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.
Что такое Nvidia RTX, как технология трассировки лучей меняет графику в играх и зачем покупать новую GeForce (коротко и с примерами)
Что такое Nvidia RTX?
Nvidia RTX — платформа, содержащая ряд полезных инструментов для разработчиков, которые открывают доступ к новому уровню компьютерной графики. Nvidia RTX доступна только для нового поколения видеокарт Nvidia GeForce RTX, построенного на архитектуре Turing. Основная особенность платформы — наличие возможности трассировки лучей в реальном времени (также называемой рейтресингом).
Что за трассировка лучей?
Трассировка лучей — функция, которая позволяет имитировать поведение света, создавая правдоподобное освещение. Сейчас в играх лучи двигаются не в реальном времени, из-за чего картинка, зачастую, хоть и выглядит красиво, но всё равно недостаточно реалистична — используемые сейчас технологии требовали бы огромное количество ресурсов для рейтресинга.
Это исправляет новая серия видеокарт Nvidia GeForce RTX, обладающая достаточной мощностью для расчёта пути лучей.
Как это работает?
Это побудило Nvidia внедрить дополнительные ядра в видеокарты GeForce RTX, которые возьмут на себя большую часть нагрузки, улучшая производительность. Они также снабжены искусственным интеллектом, задача которого — высчитывать возможные ошибки во время процесса трассировки, что поможет их избежать заранее. Это, как заявляют разработчики, также повысит скорость работы.
И как трассировка лучей влияет на качество?
Shadow of the Tomb Raider, релиз которой состоится 14 сентября этого года:
Battlefield 5, которая выйдет 19 октября:
Metro Exodus, чей выход намечен на 19 февраля 2019 года:
Control, дата выхода которой пока неизвестна:
Вместе с этим всем, Nvidia рассказала, какие ещё игры получат функцию трассировки лучей.
Как включить RTX?
А есть ли аналоги у AMD?
Технология, которая будет работать на API Vulkan, пока находится в разработке.
Трассировка лучей и видеокарты Nvidia RTX: стоит ли это своих денег?
Во второй половине августа Nvidia провела большую пресс-конференцию, в ходе которой анонсировала новую линейку видеокарт GeForce RTX на базе архитектуры Turing. Эти видеокарты впервые в истории индустрии должны будут обеспечить достаточно быструю обработку трассировки лучей освещения в видеоиграх в реальном времени.
Что такое трассировка лучей (рейтрейсинг)? Стоит ли купить одну из таких видеокарт, когда они появятся в продаже через пару недель? На эти и другие вопросы мы постараемся ответить ниже.
На самом деле сама технология трассировки лучей далеко не нова — ее придумали еще несколько десятилетий назад. А вот вычислительные мощности компьютеров достигли необходимого уровня только сейчас — до сих пор рейтрейсинг в играх практически не использовали.
Фундаментальная разница между традиционным способом освещения трехмерных сцен в играх (и не только) и трассировкой лучей заключается в следующем. Растеризация, которая применяется с самых первых 3D-игр, предполагает отрисовку 3D-объектов и их перенос на 2D-экран с последующей обработкой с помощью специальных микропрограмм под названием «шейдеры». Именно шейдеры придают 3D-сценам объем, добавляют тени, свет и многое другое — все то, что делает картинку похожей на реальную.
Но растеризация — это изначально неверный подход, который никогда не позволит максимально приблизить результат к реалистичному. Все дело в том, что в реальной жизни свет работает совсем не так — его источники испускают огромное количество лучей фотонов, которые множество раз отражаются от объектов и в итоге попадают на сетчатку глаз человека.
Именно поэтому вычислительной мощности современных компонентов ПК для рейтрейсинга не хватало — для получения итогового изображения приемлемого качества нужно рассчитать слишком много этих самых лучей и результатов их отражения.
Кстати, вы наверняка уже видели рейтрейсинг в действии, но даже не догадывались об этом. Речь идет о фильмах с компьютерной графикой и 3D-мультфильмах. Все дело в том, что студии, которые их создают, располагают большими бюджетами и достаточным запасом времени. На рендеринг (отрисовку) полутора часов фильма может уйти несколько месяцев работы мощной серверной фермы — использовать такой подход в обычных домашних ПК было просто невозможно.
Правильное освещение — ключ для получения изображения, которое кажется зрителю настоящим. Растеризация плохо справляется и с реалистичными тенями, и с реалистичными отражениями, и с реалистичными прозрачными объектами. В конечном итоге эта технология должна будет просто устареть и кануть в лету. Ей на смену придет быстрый расчет триллионов лучей света.
