ปลดล็อกกราฟิกแบบเรียลไทม์: การเร่งความเร็ว Raytracing ด้วย WebGL ผ่านการผสานรวม RT Core ของฮาร์ดแวร์

ภูมิทัศน์ของกราฟิกแบบเรียลไทม์มีการพัฒนาอยู่ตลอดเวลา เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ rasterization เป็นหัวใจหลักในการเรนเดอร์ฉากต่างๆ อย่างมีประสิทธิภาพ โดยการฉายภาพเรขาคณิต 3 มิติลงบนหน้าจอ 2 มิติ อย่างไรก็ตาม การแสวงหาความสมจริงของภาพและเอฟเฟกต์ภาพที่ซับซ้อนขึ้นเรื่อยๆ ได้ชี้ให้เห็นถึง raytracing ในฐานะโซลูชันขั้นสูงสุด ตามหลักการแล้ว raytracing มักจะต้องใช้ทรัพยากรในการประมวลผลจำนวนมากสำหรับการใช้งานแบบเรียลไทม์ ซึ่งมักจะใช้วิธีการประมาณค่าหรือการเรนเดอร์แบบออฟไลน์ แต่ตอนนี้กำลังเกิดการเปลี่ยนแปลงกระบวนทัศน์ครั้งใหญ่ ขับเคลื่อนโดยการถือกำเนิดของ RT Core สำหรับ raytracing โดยเฉพาะ และความสามารถที่กำลังเติบโตของ API กราฟิกบนเว็บอย่าง WebGL โพสต์นี้จะเจาะลึกถึงความเป็นไปได้ที่น่าตื่นเต้นของการผสานรวมความสามารถของ RT Core ของฮาร์ดแวร์เข้ากับ WebGL สำรวจรากฐานทางเทคนิค ประโยชน์ที่อาจเกิดขึ้น ความท้าทาย และทิศทางในอนาคตของการบรรจบกันที่ก้าวล้ำนี้

วิวัฒนาการของการเรนเดอร์แบบเรียลไทม์: จาก Rasterization สู่ Raytracing

เพื่อให้เข้าใจถึงความสำคัญของการผสานรวม RT Core ของฮาร์ดแวร์ สิ่งสำคัญคือต้องชื่นชมวิวัฒนาการของเทคนิคการเรนเดอร์ Rasterization แม้จะมีการปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างมาก แต่โดยธรรมชาติแล้วก็ประสบปัญหาในการจำลองปรากฏการณ์แสงที่ซับซ้อนได้อย่างแม่นยำ เช่น การสะท้อนที่สมจริง การหักเหของแสง และ global illumination เอฟเฟกต์เหล่านี้ซึ่งมีความสำคัญต่อการบรรลุความสมจริงของภาพ มักเกี่ยวข้องกับการจำลองเส้นทางของรังสีแสง ซึ่งเป็นหลักการพื้นฐานของ raytracing

Rasterization: เทคนิคนี้เกี่ยวข้องกับการนำโมเดล 3 มิติ ซึ่งประกอบด้วยรูปทรงหลายเหลี่ยม (โดยทั่วไปคือสามเหลี่ยม) มาแปลงเป็นพิกเซลบนหน้าจอ เป็นกระบวนการทำซ้ำที่จัดการการกำหนดพื้นผิวที่มองเห็นและการให้แสงเงาได้อย่างมีประสิทธิภาพ จุดแข็งของมันอยู่ที่ความเร็วและความสามารถในการปรับขนาด ทำให้เป็นกระดูกสันหลังของการใช้งานกราฟิกแบบเรียลไทม์ส่วนใหญ่ ตั้งแต่เกมวิดีโอไปจนถึงการจำลองแบบโต้ตอบ

Raytracing: ในทางตรงกันข้าม raytracing จำลองพฤติกรรมของแสงโดยการยิงรังสีจากกล้องเข้าไปในฉาก เมื่อรังสีตัดกับวัตถุ รังสีรองจะถูกยิงเพื่อกำหนดแสงของวัตถุนั้น รวมถึงการสะท้อน การหักเห และเงาที่เกิดจากวัตถุอื่น วิธีการที่อิงตามหลักฟิสิกส์นี้ให้ผลลัพธ์ที่สมจริงอย่างยิ่ง แต่ต้องใช้ทรัพยากรในการประมวลผลอย่างมาก อัลกอริทึม raytracing แบบดั้งเดิมมักต้องใช้พลังประมวลผลมหาศาล ทำให้การใช้งานแบบเรียลไทม์เป็นความท้าทายที่สำคัญ

ความต้องการประสบการณ์ที่ดื่มด่ำและสวยงามยิ่งขึ้นในอุตสาหกรรมต่างๆ – เกม ความเป็นจริงเสมือน (VR) ความเป็นจริงเสริม (AR) การสร้างภาพสถาปัตยกรรม การออกแบบผลิตภัณฑ์ และการผลิตภาพยนตร์ – ได้ผลักดันขอบเขตของการเรนเดอร์แบบเรียลไทม์อย่างต่อเนื่อง การบรรลุคุณภาพที่สมจริงโดยไม่ต้องใช้เวลานานในการเรนเดอร์แบบออฟไลน์ถือเป็นเป้าหมายสูงสุด

