Трассировка лучей: что, как и почем

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 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.

Впрочем, благодаря творческому конкурсу DXR Spotlight, проводимому при поддержке Nvidia, Epic и Microsoft, разработчики игр и создатели контента со всего мира могут показать, чего можно достичь при помощи этой технологии от теней и отражений до реалистичного глобального освещения в реальном, конечно же, времени.

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, а никак не консоли нынешнего поколения.

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 заявлена поддержка трассировки, нас ждет революция в гейминге.

Игры с поддержкой рейтрейсинга

Прямо сейчас 6 игр поддерживают технологию трассировки лучей Nvidia, из которых лишь три относятся к ААА. Это легко объясняется новизной, так что в ближайшие год-два стоит ждать вторую волну подобных проектов. В 2020 году ждем PS5 и Xbox Project Scarlett, ради которых многие разработчики будут выкладываться на полную. А пока вот список нынешних игр с поддержкой RTX на ПК:

• Battlefield V – отражения
• Metro Exodus – глобальное освещение
• Shadow of the Tomb Raider – тени
• Stay in the Light – глобальное освещение и отражения
• Quake II RTX – глобальное освещение
• Control – глобальное освещение, отражение и тени

Не так уже и много, но на Gamescom 2019 уже было объявлено о множестве новых игр с поддержкой рейтрейсинга. И не просто объявлено, мы получили возможность увидеть новую технологию в действии. Nvidia никоим образом не сдерживает разработчиков и это уже начинает приводить к интересным результатам. К примеру, Minecraft обзаведется полной поддержкой освещения.

Взгляните на перечень игр, которые в будущем должны получить поддержку рейтрейсинга. Учитывая новизну технологии, можно быть уверенными, что разработчики сумеют нас удивить.

• Cyberpunk 2077
• Call of Duty: Modern Warfare – тени и освещение
• Enlisted
• Justice Online
• MechWarrior V
• Wolfenstein: Youngblood – отражения
• Vampire: The Masquerade – Bloodlines 2 – отражения
• Watch Dogs: Legion – отражения
• Minecraft – полная поддержка освещения
• Synched: Off Planet – отражения, тени

Видеокарты с поддержкой трассировки лучей

В этом году трассировку лучей в реально времени поддерживают только видеокарты Nvidia. AMD заявила, что вплотную займется рейтрейсингом в будущем, а пока что эта технология работает на их видеокартах лишь номинально, превращая любую игру 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.

• Nvidia GeForce RTX 2060 — 30 RT ядер, 6GB GDDR6
• Nvidia GeForce RTX 2060 Super — 34 RT ядра, 8GB GDDR6
• Nvidia GeForce RTX 2070 — 36 RT ядер, 8 GB GDDR6
• Nvidia GeForce RTX 2070 Super — 40 RT ядер, 8GB GDDR6
• Nvidia GeForce RTX 2080 — 46 RT ядер, 8GB GDDR6
• Nvidia GeForce RTX 2080 Super — 48 RT ядер, 8GB GDDR6
• Nvidia GeForce RTX 2080 Ti — 68 RT ядер, 11GB GDDR6
• Nvidia Titan RTX — 72 RT ядра, 24GB GDDR6

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.

Производительность

Даже не вдаваясь в цифры и графики (хотя мы планируем дополнить ими эту статью в ближайшем будущем) 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.

Следовательно, в погоне за трассировкой лучей вам придется быть более консервативным в выборе разрешения, ведь для более или менее комфортной игры в 4К вам определенно не обойтись без RTX 2080 Ti. Для привычного же 1080р с рейтрейсингом вполне будет достаточно RTX 2060.

Источник: techradar.com