Но случится это еще очень не скоро. Даже новые видеокарты Nvidia не способны на то, чтобы рассчитывать такое огромное количество лучей с должной скоростью (напомним, что игры должны генерировать как минимум 30 кадров в секунду, а еще лучше — 60 и больше). Производителю пришлось пойти на ухищрения.
Так, количество лучей исчисляется миллионами, что без применения дополнительных техник делает картинку «шумной». Для устранения шума используется специально натренированный искусственный интеллект и отдельный модуль чипов Turing, который предназначен для работы с ним. В результате получается изображение, которое не сильно хуже «честного».
Технических препятствий на победном пути трассировки лучей еще очень много. Nvidia не зря называет видеокарты RTX самым важным скачком технологий со времен появления ядер CUDA. Десяткам тысяч разработчиков по всему миру придется переучиваться и использовать новые инструменты для создания игр. Это касается как программистов и других инженеров, так и художников и даже геймдизайнеров. Простой пример: комната в гипотетическом хорроре, в которой раньше (с использованием растеризации) вручную «подсвечивали» важные места и скрывали в темных углах врагов, будет выглядеть после трассировки лучей совсем по-другому.
Поэтому начинают с малого. Одними из первых игр с поддержкой RTX станут шутеры Battlefield V и Metro: Exodus. В первом рейтрейсинг используется в основном для отрисовки реалистично выглядящих отражений (которые все равно довольно расплывчаты из-за недостатка скорости вычислений), а во второй — еще и для освещения сцен. В Shadow of the Tomb Raider, которая появится в продаже через несколько дней после публикации этой статьи, рейтрейсинг и вовсе применяют только в некоторых случаях для сглаживания теней.
Начало использованию трассировки лучей в видеоиграх положено. В будущем эта технология будет становиться только популярнее, а вычислительная мощность видеокарт будет только расти.
Надеемся, что ответ на вопрос «что такое рейтрейсинг?» был вполне доходчивым. Теперь поговорим о более приземленных вещах — конкретных моделях видеокарт Nvidia RTX и их ценах. Нужно брать или можно подождать? Наконец, что делать поклонникам AMD, которые в «зеленый лагерь» переходить не планируют?
Сейчас линейка RTX включает в себя три видеокарты — RTX 2070, RTX 2080 и RTX 2080 Ti. Их названия похожи на названия видеокарт предыдущих поколений, но загвоздка заключается в том, что стоить они будут значительно дороже.
В общем, трассировка лучей — штука недешевая. Мы считаем, что первое поколение видеокарт RTX должно заинтересовать лишь энтузиастов.
Естественно, растеризация никуда в ближайшие годы не уйдет, и новые видеокарты и с ней работают достаточно быстро — заметно быстрее, чем GTX 10XX. С другой стороны, производительности GTX 1080 Ti (которая теперь должна заметно подешеветь, хоть это вряд ли будет правдой для Беларуси) и так во многих случаях хватает для игры в разрешении 4К с частотой 60 кадров в секунду. Куда уж больше?
Что ж, 60 кадров в секунду — далеко не предел. 120- и даже 144-герцовые 4К-дисплеи уже поступили в продажу, и для обеспечения достаточной производительности 1080 Ti уже не хватит.
Все это, повторимся, касается только энтузиастов. Кроме того, реальные результаты тестов RTX 20XX пока не опубликованы — они появятся только после поступления новых видеокарт в продажу. Сейчас же остается лишь доверять словам самой Nvidia и ее партнеров (а это никогда не было хорошей идеей).
Ответим и на вопрос любителей AMD Radeon. У этой компании просто в несколько раз меньше инженеров, которые могли бы создать что-то подобное. В ближайшее время новые Radeon, кажется, показывать не собираются, но это не значит, что рейтрейсинг останется привилегией «зеленых». Важно знать, что трассировка лучей в современных играх будет работать на базе API DirectX, так что в теории будет доступна любому производителю «железа» — хватало бы производительности конкретной видеокарты и оптимизаций в драйверах.
Мы сомневаемся, что в рядах поклонников AMD еще есть энтузиасты — по крайней мере, те, которые интересуются именно видеокартами. В любом случае, первое поколение GPU с поддержкой рейтрейсинга лучше переждать.
Выводы очевидны. Трассировка лучей — технология с большим и светлым будущим. Пока что ее собирается использовать в своих продуктах только Nvidia, но и AMD (и, вомзможно, Intel, которая собирается анонсировать свою первую видеокарту потребительского класса в 2020) в стороне стоять явно не планирует.
Мечты первых пионеров 3D-графики наконец-то воплощаются в жизнь. Игры будут выглядеть куда более реалистично, а «честное» освещение позволит сделать их не только более красивыми, но и более интересными.