การเพิ่มขึ้นของการเร่งความเร็ว Raytracing ด้วยฮาร์ดแวร์

ความก้าวหน้าที่สำคัญในการทำให้ raytracing เหมาะสมสำหรับการใช้งานแบบเรียลไทม์คือการพัฒนาฮาร์ดแวร์เฉพาะ หน่วยประมวลผลกราฟิก (GPU) ได้มีการพัฒนาอย่างมาก ด้วยสถาปัตยกรรมสมัยใหม่ที่รวมหน่วยเฉพาะทางเพื่อเร่งการคำนวณ raytracing บริษัทต่างๆ เช่น NVIDIA เป็นผู้นำในเรื่องนี้ด้วยแพลตฟอร์ม RTX ซึ่งมี RT Cores และ AMD ก็ตามมาด้วย Ray Accelerators ของตน ส่วนประกอบฮาร์ดแวร์เหล่านี้ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อดำเนินการคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนซึ่งจำเป็นสำหรับการทดสอบการตัดกันของรังสีกับเรขาคณิต และการเดินทางของรังสี ซึ่งมีประสิทธิภาพเหนือกว่า core shader ทั่วไปสำหรับงานเหล่านี้อย่างมาก

RT Cores (NVIDIA): core พิเศษเหล่านี้สร้างขึ้นเพื่อเร่งการเดินทางของ bounding volume hierarchy (BVH) และการคำนวณการตัดกันของรังสีกับสามเหลี่ยมได้อย่างมีประสิทธิภาพ BVHs เป็นโครงสร้างข้อมูลที่จัดระเบียบเรขาคณิตของฉาก ช่วยให้เอ็นจิ้น raytracing สามารถกำหนดการตัดกันที่อาจเกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็ว และละทิ้งส่วนใหญ่ของฉากที่รังสีมีแนวโน้มที่จะไม่ตัดผ่าน

Ray Accelerators (AMD): เช่นเดียวกับ RT Cores ของ NVIDIA Ray Accelerators ของ AMD เป็นหน่วยฮาร์ดแวร์ที่ทุ่มเทเพื่อเร่ง pipeline raytracing โดยเฉพาะอย่างยิ่งการทดสอบการตัดกัน

การมีอยู่ของฮาร์ดแวร์เฉพาะนี้ได้ช่วยให้นักพัฒนาสามารถนำเอฟเฟกต์ raytraced มาใช้งานได้ เช่น:

• Raytraced Reflections: สร้างการสะท้อนของสภาพแวดล้อมบนพื้นผิวได้อย่างแม่นยำ
• Raytraced Shadows: สร้างเงาที่นุ่มนวลและสมจริงซึ่งคำนึงถึง penumbra ได้อย่างแม่นยำ
• Raytraced Refractions: จำลองว่าแสงหักเหอย่างไรเมื่อผ่านวัสดุโปร่งใส เช่น แก้วหรือน้ำ
• Global Illumination (GI): คำนวณว่าแสงสะท้อนจากพื้นผิวอย่างไรโดยอ้อม ทำให้ฉากสว่างขึ้นอย่างเป็นธรรมชาติมากขึ้น และสร้างโมเดลแสงที่สอดคล้องกันมากขึ้น

WebGL และความต้องการการเรนเดอร์ขั้นสูงในเบราว์เซอร์

WebGL (Web Graphics Library) เป็น JavaScript API สำหรับการเรนเดอร์กราฟิก 2D และ 3D แบบโต้ตอบภายในเบราว์เซอร์ที่เข้ากันได้โดยไม่ต้องใช้ปลั๊กอิน มันถูกสร้างขึ้นบน OpenGL ES และเป็นช่องทางที่มีประสิทธิภาพในการส่งมอบประสบการณ์ภาพที่สมบูรณ์แบบโดยตรงให้กับผู้ใช้ โดยไม่จำเป็นต้องดาวน์โหลดหรือติดตั้ง

ความแพร่หลายของ WebGL ทำให้กลายเป็นรากฐานสำหรับแอปพลิเคชันบนเว็บที่หลากหลาย:

• การสร้างภาพข้อมูลแบบโต้ตอบ: นำเสนอชุดข้อมูลที่ซับซ้อนในรูปแบบภาพที่น่าสนใจ
• เครื่องมือกำหนดค่าและโชว์รูมออนไลน์: ช่วยให้ผู้ใช้ปรับแต่งและดูผลิตภัณฑ์ในรูปแบบ 3 มิติ
• เครื่องมือการศึกษาและการจำลอง: สร้างประสบการณ์การเรียนรู้ที่ดื่มด่ำ
• เกมบนเว็บ: ส่งมอบประสบการณ์การเล่นเกมที่ซับซ้อนโดยตรงในเบราว์เซอร์
• ทัวร์เสมือนจริงและอสังหาริมทรัพย์: นำเสนอการสำรวจสถานที่ให้บริการที่ดื่มด่ำ
• แพลตฟอร์มการออกแบบร่วมกัน: เปิดใช้งานการโต้ตอบโมเดล 3 มิติแบบเรียลไทม์ระหว่างทีม

