В мире компьютерных игр в 2018 году произошло событие, которое многие эксперты отнесли к разряду революционных. Речь идет о внедрении в игры трассировки лучей.
По сути, это симуляция модели человеческого зрения, которая вплотную приближает компьютерную графику к кинематографическому уровню (см. примеры).
Эта информация доступна также в формате видео:
Трассировка лучей в компьютерной 3D-графике используется давно. Однако, раньше высокая сложность расчетов и недостаточное быстродействие видеокарт не позволяли с нужной скоростью рендерить картинку в компьютерных играх. Вместо трассировки использовались более простые и значительно менее требовательные к видеокартам алгоритмы.
Кое-кто пророчествовал начало игрового использования трассировки не ранее 2025 года. Однако, уже в 2018 году в графические чипы карт Nvidia Turing были внедрены специальные аппаратные блоки, включающие так называемые тензорные и RT-ядра. Они оптимизированы под расчеты трассировки и значительно ускоряют их. Новшество получило название Nvidia RTX. Видеокарты с наличием таких аппаратных средств не сложно отличить по аббревиатуре «RTX» в их названии. Это, например:
Nvidia RTX положила начало использованию трассировки лучей в компьютерных играх. Компания Microsoft дополнила DirectX 12 расширением DXR (DirectX Raytracing), а разработчики игровых приложений тут же взяли его на вооружение.
Рендеринг отдельных элементов графики с использованием трассировки появился в играх Metro Exodus, Shadow of the Tomb Raider, Battlefield V, Control. Таких игр пока не много. Но это не на долго. В дальнейшем трассировка лучей в той или иной степени будет использоваться в большинстве компьютерных игр.
В апреле 2019 года Nvidia выпустила специальный драйвер, добавляющий поддержку DirectX Raytracing также и в некоторые видеокарты архитектур Pascal и Turing, не обладающие специальными аппаратными средствами. Для расчетов в них используются универсальные шейдерные блоки, поэтому в список поддерживаемых попали только достаточно быстрые для этого модели. В частности:
В остальных видеокартах поддержки трассировки нет. Nvidia решила не добавлять ее в более старые линейки своих графических ускорителей, включая флагман GTX 980 Ti, который, вероятно, мог бы справиться с задачей не хуже, чем GTX 1060.
О намерении внедрить поддержку real-time трассировки лучей в свои продукты заявили и представители AMD. В картах Radeon появление соответствующих аппаратных средств (аналога Nvidia RTX) ожидается ближе к 2021 году. На программном же уровне поддержка графическими ускорителями AMD трассировки возможна уже сейчас (через Pro Renderer и Radeon Rays). Однако, в игровых приложениях ее пока нет.
Но есть ли в этом смысл? Многочисленные тесты свидетельствуют, что именно аппаратная поддержка трассировки лучей является ключевым условием комфортной игры. Ну, по крайней мере, на современном этапе эволюции графических карт и соответствующего программного обеспечения.
Например, в игре Metro Exodus при разрешении экрана Full HD с максимальными настройками графики, но без трассировки лучей, GeForce GTX 1080 Ti обеспечивает быстродействие на уровне 77 кадров в секунду. RTX 2060 при аналогичных условиях выдает только 56 кадров в секунду. Преимущество первой видеокарты
Если же в настройках игры включить трассировку лучей, расстановка сил кардинально меняется. GTX 1080 Ti, не имеющая аппаратной поддержки, выдает всего 25-26 кадров в секунду, а RTX 2060, у которой такая поддержка есть, – 40. Здесь уже не абы какое преимущество второй видеокарты (
37%). И это при том, что RTX 2060 является самой «медленной» картой с наличием аппартных средств трассировки.
Сложить более полное представление о влиянии трассировки на игровое быстродействие помогут размещенные ниже графики.
Выводы же напрашиваются следующие:
В компьютерных играх трассировка лучей в режиме реального времени с приемлемым уровнем быстродействия возможна при условии ее аппаратной поддержки видеокартой.