Как и любая другая новая (в этом случае, как мы уже сказали, она нова именно для видеоигр) технология, рейтрейсинг в своей первой итерации будет очень дорог для конечного потребителя. Поддерживать новые «фишки» будут далеко не все игры. Но энтузиасты и эксперты верят, что со временем на новый поезд перескочат абсолютно все. Просто потому, что старый поезд давно не может сдвинуться с мертвой точки.
Какие видеокарты Nvidia и AMD поддерживают трассировку лучей
Трассировка лучей — одна из самых популярных функций современных видеокарт. Оптимизация технологии трассировки световых лучей обеспечивает более реалистичную картинку, которую можно увидеть в играх с высокими графическими требованиями. Рассказываем о тех видеокартах, которые уже поддерживают эту опцию.
Ввидеокарты Nvidia с функцией трассировки лучей
С момента запуска линейки RTX (Turing) компания Nvidia интегрировала в свою продукцию функцию трассировки лучей. Поэтому существует множество видеокарт, которые поддерживают эту опцию.
Примечание: на некоторых видеокартах Nvidia функция трассировки лучей разблокируется только после установки драйвера Geforce 425.31. Это относится к моделям Titan Xp, Titan X (Pascal), Geforce GTX 1660 Ti, Geforce GTX 1660, Geforce GTX 1080 Ti, Geforce GTX 1080, Geforce GTX 1070 Ti, Geforce GTX 1070 и Geforce GTX 1060 6GB.
Видеокарты AMD с трассировкой лучей
В то время как Nvidia уже некоторое время оснащает свои видеокарты функцией трассировки лучей, пользователям AMD придется набраться терпения. Графические процессоры AMD, поддерживающие эту технологию, еще только появляются.
Только новейшие видеокарты AMD серии RX 6000 будут поддерживать трассировку лучей. К ним относятся AMD Radeon RX 6800, AMD RADEON RX 6800 XT и AMD RADEON RX 6900 XT. Серия RX 6800 поступила в продажу в ноябре 2020 года, RX 6900 — в декабре 2020 года.
Обзор GeForce RTX 20: архитектура Turing с RTX, трассировкой лучей и новыми функциями
Страница 5: Трассировка лучей и NVIDIA RTX
Примерно пять лет назад NVIDIA решила взять направление аппаратной трассировки лучей. Компания решила разработать аппаратные блоки, которые будут ускорять расчеты трассировки. И сегодня мы как раз их получаем в виде ядер RT.
Для уменьшения вычислительной нагрузки трассировки лучей используются различные техники. Все они опираются на тот принцип, что удаленные от луча примитивы не могут с ним пересекаться. Поэтому и смысла их просчитывать нет. Экспоненциальное увеличение числа лучей приводит к тому, что на каждый луч следует обрабатывать как можно меньшее число примитивов, чтобы не увеличивать вычислительную нагрузку.
BVH на классических архитектурах GPU может выполняться только программно. Таким образом, потоковым процессорам приходится на каждый луч выполнять несколько тысяч инструкций, в том числе многочисленные циклы для поиска блоков и, в конечном итоге, примитива. Только после нахождения примитива можно выполнять шейдинг луча.
Вместе с трассировкой лучей NVIDIA представила новый способ расчета производительности, названный гигалучи в секунду. Который показывает количество рассчитанных лучей в единицу времени. Теперь вы знаете, что, в отличие от тех же TFLOPS, данное значение не фиксировано для GPU, а зависит от типа и сложности сцены.
Для сравнения NVIDIA использует видеокарту GeForce GTX 1080 Ti, которая обеспечивает вычислительную производительность 1,1 гигалуч/с. GeForce RTX 2080 Ti показывает не меньше 10 гигалучей/с, иногда даже более 12. Но как можно сравнить эти значения? Ответ прост: никак! Даже на идентичных сценах результат немного варьируется, поэтому можно говорить лишь о приближенном значении. NVIDIA также указывает, что трассировка лучей на архитектуре Pascal в описанном выше виде вообще невозможна.
Гибридный конвейер рендеринга
С архитектурой Turing NVIDIA не стала представлять чистую трассировку лучей, выбрав гибридный конвейер рендеринга. Он предусматривает разные технологии для расчета прямых и непрямых теней, отражений, окружающего освещения, прозрачности и т.д.
Некоторые методики опираются на хорошо известный процесс растеризации, часть используют трассировку лучей или опираются на вычисления. Поэтому нагрузку уже нельзя полностью распределить по потоковым процессорам. NVIDIA приводит следующие результаты.
