Когда NVIDIA представила новаторское поколение видеокарт GeForce RTX 20 во второй половине 2018 года, это фактически напомнило нам о существовании технологии, так называемая — трассировка лучей. Почему его давно не используют в играх? Неужели это революционное решение в области компьютерной графики? И какое оборудование для этого нужно?
Что такое трассировка лучей?
Трассировка лучей — это сложный метод, который использует отслеживание лучей в зависимости от положения наблюдателя для расчета изображения. Благодаря этому можно очень точно моделировать физически правильные отражения, преломление света и общее освещение данной сцены. Много лет область компьютерной графики ждала настоящего шага вперед. И это произошло с появлением архитектуры NVIDIA Turing, которая первой включала специальные модули для вычислений трассировки лучей.
Однако с точки зрения истории в трассировке лучей нет ничего нового, но до сих пор она использовалась только там, где визуализированные изображения можно было долго ждать. Например, в случае неподвижных изображений или как часть трюков с фильмами. С точки зрения компьютерной графики, необходимо было изобрести оборудование, способное отслеживать лучи света в реальном времени.
Поэтому NVIDIA придумала уже упомянутую архитектуру Тьюринга, которая параллельно с растеризацией учитывает как трассировку RT, так и трассировку лучей. Затем качество вывода еще больше улучшается за счет массового развертывания искусственного интеллекта.
На этом этапе также необходимо указать, что трассировка лучей не входит в игры автоматически, но должна быть добавлена разработчиками игр, что особенно верно в случае старых игр. В предстоящих новостях с потенциально большой аудиторией трассировка лучей активна либо в день выпуска, либо через несколько недель после обновления.
Преимущества трассировки лучей — зачем мне это нужно?
Один из символов компьютерной игровой сцены — стремление к наилучшей графике. А благодаря трассировке лучей сцены выглядят более реалистично. Например, при игре с водой или во время взрывов. А если вы любите бояться, знайте, что даже сама зажженная лампа может придать ужасный оттенок практически любой комнате благодаря более реалистичной визуализации теней.
Обзор наиболее распространенных эффектов трассировки лучей
- Отражения с трассировкой лучей — имитируйте отражение света от блестящих металлических поверхностей. Включая естественное тонкое отражение в стекле или более грубое отражение на полированном металле.
- Тени с трассировкой лучей — точное моделирование отбрасывания теней на многих поверхностях с одновременным улучшением деталей поверхности, областей контакта и решения проблем, связанных с традиционными методами построения теней.
- Глобальное освещение с трассировкой лучей — вычисляет освещение со значительно большей точностью. Свет, брошенный в игровую среду, ее игрока и персонажей, содержит невиданные ранее детали, точность и ясность.
- Окклюзия с трассировкой лучей — прохождение света прекращается при контакте с поверхностью или объектом, создавая крошечные тени, подчеркивающие даже мельчайшие детали на поверхности.
Как включить трассировку лучей?
Понятно, что как только у вас будет подходящее оборудование, вы захотите попробовать трассировку лучей самостоятельно. Конечно, сначала необходимо убедиться, что выбранная игра поддерживает трассировку лучей (доступно на nvidia.com). Затем просто найдите настройки графики в меню игры и выберите один из уровней трассировки лучей.
Обычно доступно три уровня: минимальный, высокий и ультра. Конечно, с выбранным режимом сложность HW возрастает. Например, для популярного Cyberpunk 2077 RTX 2060 рекомендуется для игры в Full HD с включенным минимальным уровнем трассировки лучей. Конечно, для максимального уровня желательно иметь в наличии RTX 3080, что является огромной разницей с финансовой точки зрения.
Однако, если вы не хотите вручную настраивать определенные параметры, мы настоятельно рекомендуем вам использовать приложение GeForce Experience, которое является частью установочного пакета драйвера. GeForce Experience избавляет от хлопот в компьютерных играх, адаптируя графические настройки игры к вашему оборудованию.
NVIDIA использует возможности облачного центра обработки данных для тестирования тысяч конфигураций компьютерного оборудования и поиска наилучшего баланса между производительностью и качеством изображения. Затем он автоматически настраивает персональные настройки графики в зависимости от видеокарты, процессора и монитора вашего ПК.