Программная ее поддержка пока-что выглядит не более, чем средством демонстрации широким массам преимуществ новой технологии. За счет использования для трассировки только универсальных шейдерных блоков обеспечить плавный игровой процесс не способны даже самые быстрые современные видеокарты.
Интервью с NVIDIA о поддержке трассировки лучей и эксклюзивных технологиях
Эффекты на основе трассировки лучей в реальном времени станут широко распространёнными в играх нового поколения. NVIDIA поддерживает технологию с помощью аппаратных ядер RT с момента запуска архитектуры Turing и даже расширила поддержку до поколения Pascal через обновления драйверов, несмотря на то, что эти карты не имеют аппаратных блоков. Компания ответила порталу WCCFTech на ряд вопросов в этой области.
С предстоящим выпуском консолей следующего поколения и видеокарт Radeon RX 6000 Series разговоры об эффектах трассировки лучей в играх стали ещё более актуальными, но они также вызывают некоторые вопросы у потребителей и энтузиастов. Недавно AMD заявила о поддержке трассировки лучей и о том, какие игры будут совместимы с её ускорителями: «AMD будет поддерживать все игры, где реализована трассировка лучей с использованием таких отраслевых стандартов, как Microsoft DirectX 12 DXR или готовящийся к выходу API Vulkan Raytracing от Kronos. Игры, использующие патентованные API и расширения трассировки лучей, поддерживаться не будут».
Наибольшее внимание привлекла информация, касающаяся патентованных технологий. Это странно, поскольку недавно сообщалось, будто Intel работает с Kronos над поддержкой API трассировки лучей с открытым исходным кодом, но рассмотрит возможность использования расширений NVIDIA, если их начнут использовать больше разработчиков. Значит, NVIDIA не закрыла свои технологии для других компаний? В общем, вопросы есть, и журналисты WCCFTech решили обратиться за разъяснениями к Брайану Бёрку (Brian Burke) из маркетингового отдела NVIDIA.
— Какие вы бы назвали игры с поддержкой трассировки лучей, в которых используются эксклюзивные технологии NVIDIA?
— Подавляющее большинство игр, выпущенных с поддержкой трассировки лучей, используют стандартный отраслевой APIMicrosoftDirectXRayTracing(DXR). Нам известны три исключения: QuakeIIRTX, Wolfenstein: Youngbloodи JX3, которые используют расширения трассировки лучей NVIDIAдля Vulkan.
— Поддерживает ли NVIDIAиспользование собственных методов для добавления в игры трассировки лучей?
— Мы поддерживаем использование стандартных отраслевых API, таких как DXR и предстоящее расширение Vulkan Ray Tracing. В преддверии выпуска официального расширения Vulkan Ray Tracing мы позволили разработчикам, использующим Vulkan, реализовать трассировку лучей через расширение NVIDIA.
— Почему NVIDIAиспользовала расширения, которые будут работать только на графических процессорах NVIDIAв QuakeII, Wolfenstein: Youngbloodи JX3?
— Мы верим в совместное применение как быстрых новаций, так и открытых стандартов. В то время, когда разрабатывались эти первые игры с поддержкой трассировки, рабочая группа Vulkanещё не выпустила никаких спецификаций, и поэтому использование расширения от производителя было единственным способом задействовать новые технологии этими разработчиками и предоставить нашим клиентам возможность наслаждаться эффектами трассировки лучей. Это также помогло собрать отзывы для разработки спецификацией группой Khronos. Использование ранних расширений от производителя является обычным шагом в процессе стандартизации.
— Как выглядит этот процесс?
