У цій статті ми розповімо про технології трасування променів в іграх, як вона працює, що дає геймеру, а також поміркуємо, чи стане в нагоді вона взагалі. Відповідь на це питання, до речі, не така очевидна, як здається на перший погляд. Але про все за порядком. Час прочитання статті — 8 хвилин.
Про технологію
В ігровій індустрії технологія трасування променів з’явилася на відекартах NVIDIA серії RTX, які компанія представила в серпні 2018 року. Ці адаптери працюють на архітектурі Turing, названої на честь англійського математика Алана Тьюринга. Підтримка трасування променів стала фішкою цієї серії, яка на цей момент є найпродуктивнішою серед усіх сімейств відеокарт NVIDIA.
Що ж це за технологія та як вона працює? У реальному житті ми бачимо навколишні речі завдяки тому, що промені світла відбиваються від них і потрапляють на нашу сітківку. Технологія трасування променів (яка скорочено називається RTX, як і лінійка відеокарт) передбачає той самий процес, але вже в іграх. Алгоритми трасування обчислюють траєкторію кожного променя світла від об’єкта до камери, а відеокарта виводить на екран картинку з урахуванням цих розрахунків. При цьому до уваги беруться властивості поверхні: одні матеріали відображають світло краще, інші гірше, скло переломлює промені та ін. Це дає можливість точно передавати освітленість предметів, їх тіні, заломлення, розсіювання світлай взагалі надавати зображенню на екрані реалістичніший вигляд, ніж при звичайній растеризації (існуючому способі створення картинки для ігор).
Заковика в тому, що для роботи алгоритмів трасування потрібні великі обчислювальні ресурси. Наприклад, один кадр анімаційного фільму з використанням технології трасування променів може рендеритися добу й більше. В іграх, звичайно, такий підхід не годиться — тут треба в реальному часі видавати комфортну кількість кадрів на секунду (бажано, не менше 40 FPS). Тому зараз в іграх використовується гібридна модель, де трасування променів застосовується тільки до окремих об’єктів. І те, для цього потрібні найпотужніші відеокарти.
На цей момент такими є тільки графічні прискорювачі NVIDIA серії RTX. У них є спеціальні ядра, що відповідають саме за трасування, що дозволяє виводити швидкість цієї процедури на прийнятний рівень. Навіть на найпотужнішій відеокарті NVIDIA попереднього покоління — GXT 1080 Ti — швидкість обробки алгоритмів трасування приблизно в шість разів нижче, ніж на відкритих RTX. Компанія AMD теж працює над цією технологією, але на ринок їх відеокарти з підтримкою трасування поки не вийшли (можливо, це станеться вже поточного року). Також для роботи трасування променів необхідна Windows 10 і спеціальне розширення для DirectX 12, яке підтримує роботу алгоритмів на програмному рівні.
Трасування променів потрібне не тільки геймерам. Для розробників ігор воно спрощує процес створення рівнів й оточення. Без цієї технології всі ефекти освітлення в іграх доводиться створювати вручну. Наприклад, якщо на рівні горить світильник, то треба прописати відображення променів і тіні від нього. З трасуванням променів цього робити не потрібно — усе повинні обробити алгоритми в автоматичному режимі. Крім того, трасування може працювати й зі звуком, створюючи набагато реалістичніше аудіо для ігор.
Як трасування променів впливає на ігри та продуктивність
Хоч технологія RTX і з’явилася на ринку півтора року тому, список ігор з її підтримкою досі не дуже великий. Зараз, з урахуванням проектів у розробці, їх близько 30. Серед уже доступних до покупки ААА-тайтлів виділимо Battlefield V, Shadow of the Tomb Raider, Metro Exodus, Control і Stay in the Light. Зрозуміло, що в майбутньому таких ігор буде більше, але поки рано говорити, що трасування променів впроваджується повсюдно.
Головне, що привносить ця технологія в ігри — це більший реалізм освітлення. Що, до речі, не завжди корисно. Наприклад, важлива деталь або квестовий предмет може виявитися в тіні, а кути приміщення з одним джерелом світла можуть бути занадто темними. Але це, імовірніше, виключення. Трасування променів у левової частці випадків позитивно позначається на якості зображення та його реалізмі. Тіні можуть динамічно рухатися, у воді відбивається більше об’єктів, вогонь у темряві трохи сліпить, як і повинен, а картинка в цілому виглядає жвавіше й більше схожа на те, що гравець побачив би в реальному житті.