Влияние трассировки лучей на производительность
Конечно, с сенсационным изменением графики игр требования к используемому оборудованию также возрастут. Как только вы включаете современную игру с активной трассировкой лучей, частота кадров просто улетает. Даже 50%, что может привести к тому, что вы получите где-то 30 FPS, и игра будет неиграбельной.
Однако и здесь есть решение, потому что одновременно с трассировкой лучей у NVIDIA есть технология DLSS. Проще говоря, он вычисляет игровое изображение в более низком разрешении, а затем использует обученный искусственный интеллект для преобразования его в желаемое разрешение.
В случае с AMD вы можете попробовать трассировку лучей на последних картах серии Radeon RX 6000, но мы должны заранее указать, что AMD в этом отношении полностью отстает. Если вы хотите нырнуть на волне трассировки лучей, мы не можем с чистой совестью рекомендовать карты AMD.
Трассировка лучей на картах NVIDIA
Мы уже упоминали, что, несмотря на то, что трассировка лучей существует уже давно, ее реализация в игровой среде была запущена NVIDIA еще в 2018 году. И мы должны признать, что после трех лет упорной работы она пожинает плоды и это заслуженная награда.
Трассировка лучей поддерживает все больше и больше игр. В случае с типичной новой игрой AAA мы больше не можем представить, что она не будет поддерживать трассировку лучей. Благодаря своим продажам и тесному сотрудничеству с разработчиками игр трассировка лучей от NVIDIA стала стандартом в области игровой графики.
Трассировка лучей на картах AMD
Текущая доля AMD на рынке проданных видеокарт составляет 16%. AMD обычно продает более слабые графические процессоры по более низкой цене. Даже с этой точки зрения очевидно, что не хватило места для массового развертывания трассировки лучей. Однако это происходило постепенно, учитывая, что видеокарты AMD используются как в PlayStation 5, так и в новом Xbox SerisX / S.
Производительность видеокарт AMD с включенной трассировкой лучей значительно ниже с аналогичной конфигурацией, чем с NVIDIA. Поэтому летом 2021 года AMD официально запустила FidelityFX Super Resolution, ответ NVIDIA на DLSS. Опять же, это увеличит частоту кадров за счет изменения масштаба изображения от более низкого до более высокого разрешения. Интересно, однако, что функция FidelityFX Super Resolution может использоваться не только для графики от AMD (поддерживаются даже более старые Radeon RX 460), но и для чипов от NVIDIA.
Однако снова необходимо сотрудничество с разработчиками игр, которые должны сначала внедрить это технологически горячее новшество в свои игры. Пока это небольшие десятки игр, но ситуация будет постепенно улучшаться, в том числе и с последующим использованием десятков миллионов проданных игровых приставок нового поколения.
Трассировка лучей и DLSS — связь между ними
Даже если вы имеете честь владеть высококачественной графикой RTX GeForce 3080, в случае активной трассировки лучей у вас, скорее всего, также будет включен DLSS. Именно суперсэмплинг глубокого обучения является ключом к постепенному увеличению частоты кадров при сохранении высокой степени графической детализации.
Если немного заглянуть под прикрытие всей технологии DLSS, это чрезвычайно сложный вопрос, в котором участвуют тысячи разработчиков, математиков и ученых по всему миру. Фреймворк нейронной графики NGX обучает нейронную сеть десятками тысяч красивых изображений с высоким разрешением 16K (до 64 раз больше пикселей, чем разрешение Full HD), которые были визуализированы суперкомпьютером с очень низкой частотой кадров.
Основываясь на знаниях, полученных в результате многих и многих часов обучения, сеть может затем построить красивые изображения с высоким разрешением из входных данных с более низким разрешением. В результате расчетное изображение часто может быть лучше исходного.
К сожалению, это еще не общий ИИ, который можно применить ко всем играм. Мы можем увидеть это когда-нибудь в будущем, в конце концов, сама технология DLSS за три года своей жизни добилась огромного прогресса. Факт остается фактом: DLSS должна поддерживаться самой игрой. Его нельзя принудительно применить извне с помощью элементов управления в играх, которые его не поддерживают, или в более старых играх. Поэтому необходимо привлекать разработчиков отдельных игр.
Однако, например, интегрированная поддержка популярного игрового движка Unreal Engine 4 вселяет большие надежды на то, что DLSS будет распространяться быстрее и на большее количество игр, что также происходит постепенно.