แม้ว่า WebGL จะทำให้เกิดความสำเร็จที่น่าประทับใจ แต่ข้อจำกัดของการเรนเดอร์บนเบราว์เซอร์ในอดีตหมายถึงการประนีประนอมในเรื่องความเที่ยงตรงของภาพและประสิทธิภาพเมื่อเทียบกับแอปพลิเคชันเนทีฟ เทคนิคที่ใช้ rasterization แม้จะมีประสิทธิภาพ แต่ก็มักจะอาศัยการประมาณค่าแบบ screen-space สำหรับเอฟเฟกต์ เช่น การสะท้อนและ global illumination ซึ่งนำไปสู่สิ่งแปลกปลอมทางภาพหรือการแสดงผลที่เรียบง่าย

ความต้องการประสบการณ์ที่สมบูรณ์และสมจริงยิ่งขึ้นภายในเบราว์เซอร์กำลังเติบโต ลองจินตนาการถึงสถาปนิกที่สามารถนำเสนอการเดินชมอาคารแบบ raytraced ที่สมบูรณ์แบบโดยตรงในเว็บเบราว์เซอร์ หรือนักออกแบบผลิตภัณฑ์ที่แสดงตัวกำหนดค่าผลิตภัณฑ์ที่สมจริงอย่างยิ่ง นี่คือจุดที่การผสานรวมความสามารถของ RT Core ของฮาร์ดแวร์เข้ากับ WebGL จะกลายเป็นตัวเปลี่ยนเกม

วิสัยทัศน์: WebGL ใช้ประโยชน์จาก RT Cores ของฮาร์ดแวร์

แนวคิดหลักคือการเปิดเผยความสามารถของ RT Cores ของฮาร์ดแวร์ให้กับแอปพลิเคชัน WebGL สิ่งนี้จะช่วยให้นักพัฒนาสามารถใช้พลังของฮาร์ดแวร์ raytracing เฉพาะทางได้โดยตรงผ่านเทคโนโลยีเว็บ โดยเชื่อมช่องว่างระหว่างประสิทธิภาพการเรนเดอร์แบบเนทีฟและบนเว็บสำหรับเอฟเฟกต์แสงและภาพขั้นสูง

จะทำงานได้อย่างไร:

1. การสนับสนุนผู้จำหน่าย GPU: ผู้ผลิต GPU จะต้องจัดหาไดรเวอร์และ API ที่เปิดเผยความสามารถ raytracing ในลักษณะที่เบราว์เซอร์เว็บสามารถเชื่อมต่อได้
2. การผสานรวมเบราว์เซอร์: เบราว์เซอร์เว็บจะต้องนำมาใช้และเปิดเผยส่วนขยาย WebGL ใหม่เหล่านี้ หรือ API กราฟิกใหม่ (อาจเป็นผู้สืบทอดหรือส่วนขยายของ WebGL เช่น WebGPU ซึ่งได้รับการออกแบบมาโดยคำนึงถึงสถาปัตยกรรม GPU สมัยใหม่แล้ว)
3. ส่วนขยายภาษา Shader: จะต้องมีคุณสมบัติภาษา shader ใหม่ภายในภาษา shading ของ WebGL (GLSL) หรือผู้สืบทอดเพื่อกำหนด ray generation shaders, intersection shaders, any-hit shaders และ closest-hit shaders
4. การแสดงฉาก: จะต้องเปิดเผยกลไกที่มีประสิทธิภาพสำหรับการแสดงเรขาคณิตของฉาก โดยเฉพาะ BVHs ไปยังสภาพแวดล้อมเว็บ

ส่วนขยาย/API WebGL ที่เป็นไปได้:

แม้ว่า WebGL 2.0 จะมีการปรับปรุงที่สำคัญ แต่ก็ไม่รองรับฮาร์ดแวร์ raytracing โดยธรรมชาติ อนาคตมีแนวโน้มที่จะอยู่ใน:

• ส่วนขยาย WebGL ที่เป็นทดลอง: สามารถพัฒนาและเสนอส่วนขยายเฉพาะเพื่อเปิดเผยฟังก์ชัน raytracing ได้ สิ่งเหล่านี้จะเป็นของผู้จำหน่ายเฉพาะหรือมีขอบเขตจำกัดในตอนแรก
• WebGPU: นี่คือเส้นทางที่มีแนวโน้มมากกว่า WebGPU เป็น API กราฟิกยุคถัดไปสำหรับเว็บ ออกแบบมาตั้งแต่ต้นเพื่อใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติ GPU สมัยใหม่ รวมถึง compute shaders และอาจรวมถึงความสามารถ raytracing มันให้การจับคู่ที่ตรงกว่ากับฮาร์ดแวร์พื้นฐาน และพร้อมที่จะเป็นแพลตฟอร์มที่ฟีเจอร์ขั้นสูงดังกล่าวจะถูกผสานรวมอย่างเหมาะสมเป็นครั้งแรก