— Создание каждого открытого стандарта проходит в несколько этапов по мере того, как новая функциональность получает более широкую поддержку в отрасли. Vulkanиспользует новую функциональность с помощью расширений до полноценной интеграции в виде стандарта. Для важных новых областей APIобычно первый поставщик оборудования с такой функциональностью выпускает своё расширение, чтобы обеспечить раннюю поддержку и возможность собрать отзывы от разработчиков. Когда несколько производителей оборудования заинтересованы в создании общего стандарта для новой функциональности, Khronosпредлагает этим компаниям хорошо зарекомендовавший себя процесс сотрудничества и разработки открытого стандарта Khronosили расширения APIKHR. Для важных новых возможностей Khronosчасто предпочитает распространять предварительную версию расширения KHR, чтобы обеспечить обратную связь с отраслью параллельно с окончательной доработкой спецификации и проведением тестов на соответствие требованиям. Когда в спецификацию включены все отзывы ключевых сторон, выпускается окончательная версия расширения KHR, прошедшая тесты на соответствие, так что любой поставщик оборудования, реализующий спецификацию, может официально соответствовать требованиям для надёжной работы на любом оборудовании.
Развитие VulkanRayTracingшло в соответствии со всеми этими шагами, в том числе NVIDIAпредложила своё собственное расширение трассировки лучей для Vulkan, что было необходимым первым шагом в обеспечении раннего доступа для разработчиков и сбора отзывов от создателей игр на первом этапе.
— Создаёт ли NVIDIAкакие-либо препятствия через издательства или KhronosGroup, которые помешали бы AMDдобавить поддержку трассировки лучей в QuakeII, Wolfenstein: Youngbloodи JX3, если они захотят?
— Абсолютно нет. Мы вносим свой вклад в рост экосистемы трассировки лучей в течение многих лет и приветствуем желание других независимых производителей оборудования добавить поддержку.
— Какую работу проделала NVIDIA, чтобы обеспечить поддержку трассировки лучей в Vulkan?
— Внедрение трассировки лучей в Vulkan является результатом многолетних усилий многих компаний, и NVIDIA заняла активную лидирующую позицию на каждом этапе своего развития. Мы были избраны председателем подгруппы по трассировке лучей Vulkan в Khronos, мы внесли в Khronos наше собственное расширение, чтобы помочь рабочей группе Vulkan добиться быстрого прогресса, и мы выпустили драйверы для предварительной версии расширения трассировки лучей Vulkan, чтобы дать разработчикам обратную связь для подгруппы. Кроме того, мы намерены выпустить драйверы для окончательной версии расширения KHR в тот же день, когда спецификация будет выпущена Khronos.
— Будут ли игры DXRработать на графических процессорах AMD?
— DirectXRayTracing— это API, утверждённый Microsoftдля реализации любым поставщиком оборудования. Игры, созданные с использованием DXR, должны работать на любом графическом процессоре, совместимом с DXR. NVIDIAне может говорить о планах других производителей по поддержке DXR.
— Я читал, что трассировка лучей в Cyberpunk2077 будет работать только на графических процессорах NVIDIA. Почему?
— Cyberpunk2077 использует стандартный отраслевой APIDirectXдля трассировки лучей. Он будет работать на любом графическом ускорителе, совместимом с DXR. В Cyberpunk2077 нет ничего, связанного с трассировкой лучей, что было бы собственностью NVIDIA.
С самого первого своего публичного явления на Gamescom 2018 архитектура Nvidia Turing стала предметом всеобщего обсуждения. Этот метод рендеринга уже давно был недостижимой мечтой графических технологий и вот, наконец, видеокарты вроде Nvidia GeForce RTX 2080 научились с ним работать с приемлемой производительностью.
Трассировка лучей, пожалуй, самое значительное улучшение графики в игровом мире за последние годы. Во всяком случае, в ПК-гейминге.
Так что же такое рейтрейсинг (ray tracing)? Это продвинутый и очень реалистичный способ рендеринга света и теней, благодаря которому компьютерная графика в фильмах и сериалах выглядит столь правдоподобно. Но есть одно «но» (на самом деле, конечно же, не одно): поскольку трассировка работает посредством симуляции и отслеживания каждого луча света от источника, технология крайне требовательна к мощности железа. В этом кроется главная причина, по которой мы не видели настоящего рейтрейсинга в играх. До сих пор.
