieni w grze?

Dla każdego piksela obrazu generowany jest promień pierwotny. Kamera wyznacza jego kierunek na podstawie swojego położenia, celu, pola widzenia, rozdzielczości oraz orientacji sceny. Następnie program wyszukuje najbliższy obiekt, który przecina dana linia.

W prostym wariancie sprawdzana jest jasność punktu i obecność cienia. Promień pomocniczy biegnie od powierzchni do źródła światła. Jeżeli po drodze napotka inną bryłę, punkt pozostaje zacieniony – nawet wtedy, gdy przeszkodę stanowi część tego samego obiektu.

Odbicia i załamania światła

Materiały odbijające uruchamiają promienie wtórne. Ich liczba zależy od ustawień silnika, ponieważ każde kolejne odbicie zwiększa koszt obliczeń. Lustro, chromowana karoseria i mokry asfalt mogą więc pokazywać elementy sceny, których rasteryzacja często nie odwzorowuje bez dodatkowych sztuczek.

Przezroczyste powierzchnie działają podobnie, ale promień przechodzi przez granicę dwóch ośrodków i zmienia kierunek. Woda, szkło oraz kryształ mogą tworzyć kaustyki – jasne, skupione wzory powstające po odbiciu lub załamaniu światła.

Cienie i oświetlenie globalne

Ray tracing pozwala wyznaczać miękkie cienie zależne od wielkości źródła światła i odległości od niego. Promień odbity od kolorowej ściany może oświetlić pobliski obiekt, przenosząc na niego delikatną barwę.

Tak działa oświetlenie globalne. Światło nie kończy swojej drogi po pierwszym kontakcie z powierzchnią, lecz oddziałuje z całym otoczeniem. Dzięki temu wnętrza, zaułki i miejsca częściowo zasłonięte wyglądają naturalniej.

Ray tracing a rasteryzacja – czym się różnią?

Rasteryzacja przekształca modele geometryczne bezpośrednio w piksele. Jest szybka, dlatego przez lata stanowiła podstawę renderowania gier działających w czasie rzeczywistym. Jej ograniczenie dotyczy głównie światła, odbić i złożonych zależności między obiektami.

Śledzenie promieni wykonuje więcej obliczeń, ale wierniej odwzorowuje fizykę oświetlenia. Współczesne produkcje najczęściej korzystają z renderowania hybrydowego. Rasteryzacja tworzy geometrię, a ray tracing dodaje wybrane odbicia, cienie lub globalne oświetlenie – bez obliczania całej sceny wyłącznie tą metodą.

Ta różnica ma znaczenie podczas gry. Wysoka rozdzielczość, wiele źródeł światła oraz materiały odbijające zwiększają liczbę operacji. Dlatego po włączeniu RT liczba klatek na sekundę może wyraźnie spaść.

Path tracing – czym różni się od ray tracingu?

Path tracing jest bardziej rozbudowaną odmianą śledzenia promieni. Dla każdego piksela symuluje setki, a czasem tysiące losowych ścieżek światła. Zamiast ograniczać się do kilku zaplanowanych odbić, próbuje odtworzyć pełniejsze zachowanie oświetlenia pośredniego.

Efekt obejmuje naturalne przenikanie światła między obiektami, kolory odbite od ścian oraz dokładniejsze cieniowanie. Ceną jest bardzo duże zapotrzebowanie na moc obliczeniową. W 2026 roku path tracing działa w wybranych grach dzięki rdzeniom RT, rekonstrukcji obrazu i technikom skalowania rozdzielczości.

Ray Tracing – Overdrive w Cyberpunku 2077

Aktualizacja 1.62 do Cyberpunka 2077 wprowadziła tryb Ray Tracing – Overdrive jako wersję zapoznawczą. Wykorzystuje on path tracing do obliczania najważniejszych elementów oświetlenia sceny.

Producent rekomendował karty NVIDIA GeForce RTX 40 od modelu 4070 Ti wzwyż oraz GeForce RTX 3090 przy rozdzielczości 1080p i 30 klatkach na sekundę. Funkcja wymagała sterowników NVIDIA Game Ready w wersji co najmniej 531.41. Na słabszych kartach z ray tracingiem i minimum 8 GB VRAM dostępne były pathtrace’owane zrzuty ekranu w trybie fotograficznym.

Pojedynczy obraz wymaga mniej pracy niż płynna animacja. Dlatego przygotowanie zrzutu mogło trwać od kilku sekund do kilku minut, zwłaszcza przy wysokiej rozdzielczości.

Jak ray tracing wpływa na wydajność?

Obciążenie rośnie wraz z rozdzielczością, liczbą obiektów, źródeł światła i odbić. Znaczenie ma także geometria sceny. Przecięcie promienia z płaszczyzną wymaga prostszego obliczenia niż analiza torusa, płata Béziera albo powierzchni NURBS.

Silniki graficzne ograniczają ten koszt przez podział przestrzeni, drzewa kd, drzewa ósemkowe, struktury BSP i bryły otaczające. Pozwalają szybko odrzucić obiekty, których promień na pewno nie może dotknąć. Rdzenie RT wykonują część takich operacji sprzętowo.

Obraz można też rekonstruować z niższej rozdzielczości. NVIDIA DLSS używa uczenia maszynowego, a Intel XeSS 1.1 poprawia wydajność dzięki skalowaniu obrazu wspieranemu przez modele uczenia maszynowego. NVIDIA DLAA działa inaczej – jest antyaliasingiem opartym na SI, przeznaczonym dla kart NVIDIA RTX, i skupia się na jakości obrazu zamiast zwiększania liczby klatek.

Gdzie stosuje się ray tracing?

Gry komputerowe są dziś najbardziej widocznym zastosowaniem tej techniki. Ray tracing poprawia odbicia na wodzie, szkle i metalu, cienie postaci oraz reakcję oświetlenia na zmiany pory dnia. Rozwiązanie wykorzystują także PlayStation 5 i Xbox Series X/S.

W filmie oraz animacji renderowanie promieni od dawna pomaga tworzyć realistyczne sceny, choć pojedyncza klatka może powstawać długo. Architektura korzysta z niego przy wizualizacjach budynków i wnętrz, a przemysł używa realistycznych symulacji podczas szkoleń.

Sprzętową akcelerację obsługuje także Apple Silicon, między innymi układy M3, M4 i A17 Pro. Ray tracing jest dostępny w wybranych modelach iPhone’a, iPada oraz komputerach Mac, ale wymaga aplikacji przygotowanej do korzystania z tej funkcji.

W architekturze NVIDIA Blackwell oferuje rdzenie RT czwartej generacji, które przyspieszają path tracing. Nadal liczy się jednak ustawiona rozdzielczość, liczba efektów oraz płynność, jakiej oczekujesz podczas gry. Realistyczne światło ma swoją cenę obliczeniową.