สถานการณ์ตัวอย่าง: การสร้างภาพสถาปัตยกรรมบนเว็บ

พิจารณาสถาปนิกที่สร้างงานนำเสนอให้กับลูกค้า แทนที่จะเป็นวิดีโอที่เรนเดอร์ไว้ล่วงหน้าหรือแอปพลิเคชันเดสก์ท็อป พวกเขาสามารถโฮสต์การเดินชมแบบโต้ตอบที่สมบูรณ์แบบ raytraced บนเว็บไซต์ของตน ลูกค้าที่มีศักยภาพที่ใดก็ได้ในโลกสามารถเปิดเว็บเบราว์เซอร์ นำทางผ่านสถานที่ให้บริการ และสัมผัสกับแสงเงาและการสะท้อนที่สมจริงแบบเรียลไทม์ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อการรับรู้การออกแบบของพวกเขา

ประโยชน์ของการผสานรวม RT Core ของฮาร์ดแวร์ใน WebGL

ผลกระทบของการผสานรวมการเร่งความเร็ว RT Core ของฮาร์ดแวร์เข้ากับ WebGL ได้สำเร็จนั้นลึกซึ้งและแผ่กว้าง:

• ความเที่ยงตรงของภาพที่ไม่เคยมีมาก่อน: เปิดใช้งานการเรนเดอร์ที่สมจริงอย่างแท้จริงในเบราว์เซอร์ ด้วย global illumination การสะท้อน การหักเห และเงาที่นุ่มนวลที่แม่นยำ ซึ่งแยกไม่ออกจากเรนเดอร์แบบออฟไลน์
• การโต้ตอบที่ได้รับการปรับปรุง: ช่วยให้สามารถสร้างฉากและเอฟเฟกต์ที่ซับซ้อนซึ่งก่อนหน้านี้เป็นไปไม่ได้แบบเรียลไทม์ในสภาพแวดล้อมเว็บ นำไปสู่ประสบการณ์ผู้ใช้ที่ดื่มด่ำและน่าดึงดูดยิ่งขึ้น
• การทำให้กราฟิกขั้นสูงเป็นประชาธิปไตย: ทำให้เทคนิคการเรนเดอร์ที่ทันสมัยสามารถเข้าถึงผู้ชมทั่วโลกได้โดยไม่ต้องใช้ซอฟต์แวร์พิเศษ ทำให้เกิดการยอมรับอย่างกว้างขวางในด้านการศึกษา การออกแบบ และความบันเทิง
• ลดความซับซ้อนในการพัฒนา (สำหรับบางเอฟเฟกต์): แม้ว่าการใช้งานเริ่มต้นอาจซับซ้อน แต่การบรรลุเอฟเฟกต์ความเที่ยงตรงสูงบางอย่าง เช่น global illumination ที่แม่นยำ อาจง่ายขึ้นโดยใช้ raytracing ของฮาร์ดแวร์มากกว่าการใช้เทคนิค rasterization ที่ซับซ้อน
• ความสอดคล้องของแพลตฟอร์มข้าม: มอบประสบการณ์ภาพที่สอดคล้องกันมากขึ้นในอุปกรณ์และระบบปฏิบัติการที่แตกต่างกัน ตราบใดที่ฮาร์ดแวร์พื้นฐานและเบราว์เซอร์รองรับฟีเจอร์นี้
• ช่องทางใหม่สำหรับแอปพลิเคชันบนเว็บ: เปิดโอกาสสำหรับแอปพลิเคชันบนเว็บประเภทใหม่ๆ ที่เคยถูกจำกัดโดยความสามารถในการเรนเดอร์ของเบราว์เซอร์ เช่น เครื่องมือกำหนดค่าผลิตภัณฑ์ที่มีความเที่ยงตรงสูง การสร้างภาพทางวิทยาศาสตร์ขั้นสูง และเกมออนไลน์ที่สมจริงยิ่งขึ้น
• เชื่อมช่องว่าง: ลดช่องว่างด้านประสิทธิภาพและคุณภาพระหว่างแอปพลิเคชันเนทีฟและแอปพลิเคชันบนเว็บอย่างมาก ทำให้เว็บเป็นแพลตฟอร์มที่ใช้งานได้จริงมากขึ้นสำหรับงานที่ต้องใช้กราฟิกสูง

ความท้าทายทางเทคนิคและข้อควรพิจารณา

แม้ว่าวิสัยทัศน์จะน่าสนใจ แต่ก็มีความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญหลายประการที่ต้องเอาชนะ:

• ความหลากหลายของฮาร์ดแวร์: ฮาร์ดแวร์ raytracing ไม่ได้มีอยู่ทั่วไปในทุกอุปกรณ์ GPU รุ่นเก่า โซลูชันกราฟิกแบบรวมจำนวนมาก และอุปกรณ์พกพาส่วนใหญ่ขาด RT Cores เฉพาะ สิ่งนี้จะต้องมีกลไกสำรองหรือแนวทางในการเรนเดอร์แบบแบ่งระดับ
• การใช้งานเบราว์เซอร์: การรับรองการใช้งานส่วนขยาย raytracing ที่สอดคล้องและมีประสิทธิภาพในเอนจิ้นเบราว์เซอร์ต่างๆ (Chrome, Firefox, Safari, Edge) จะเป็นงานที่ยิ่งใหญ่
• ภาษา Shader และ API: การพัฒนาส่วนขยายที่ใช้งานง่ายและมีประสิทธิภาพให้กับ GLSL หรือการกำหนดขั้นตอน shader ใหม่สำหรับ raytracing ภายใน API กราฟิกบนเว็บเป็นสิ่งที่ซับซ้อน การจัดการวงจรชีวิตของรังสี shader และข้อมูลฉากอย่างมีประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญ
• การจัดการฉากและการสร้าง BVH: การสร้างและอัปเดต Bounding Volume Hierarchies (BVHs) สำหรับฉากแบบไดนามิกบน fly ในสภาพแวดล้อมเว็บเป็นคอขวดด้านประสิทธิภาพ กระบวนการสร้างและเดินทางผ่าน BVHs จำเป็นต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมกับบริบทของเว็บ
• การจัดการหน่วยความจำ: Raytracing มักต้องใช้หน่วยความจำจำนวนมากสำหรับข้อมูลฉาก BVHs และบัฟเฟอร์ชั่วคราว การจัดการหน่วยความจำอย่างมีประสิทธิภาพภายใน sandbox ของเบราว์เซอร์เป็นสิ่งสำคัญ
• การปรับแต่งประสิทธิภาพ: การปรับแต่ง workload raytracing สำหรับฮาร์ดแวร์ที่หลากหลายสำหรับผู้ใช้เว็บจะต้องอาศัยการปรับแต่งและเครื่องมือโปรไฟล์ที่ซับซ้อน นักพัฒนาจะต้องสร้างสมดุลระหว่างคุณภาพของภาพกับประสิทธิภาพเพื่อให้แน่ใจว่าผู้ใช้กลุ่มใหญ่จะได้รับประสบการณ์ที่ราบรื่น
• ข้อกังวลด้านความปลอดภัย: การเปิดเผยการเข้าถึงฮาร์ดแวร์ระดับต่ำสำหรับ raytracing อาจสร้างเวกเตอร์ความปลอดภัยใหม่ที่ต้องพิจารณาและบรรเทาโดยผู้จำหน่ายเบราว์เซอร์อย่างรอบคอบ
• เครื่องมือและระบบนิเวศน์การพัฒนา: ระบบนิเวศน์ของเครื่องมือที่แข็งแกร่ง รวมถึงดีบักเกอร์ โปรไฟล์เลอร์ และเครื่องมือสร้าง จะมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับนักพัฒนาในการใช้ประโยชน์จากความสามารถใหม่เหล่านี้อย่างมีประสิทธิภาพ

การเชื่อมช่องว่าง: WebGPU ในฐานะตัวเปิดใช้งาน

แม้ว่าแนวคิดของส่วนขยาย WebGL สำหรับ raytracing จะตรงไปตรงมา แต่ความซับซ้อนพื้นฐานก็มีมาก นี่คือจุดที่ **WebGPU** กลายเป็นแพลตฟอร์มที่เหมาะสมและมองการณ์ไกลกว่าสำหรับการผสานรวมความสามารถ raytracing ของฮาร์ดแวร์เข้ากับเว็บ

WebGPU เป็น API ที่ทันสมัยซึ่งให้การเข้าถึงความสามารถของ GPU ได้โดยตรงมากกว่า WebGL ได้รับแรงบันดาลใจจาก API กราฟิกสมัยใหม่ เช่น Vulkan, Metal และ DirectX 12 การออกแบบของมันรองรับฟีเจอร์ต่างๆ เช่น:

• Compute Shaders: WebGPU มีการสนับสนุน compute shaders ที่แข็งแกร่ง ซึ่งจำเป็นสำหรับการใช้งานเคอร์เนล raytracing แบบกำหนดเองและการจัดการ BVH traversal
• สถาปัตยกรรม GPU สมัยใหม่: ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้สอดคล้องกับความสามารถของ GPU ในปัจจุบันมากขึ้น รวมถึงหน่วยประมวลผลพิเศษ
• การดำเนินการตาม Pipeline: รูปแบบการดำเนินการตาม pipeline ของ WebGPU เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการจัดการขั้นตอนต่างๆ ของ pipeline raytracing

ความพยายามในอุตสาหกรรมกำลังสำรวจอย่างแข็งขันถึงวิธีการเปิดเผยฟังก์ชัน raytracing ผ่าน WebGPU ตัวอย่างเช่น Khronos Group ซึ่งเป็นผู้ดูแล Vulkan API ก็มีส่วนร่วมในการพัฒนา WebGPU ด้วย หากความสามารถ raytracing ได้รับการกำหนดมาตรฐานในส่วนขยาย Vulkan มีความเป็นไปได้สูงว่าสิ่งเหล่านี้จะถูกเปิดเผยผ่าน WebGPU ในอนาคต