В наши дни трассировка уже доступна на ПК, хотя пока лишь самые крупные тайтлы рискуют пользоваться ей, и то в ограниченном виде, довольствуясь лишь реалистичными отражениями или тенями. Игр, созданных при полной поддержке ray tracing, еще не существует.
Самое время разобраться, что такое трассировка лучей, как она работает и что дает нашим играм. Учитывая тот факт, что технология новая и почти каждый день появляется какая-нибудь новая информация о ней, мы постараемся своевременно обновлять эту статью.
Что такое трассировка лучей?
Это метод рендеринга изображения, позволяющий создавать потрясающе реалистичные световые эффекты. По сути, алгоритм отслеживает путь каждого луча от источника и симулирует способ, с которым свет взаимодействует с каждым виртуальным объектом на своем пути.
В последние годы мы наблюдали, как внутриигровое освещение становится все более и более правдоподобным, но преимущества новой технологии касаются больше не самого света, а того, каким образом он применяется в игровом мире.
Благодаря трассировке мы с вами сможем увидеть гораздо более реалистичные тени и отражения, а также продвинутые эффекты просвечивания и рассеивания света. Алгоритм принимает во внимание то, каким образом лучи падают на объект, просчитывает их взаимодействие и выдает изображение, подобное тому, что увидел бы человеческий глаз в схожих условиях в реальном мире. При этом влияние на результат оказывает множество деталей, включая даже видимые в сцене цвета.
При наличии достаточной вычислительной мощности можно создавать невероятно реалистичные изображения, практически неотличимые от реальности. Проблема заключается лишь в том, что подобной производительностью на сегодняшний день могут похвастать лишь дорогие ПК и консоли нынешнего поколения, причем первые страдают от завышенных цен на видеокарты, а вторые все еще в огромном дефиците.
При создании визуальных эффектов для кинофильмов и сериалов трассировка лучей используется в несравнимо большей степени, и причина у этого все та же: для такой работы студии могут позволить себе целые серверные фермы. И даже в таком случае применение технологии остается длительным и кропотливым процессом, не говоря уже о заоблачной стоимости подобного оборудования.
В видеоиграх же традиционно применяется растеризация (или растрирование, если угодно), как гораздо более быстрый способ рендеринга. Это процесс превращения трехмерной графики в двухмерные пиксели на вашем экране, для отображения реалистичного освещения использующий программы-шейдеры. К счастью, появляется все больше игр с поддержкой специального железа от Nvidia, способного управиться с применением трассировки в реальном времени. Да, растрирование по-прежнему преобладает в игрострое, но это будет продолжаться до тех пор, пока разработчики, следуя за распространением RTX видеокарт, не станут внедрять в свои проекты освещение на основе рейтрейсинга.
И, если прямо сейчас мы с вами не наблюдаем чего-то крышесносящего, фундамент для появления действительно потрясающей картинки уже заложен. С учетом того факта, что в консолях нового поколения уже реализована поддержка трассировки, нас ждет революция в гейминге.
Игры с поддержкой трассировки лучей
Прямо сейчас достаточно много игр поддерживают технологию трассировки лучей, а скоро их станет еще больше: даже в инди-игры теперь добавляют эффекты реалистичного освещения. А пока вот список нынешних игр с поддержкой RTX на ПК:
В списке будущих хитов с поддержкой трассировки лучей в реальном времени находятся:
Видеокарты с поддержкой трассировки лучей
Трассировку лучей в реальном времени качественно поддерживают только видеокарты Nvidia. AMD заявила, что вплотную займется рейтрейсингом в будущем, а пока что эта технология работает на их видеокартах лишь номинально, превращая многие игры в слайдшоу.
Само собой получается, что для получения удовольствия от трассировки лучей вы должны быть обладателем как минимум Nvidia GeForce RTX 2060. Если же у вас найдутся дополнительные деньги на RTX 2080 Ti, то вы не будете разочарованы картинкой. Правда, эта видеокарта пробьет в вашем кошельке огромную дыру.