Подивитися, що дає трасування променів, можна на прикладі гри Minecraft. Так, у ній нарочито примітивна графіка, але для демонстрації трасування це якраз плюс — відмінність картинки з трасуванням і без неї набагато помітніша. Переконатися в цьому можна на наступному відео:
Ще одна гра, в якій добре помітна різниця між наявністю трасування та його відсутністю — це класичний шутер Quake II. Він наочно показує, як якісно змінюється картинка з використанням алгоритмів трасування:
А ось якщо ми перейдемо до сучасніних (або до просунутіших у плані графіки) ігор, то різниця стає не такою відчутною. Справа в тому, що ані в Quake II, ані в Minecraft розробники спочатку не переймалися реалізмом освітлення як таким. У першому випадку, тому що 23 роки тому технології і можливості розробників були «трохи» скромніше, а в другому — у цій грі цей аспект далеко не найважливіший. Але коли ми беремо ігри, де натиск робиться на якість графіки, відмінності помітити складніше. Подивимося, наприклад, на Shadow of the Tomb Raider. Технологія RTX, звичайно, додає реалізму зображенню: з’являються динамічні тіні від рухомих джерел освітлення, там, де потрібно, вони пом’якшуються й виглядають природніше. Але, з іншого боку, різниця некардінальна:
Ще одне відео з Shadow of the Tomb Raider. Воно теж демонструє, що з вимкненим трасуванням освітлення виглядає реалістичніше, але в деяких місцях це важко помітити:
Існує також різниця між режимами трасування. Але найчастіше воно або взагалі не помітне, або відмінності настільки малі, що ними можна знехтувати. Це добре помітно на скриншоті нижче:
Погляньмо ще на Battlefield V — на прикладі цієї гри добре помітно, як трасування покращує відображення у воді:
Різниця в зображенні з використанням трасування променів і без нього досить помітна. Але з іншого боку, у цих іграх навіть без трасування все добре з освітленням. Нехай воно трохи менш реалістичне, але теж виглядає добре й різниця при наявності трасування та його відсутності не так кидається в очі. Особливо, якщо гравець сконцентрований на проходженні сюжету або на бої із противником, а не на пошуку відмінностей в освітленні. І тут ми підходимо до ще одного важливого питання: а як трасування впливає на продуктивність?
Оскільки обробка алгоритмів трасування вимагає великих обсягів обчислень, на відеокарту йде додаткове навантаження (причому дуже істотне). А це зі свого боку знижує кількість кадрів за секунду. Залежно від потужності відеокарти, можна вибирати той чи інший режим якості трасування: ультра, високий і середній. Залежно від обраної моделі буде оброблятися різна кількість об’єктів (чим вище якість — тим більше).
Наскільки істотно це впливає на FPS? У цьому розбиралися журналісти видання TechSpot. Вони випробували популярні ігри з підтримкою трасування променів на всіх моделях відеокарт NVIDIA останньої серії. На їх тестовому комп’ютері були встановлені останні версії драйверів, актуальні апдейти ігр та операційної системи. Для тесту всі налаштування якості картинки встановлювалися на максимум, а роздільна здатність вибиралася на рівні 1440 p. Журналісти відзначили, що в середньому кількість кадрів за секунду падала на 30–50% залежно від гри та якості трасування. Але при цьому значення FPS в основному залишалися в межах комфортного сприйняття.
Так, Battlefield V на найпотужнішій відеокартці RTX 2080 Super видавав 111 к/с без трасування, 76 FPS — при низькій якості трасування і 57 FPS — при високій. На бюджетному варіанті RTX 2060 Super показники виявилися такими: 86 FPS без трасування, 61 FPS із низькою якістю трасування та 45 FPS з ультраякістю. Тобто навіть із не найдорожчою відеокартою в цю гру можна комфортно грати з найвищою якістю трасування.
Щоправда, в інших іграх результати виявилися трохи гірше. Наприклад, у Metro Exodus RTX 2060 Super видавала на ультраякості 35 к/с, а в Control всього 26 FPS. І якщо гру при 35 к/с ще можна назвати комфортною, то про 26 FPS такого вже точно не скажеш.
Висновки
Трасування променів в іграх — це ще молода технологія, яка робить перші кроки в індустрії. Поки що її наявність або відсутність на якість ігор особливо не впливає. Вона, імовірнвше, є модною фішкою, без якої поки можна цілком обійтися. Але так буде не завжди. Ця технологія істотно спрощує процес розробки ігор, тому в майбутньому її будуть застосовувати все частіше, а від старих моделей роботи зі світлом поступово відходити. Зрозуміло, що це справа не найближчих років, але все ж вектор розвитку індустрії очевидний. До речі, за словами представників NVIDIA, перша ААА-гра, для якої обов’язково знадобиться відеокарта з підтримкою трасування, може вийти вже у 2023 році.
Зараз же поширенню цієї технології заважають кілька речей. Відеокарти з її підтримкою дорогі й не можна сказати, що набагато продуктивніші за адаптери попереднього покоління. Також поки є не дуже багато ігор з її підтримкою, і люди не зовсім розуміють, навіщо зараз переплачувати за відеокарту останнього покоління. Увімкнення трасування викликає помітне просідання FPS, нехай майже завжди некритичне, але все ж помітне. При цьому рівень реалізму картинки хоч і зростає, але не прямо, щоб ах як. Тому в найближчі кілька років воно не буде мейнстримом. Хоча в тому, що в кінцевому підсумку трасування стане загальноприйнятим стандартом, можна не сумніватися. Треба тільки почекати.
Також за темою:
- Кращі гоночні ігри
- ТОП кращих ігор для двох на PS4, Xbox One та PC
- Як правильно налаштувати CS:GO
- Рейтинг найочікуваніших ігор — новинок для ПК та PS4
- Ігри для компанії — у що пограти на карантині?
Скриншоти й відео: NVIDIA, EA, Overclockers.ua, TechSpot