WebGPU จะอำนวยความสะดวกในการผสานรวม RT Core ได้อย่างไร:

1. Pipeline Raytracing ที่ได้มาตรฐาน: WebGPU สามารถกำหนดขั้นตอน shader มาตรฐานสำหรับ ray generation, intersection, any-hit และ closest-hit shaders ควบคู่ไปกับกลไกสำหรับการจัดการ ray payloads และข้อมูลฉาก
2. การสนับสนุน BVH: API สามารถรวมคุณสมบัติเฉพาะสำหรับการจัดการโครงสร้างเร่งความเร็ว เช่น BVHs ทำให้สามารถสร้าง อัปเดต และเดินทางได้อย่างมีประสิทธิภาพ
3. การผสานรวม Compute Shader: นักพัฒนาสามารถเขียน HLSL/WGSL (WebGPU Shading Language) compute shaders แบบกำหนดเองเพื่อจัดการกระบวนการ raytracing โดยใช้ประโยชน์จาก RT Cores ของฮาร์ดแวร์สำหรับการทำงานหนักของการทดสอบการตัดกัน
4. การทำงานร่วมกัน: WebGPU ได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงการทำงานร่วมกัน ซึ่งอาจช่วยในการจัดการความซับซ้อนของการใช้งานของผู้จำหน่ายฮาร์ดแวร์ที่แตกต่างกัน

ตัวอย่างการใช้งานจริงและกรณีการใช้งาน

ผลกระทบของการเร่งความเร็ว raytracing ด้วยฮาร์ดแวร์ใน WebGL/WebGPU จะเป็นการเปลี่ยนแปลงในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย:

1. การเล่นเกมและความบันเทิงเชิงโต้ตอบ

สถานการณ์: เกมคุณภาพ AAA ที่สามารถเข้าถึงได้โดยตรงผ่านเว็บเบราว์เซอร์

RT Cores ช่วยได้อย่างไร: นำเสนอการสะท้อน raytraced ที่แท้จริงบนชุดเกราะของตัวละคร พื้นผิวรถยนต์ หรือแอ่งน้ำ สร้างเงาที่นุ่มนวลสมจริงอย่างไม่น่าเชื่อจากแหล่งกำเนิดแสงแบบไดนามิก และบรรลุ global illumination ที่น่าเชื่อถือซึ่งทำให้ตัวละครและสภาพแวดล้อมรู้สึกสมจริงและมีมิติมากขึ้น สิ่งนี้จะยกระดับมาตรฐานภาพสำหรับเกมบนเบราว์เซอร์ได้อย่างมาก

ตัวอย่างทั่วโลก: ลองนึกภาพเกม esports ที่มีการแข่งขัน เช่น Valorant หรือ Overwatch นำเสนอเดโมที่เล่นได้โดยตรงบนเว็บไซต์ โดยแสดงกราฟิกความเที่ยงตรงสูงพร้อม raytraced reflections และ shadows แม้ว่าผู้ใช้จะไม่ได้ติดตั้งเกมเต็ม

2. การสร้างภาพสถาปัตยกรรมและอสังหาริมทรัพย์

สถานการณ์: การเดินชมแบบโต้ตอบของสถานที่ให้บริการที่ยังไม่ได้สร้าง หรือทัวร์เสมือนจริงของพื้นที่ที่มีอยู่

RT Cores ช่วยได้อย่างไร: ลูกค้าสามารถสัมผัสกับสถานการณ์แสงที่สมจริงอย่างยิ่ง เห็นว่าแสงแดดส่องผ่านหน้าต่างในเวลาที่ต่างกันของวันอย่างไร วัสดุสะท้อนแสงอย่างไร และเงาต่างๆ กำหนดคุณภาพเชิงพื้นที่ของห้องอย่างไร ความสมจริงระดับนี้สามารถมีอิทธิพลอย่างมากต่อการตัดสินใจซื้อและได้รับการยอมรับจากลูกค้า

ตัวอย่างทั่วโลก: ผู้พัฒนาอสังหาริมทรัพย์ในดูไบที่จัดแสดงโครงการอพาร์ตเมนต์หรูสามารถเสนอประสบการณ์โต้ตอบบนเว็บให้กับผู้ซื้อที่มีศักยภาพทั่วโลก ซึ่งพวกเขาสามารถสำรวจสถานที่ให้บริการด้วยการจำลองแสงแดดที่แท้จริงและการสะท้อนพื้นผิว โดยไม่คำนึงถึงตำแหน่งหรือความสามารถของอุปกรณ์ (พร้อมการสำรองข้อมูลที่เหมาะสม)

3. การออกแบบผลิตภัณฑ์และตัวกำหนดค่า

สถานการณ์: เครื่องมือออนไลน์สำหรับปรับแต่งรถยนต์ เฟอร์นิเจอร์ หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