Ниже вы найдете список всех современных видеокарт, аппаратно поддерживающих рейтрейсинг. Спойлер: все они носят гордое «RTX» в названии.
Кроме того, трассировка лучей в реальном времени программно поддерживается на видеокартах поколения Pascal (GTX 10xx), начиная от GTX 1060 6 GB, но, ввиду отсутствия RT ядер включение RTX в настройках приведет к существенному падению производительности — вплоть до полной неиграбельности.
Консоли с поддержкой трассировки лучей
Платформы предыдущего поколения не были способны воспроизводить актуальные игры с трассировкой лучей в реальном времени. Однако современным консолям — PlayStation 5 и Xbox Series X|S — эта задача вполне по плечу. Но с некоторыми оговорками: эти консоли слабее топовых ПК, поэтому трассировка лучей реализуется частично, жертвуя некоторыми другими эффектами — например, максимальным разрешением изображения или частотой кадров.
В некоторых играх, таких как Metro Exodus Enchansed Edition, страдает дальность прорисовки, а консоль Xbox Series S и вовсе практически не способна выдавать комфортный fps с трассировкой лучей. С другой стороны, это оправдано для бюджетных (а консоли именно таковыми и являются в сравнении с компьютерами) игровых устройств.
Производительность
Даже не вдаваясь в цифры и графики становится видно, как эти завораживающие визуальные эффекты печальнейшим образом сказываются на производительности ПК. Частота смены кадров падает просто катастрофически.
К примеру, Metro Exodus, запущенная в разрешении 3440х1440 с «экстремальными» настройками графики, выдает на RTX 2080 Ti в среднем 41 кадр в секунду. Однако, стоит только включить трассировку лучей, как fps падает до среднего значения в 23 кадра. Разумеется, играть можно, но… вы понимаете.
К счастью, эта игра поддерживает технологию DLSS, использующую интеллектуальный апскейл разрешения. С ней вы сможете выжать из игры больше: к примеру, во время теста Metro Exodus с «экстремальной» графикой и «ультра» рейтрейсингом показала в среднем 44 кадра в секунду. Впрочем, это уже тема для отдельной статьи.
Следовательно, в погоне за трассировкой лучей вам придется быть более консервативным в выборе разрешения, ведь для более или менее комфортной игры в 4K вам определенно не обойтись без RTX 2080 Ti. Для привычного же 1080р с рейтрейсингом вполне будет достаточно RTX 2060.
Геймер со стажем. Люблю читать, спать и Бога-Императора.
Технология NVIDIA RTX™ — одно из самых важных достижений NVIDIA в компьютерной графике, которая положила начало новому поколению приложений, моделирующим мир с невероятной скоростью. Благодаря поддержке новых технологий ИИ, трассировки лучей и моделирования RTX представляет собой полноценную платформу, которая позволяет создавать невероятные проекты в 3D, фотореалистичные симуляции и впечатляющие визуальные эффекты быстрее, чем прежде.
КЛЮЧЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Трассировка лучей
Технология RTX воплощает мечту о рендеринге кинематографического качества в реальном времени благодаря оптимизированным API для трассировки лучей, таким как NVIDIA OptiX™, Microsoft DXR и Vulkan. Теперь фотореалистичный рендеринг объектов и окружений в реальном времени в комбинации с физически точными тенями, отражениями и преломлениями позволяет художникам и дизайнерам создавать потрясающий контент быстрее, чем когда-либо раньше.
ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ
Технология NVIDIA RTX привносит возможности ИИ в визуальные вычисления и позволяет разрабатывать приложения на базе ИИ, которые ускоряют рабочий процесс. Эти возможности значительно ускоряют работу художников и дизайнеров, освобождая время и ресурсы за счет интеллектуальной обработки изображений, автоматизации повторяющихся задач и оптимизации процессов, требующих большого объема вычислений.