RT Cores ช่วยได้อย่างไร: ลูกค้าสามารถดูได้อย่างแม่นยำว่าการเคลือบสีต่างๆ จะสะท้อนแสงอย่างไร พื้นผิวโลหะแปรงจะปรากฏภายใต้สภาวะแสงที่แตกต่างกันอย่างไร หรือองค์ประกอบแก้วจะหักเหสภาพแวดล้อมรอบๆ อย่างไร สิ่งนี้ช่วยเพิ่มมูลค่าและความสมจริงที่รับรู้ได้ของผลิตภัณฑ์ นำไปสู่ความมั่นใจของลูกค้าที่สูงขึ้นและการคืนสินค้าที่ลดลง

ตัวอย่างทั่วโลก: ผู้ผลิตรถยนต์ระดับโลกเช่น BMW สามารถนำเสนอตัวกำหนดค่าบนเว็บที่ไม่เพียงแต่ช่วยให้ผู้ใช้เลือกสีและตัวเลือกเท่านั้น แต่ยังเรนเดอร์รถยนต์ที่เลือกแบบเรียลไทม์ด้วยการสะท้อนและแสงที่แม่นยำ ทำให้รู้สึกถึงการเลือกสุนทรียภาพที่แท้จริง

4. การสร้างภาพทางวิทยาศาสตร์และการวิเคราะห์ข้อมูล

สถานการณ์: การสร้างภาพข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อน เช่น การจำลองพลศาสตร์ของไหล หรือโมเดลโมเลกุล

RT Cores ช่วยได้อย่างไร: การเรนเดอร์วัสดุโปร่งใสที่สมจริง การกระจายแสงใต้พื้นผิวสำหรับเนื้อเยื่อชีวภาพ และแสงทางอ้อมที่แม่นยำ สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์และนักวิจัยเข้าใจรูปแบบและความสัมพันธ์ของข้อมูลที่ซับซ้อนได้ดีขึ้น นำไปสู่การค้นพบและนวัตกรรมที่รวดเร็วยิ่งขึ้น

ตัวอย่างทั่วโลก: นักวิทยาศาสตร์ด้านสภาพอากาศที่ทำงานร่วมกันในระดับสากลสามารถใช้แพลตฟอร์มบนเว็บเพื่อสร้างภาพการจำลองบรรยากาศที่ซับซ้อน โดยการเรนเดอร์ raytraced ให้เข้าใจถึงผลกระทบของการกระจายและการดูดกลืนแสงในเมฆหรือละอองลอยได้ดีขึ้น

5. ความเป็นจริงเสมือนและเสริมบนเว็บ

สถานการณ์: ประสบการณ์ VR/AR ที่ดื่มด่ำส่งมอบผ่านเบราว์เซอร์

RT Cores ช่วยได้อย่างไร: การบรรลุระดับความสมจริงของภาพที่สูงขึ้นใน VR/AR เป็นสิ่งสำคัญต่อการดื่มด่ำและการลดอาการเคลื่อนไหว แสงเงาและการสะท้อนที่ถูกเรนเดอร์ด้วย raytracing มีส่วนสำคัญต่อสภาพแวดล้อมเสมือนจริงที่น่าเชื่อถือ ช่วยเพิ่มการปรากฏตัวและการมีส่วนร่วม

ตัวอย่างทั่วโลก: สถาบันการศึกษาสามารถโฮสต์ประสบการณ์ VR ของสถานที่ทางประวัติศาสตร์ ทำให้นักเรียนทั่วโลกสามารถสำรวจการสร้างใหม่ด้วยแสงและเอฟเฟกต์บรรยากาศที่สมจริงซึ่งช่วยเพิ่มประสบการณ์การเรียนรู้

ข้อมูลเชิงลึกที่นำไปปฏิบัติได้สำหรับนักพัฒนาและผู้มีส่วนได้ส่วนเสีย

สำหรับนักพัฒนา ผู้จำหน่ายฮาร์ดแวร์ ผู้ผลิตเบราว์เซอร์ และผู้มีส่วนได้ส่วนเสียในแพลตฟอร์ม ขั้นตอนและข้อควรพิจารณาที่นำไปปฏิบัติได้หลายประการมีความสำคัญอย่างยิ่ง:

สำหรับนักพัฒนา:

• ทดลองกับ WebGPU: ทำความคุ้นเคยกับ WebGPU และความสามารถของมัน เมื่อฟีเจอร์ raytracing มีความพร้อมใน WebGPU คุณจะอยู่ในตำแหน่งที่ดีที่จะนำมาใช้
• พัฒนากลยุทธ์สำรอง: คำนึงถึงผู้ใช้ที่อาจไม่มีฮาร์ดแวร์ที่รองรับ raytracing อยู่เสมอ ใช้การสำรอง rasterization ที่แข็งแกร่งเพื่อให้แน่ใจว่าประสบการณ์การใช้งานที่ใช้งานได้และสวยงามตามที่ยอมรับได้สำหรับทุกคน
• ปรับแต่งข้อมูลฉาก: มุ่งเน้นไปที่การแสดงฉากที่มีประสิทธิภาพ การสร้าง BVH และการสตรีมข้อมูลเพื่อจัดการหน่วยความจำและภาระการคำนวณ
• โปรไฟล์และปรับแต่ง: ใช้ประโยชน์จากเครื่องมือโปรไฟล์ที่มีอยู่เพื่อระบุคอขวดด้านประสิทธิภาพและปรับแต่ง workload raytracing ของคุณสำหรับฮาร์ดแวร์ที่หลากหลาย
• ติดตามข่าวสาร: ติดตามความคืบหน้าจาก Khronos Group, W3C และผู้จำหน่ายเบราว์เซอร์รายใหญ่เกี่ยวกับส่วนขยาย WebGPU และมาตรฐานสำหรับ raytracing

สำหรับผู้จำหน่ายฮาร์ดแวร์:

• ความพยายามในการสร้างมาตรฐาน: เข้าร่วมและมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในการสร้างมาตรฐาน API raytracing สำหรับเว็บ โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายในเฟรมเวิร์ก WebGPU
• การปรับแต่งไดรเวอร์: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไดรเวอร์ GPU ให้การเข้าถึงฟังก์ชัน RT Core ที่เสถียรและมีประสิทธิภาพสำหรับเว็บเบราว์เซอร์
• เครื่องมือสำหรับนักพัฒนา: จัดหาเครื่องมือสำหรับนักพัฒนาที่ยอดเยี่ยม รวมถึงดีบักเกอร์ที่แข็งแกร่ง โปรไฟล์ประสิทธิภาพ และแอปพลิเคชันตัวอย่างที่แสดงความสามารถ raytracing บนฮาร์ดแวร์ของคุณ

สำหรับผู้จำหน่ายเบราว์เซอร์:

• นำมาตรฐาน WebGPU ไปใช้: จัดลำดับความสำคัญในการนำไปใช้และปรับแต่ง WebGPU เพื่อให้แน่ใจว่ารองรับส่วนขยายและฟีเจอร์ raytracing ที่เกิดใหม่
• ประสิทธิภาพและความปลอดภัย: มุ่งเน้นที่การส่งมอบประสิทธิภาพสูงในขณะที่จัดการช่องโหว่ด้านความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้นจากการเข้าถึงฮาร์ดแวร์ระดับต่ำอย่างเข้มงวด
• ความสอดคล้องกันข้ามเบราว์เซอร์: ทำงานเพื่อให้แน่ใจว่าฟีเจอร์ raytracing เมื่อได้มาตรฐานแล้ว จะถูกนำไปใช้อย่างสอดคล้องกันในเอนจิ้นเบราว์เซอร์ที่แตกต่างกัน

อนาคตของกราฟิกแบบเรียลไทม์บนเว็บ

การผสานรวมการเร่งความเร็ว RT Core ของฮาร์ดแวร์เข้ากับ WebGL หรือที่น่าจะเป็นผู้สืบทอด WebGPU ถือเป็นก้าวกระโดดที่สำคัญสำหรับกราฟิกแบบเรียลไทม์บนเว็บ มันสัญญาว่าจะทำให้การเรนเดอร์ที่สมจริงกลายเป็นประชาธิปไตย ทำให้เข้าถึงได้สำหรับผู้ชมทั่วโลกผ่านเบราว์เซอร์ที่แพร่หลาย

ในขณะที่ความสามารถของฮาร์ดแวร์ยังคงก้าวหน้าและมาตรฐานเว็บมีการพัฒนา เราสามารถคาดหวังอนาคตที่เส้นแบ่งระหว่างกราฟิกเนทีฟและกราฟิกบนเว็บจะเบลอมากขึ้น ความสามารถในการส่งมอบประสบการณ์ที่ซับซ้อน สวยงาม และโต้ตอบได้โดยตรงจากเว็บจะเปิดพรมแดนใหม่สำหรับความคิดสร้างสรรค์ การค้า การศึกษา และความบันเทิงทั่วโลก การเดินทางนั้นซับซ้อน แต่ปลายทาง – กราฟิกแบบเรียลไทม์ที่สมจริงอย่างแท้จริงสำหรับทุกคน ทุกที่ ผ่านเว็บ – เป็นสิ่งที่น่าตื่นเต้นอย่างไม่ต้องสงสัย

วิวัฒนาการอย่างต่อเนื่องของ WebGPU ควบคู่ไปกับความพยายามเชิงรุกจากผู้จำหน่ายฮาร์ดแวร์และนักพัฒนาเบราว์เซอร์ จะปูทางไปสู่ยุคใหม่ของกราฟิกบนเว็บ ซึ่งพลังของฮาร์ดแวร์ raytracing เฉพาะทางจะไม่จำกัดอยู่เพียงแอปพลิเคชันเดสก์ท็อปอีกต่อไป แต่พร้อมใช้งานเพียงแค่คลิกลิงก์