РАСТЕРИЗАЦИЯ
RTX поддерживает такие новые технологии программируемого шейдинга, как Variable-Rate Shading, Texture-Space Shading и Multi-View Rendering. Использование этих технологий позволяет создавать более насыщенные визуальные эффекты с гибкой интерактивностью, крупными моделями и сценами и улучшенными возможностями в VR.
МОДЕЛИРОВАНИЕ
Реалистичность визуальных эффектов достигается не только путем соответствия внешнего вида, но и поведения. Благодаря возможностям ядер CUDA®и таким API, как NVIDIA PhysX®, Flow, FleX и CUDA, технология RTX позволяет точно моделировать поведение реальных объектов во всем: от игр до виртуальных сред и спецэффектов
Трансформация рабочих процессов с NVIDIA Omniverse
NVIDIA Omniverse™ — это многоуровневая платформа, позволяющая приложениям сторонних производителей использовать возможности технологии RTX через подключение к порталам. Обеспечьте виртуальную совместную работу в реальном времени в интерактивной смоделированной среде и мгновенную фотореалистичную визуализацию для высококачественного рендеринга с трассировкой лучей и пути в один клик. Скачайте открытую бета-версию Omniverse и измените работу с графикой.
Мнение: трассировка лучей – ещё одна бесполезная технология
Как говаривал бессменный глава Nvidia Дженсен Хуанг: «Покупка видеокарты без трассировки лучей – это просто безумие». Мне кажется, что он и сейчас так говорит, просто всем уже надоело слушать одно и то же. С появлением видеокарты Radeon RX 5700 ХТ никому не придёт в голову шальная мысль взять зелёную видеокарту, которая будет показывать в играх – 10 fps, но дороже и с лучиками. Хотя, находятся ещё такие индивиды, считающие точно так же, как великий Дженсен Хуанг. Давайте об этом поговорим.
реклама
Когда компания Nvidia рекламировала свою невероятно крутую технологию трассировки лучей, мелким шрифтом в одном из отдалённых уголков рекламного поста маркетологи написали, что лучики будут доступны только в 1080р. Мало того, эта информация верна только для дорогих видеокарт, таких как GeForce RTX 2080 и выше. На дешёвых GeForce RTX 2060 играть в лучи можно исключительно на средних настройках графики. Лично мне такая ситуация кажется странной. Мо моему мнению, видеокарты за 500 долларов покупают те, кто может себе позволить дорогой монитор с разрешением 2К или 4К.
И снова приведу в пример себя: в былые времена я часто и много играл, всякий раз я старался взять наиболее дорогую видеокарту и монитор, который мог себе позволить. Что же это получается, я покупаю 2К монитор за 500 долларов, видеокарту с лучами за 700 и не могу всем этим воспользоваться? Мне говорят, что я должен выбрать: или 2К на максималкках, но без лучей, или 1080р на средне-высоких, но с лучами. Выглядит очень странно. Вот представьте себе: я купил булку хлеба, заплатил за неё свои собственные деньги, но продавец мне говорит, что я должен выбрать: или кушать хлеб с колбасой или с сыром. Вместе никак. Как же так, ведь сыр и колбаса созданы друг для друга! Как прекрасно, что продавцы в магазинах не так жестоки, как Nvidia.
реклама
Игроделы добавляют лучи после того, как игра практически готова. Это напоминает то, как снимают фильмы в некогда популярном 3D-формате. Вначале монтировался фильм, а потом его отвозили на пару месяцев к индусам, которые и добавляли в картинке трехмерность, увеличивая параллакс, обманывая наши глаза и мозг. Технология трассировки лучей не готова. Это мейнстрим, который может выстрелить через пару лет. Нужны по-настоящему мощные видеокарты. А главное, нужна заинтересованность игроделов в реализации трассировки лучей. То, что сейчас подают под этой революционной технологией, можно называть как угодно, но только не улучшением картинки. Хотя, если бы я купил видеокарту за 800 долларов только из-за лучей, то, возможно, доказывал бы вам обратное, пытаясь убедить в крутости и инновационности технологии в первую очередь самого себя.
