Трассировка лучей и DLSS в играх. Разбираемся в нюансах на примере Battlefield V, Shadow of the Tomb Raider и Anthem

С выпуском видеокарт GeForce RTX компания NVIDIA открыла эру трассировки лучей в играх. И это стало поводом для продолжающихся споров о самой целесообразности данной технологии в играх. Однозначно можно сказать, что трассировка не стала массовым явлением, и список совместимых игр пока небольшой. Вскоре его пополнит боевик Control, а далее начнется осенний игровой сезон, который тоже принесет что-то интересное. В преддверии новых игр мы решили поговорить о трассировке в уже доступных проектах. Посмотрим, как лучи влияют на графику и производительность в Battlefield V и Shadow of the Tomb Raider. Заодно изучим особенности технологии NVIDIA DLSS, которая кроме указанных игр доступна также в Anthem.

Трассировка лучей

Что такое трассировка лучей? Это метод рендеринга с построением и отслеживанием траекторий лучей света к каждой точке пространства. Такой метод позволяет точно определять освещенность объектов, отраженный свет и взаимное затенение. Это еще одна ступенька к реализму виртуального изображения. Но трассировка (ray tracing) крайне ресурсоемка, поэтому ранее была недоступна в играх. И сейчас этот метод не может использоваться в полной мере. На данный момент речь идет о гибридном рендеринге, который сочетает стандартную растеризацию с трассировкой. Последняя используется для реализации отдельных эффектов, например, для просчета корректных отражений и теней.

Трассировка лучей работает в среде Windows 10 (начиная с версии 1809) через API DirectX Raytracing (DXR), который является расширением DirectX 12. На данный момент трассировка доступна в Battlefield V, Shadow of the Tomb Raider, Metro Exodus, Stay in the Light и китайском MMO Justice. Также эффекты на базе этой технологии обещают добавить в Wolfenstein: Youngblood, где все реализовано в среде API Vulkan.

Оптимальным решением для ray tracing являются видеокарты NVIDIA GeForce RTX, которые имеют аппаратные улучшения для ускорения соответствующих операций, в частности, дополнительные блоки RT. И при разговоре о трассировке часто оперируют определением RTX, что намекает на технологию и соответствующие видеокарты. При этом все функции API DXR поддерживаются и старыми видеокартами архитектуры Pascal, что позволяет включить новые эффекты на GeForce GTX 1080 Ti и других видеокартах этой серии. Но без соответствующих аппаратных оптимизаций трассировка дается им с огромными потерями в производительности.

Технология NVIDIA DLSS не связана с трассировкой напрямую, поэтому может использоваться в играх без новых эффектов. Этот метод рендеринга используется для ускорения производительности, что критично при активации RTX-эффектов. А поскольку DLSS использует аппаратные особенности GPU Turing, то технология работает исключительно на видеокартах GeForce RTX.

В данном обзоре использовалась система с видеокартой GeForce RTX 2080 Ti. В качестве наглядных материалов приведены скриншоты и видеоролики в 4K. Вначале поэтапно рассмотрим визуальные особенности трассировки в каждой игры, а в конце поговорим о DLSS.

Трассировка лучей в Battlefield V

Начнем с последней части Battlefield, поскольку это была первая игра с поддержкой трассировки. На ней обкатывалась новая технология, и с момента релиза разработчики хорошо поработали над оптимизацией, доведя производительность с трассировкой до приемлемого уровня.

В Battlefield V новая технология используется для отражений. В игре есть несколько уровней качества трассировки, которые определяются настройками DXR — низкое, среднее, высокое и максимальное качество. Согласно информации из открытых источников эти настройки влияют на количество просчитываемых лучей и на то, к каким поверхностям они применяются. Попробуем определить основные визуальные особенности.

Ниже наиболее яркий пример влияния трассировки. Положение камеры может немного меняться из-за необходимости перезагрузки игры и сложности подбора одинакового ракурса.

Трассировка лучей в Battlefield V
Трассировка лучей в Battlefield V
Трассировка лучей в Battlefield V

В обычном режиме на водной поверхности можно увидеть отражение неба и отражения веток и у края лужи. При этом все происходит в роще, а лужа окружена деревьями. Активация самого простого варианта DXR добавляет отражения этих деревьев. И вся сцена воспринимается несколько светлее, что заметно даже по цвету листвы на дальнем плане. Переключение на Ultra-качество дает минимальные изменения — рябь на воде выглядит иначе, и нет светлых ореолов вокруг объектов в воде.

Посмотрим, как трассировка влияет на лед и снег. Положение героя немного отличается, поэтому не обращаем внимания на контуры снега.

Трассировка лучей в Battlefield V
Трассировка лучей в Battlefield V
Трассировка лучей в Battlefield V

Трассировка сразу добавляет отражения на льду, которых изначально нет. Повышение качества дает странный эффект, когда некоторые участки льда светлеют. По сути, он приобретает разную фактуру — некоторые участки кажутся более гладкими, а некоторые более шероховатыми. Это пример того, что мы получаем материал с разными отражающими свойствами.

Трассировка не просто добавляет отражения к лужам и водным поверхностям. Она влияет на то, как выглядят любые мокрые поверхности, стекло, металлы и прочие отражающие материалы. При минимальном и среднем уровне это ощущается только на воде и мокрых поверхностях. При высоких и ультра-настройках DXR уже заметно влияние на металлические корпуса машин, элементы окружения и другие объекты. Это хорошо видно по корпусу танка на нижнем слайде. Ну и по мере повышения качества заметно увеличение дистанции, где применяется трассировка. При низком уровне DXR дальние лужи не меняются, при высоком — меняются.

Трассировка лучей в Battlefield V

В качестве завершающего сравнения ниже одинаковая сцена без трассировки и с DXR Ultra.

Трассировка лучей в Battlefield V
Трассировка лучей в Battlefield V

Данная сцена интересна тем, что сверху нависает мост, загораживающий свет. Но в обычном режиме под мостом есть яркие светящие лужи, а лужа левом углу отражает небо. С трассировкой лужи и мокрый асфальт меняются. И хотя они выглядят темнее, фактура мокрого асфальта кажется реалистичнее. Корпус танка тоже выглядит иначе.

Лучше оценить изменения можно по видеоролику со сравнением графики в 4K.

Трассировка может менять восприятие всей сцены, а не только создавать отражения на воде. Поскольку в игре много локаций с грязью, лужами, мокрым асфальтом и т.п., то общие изменения порою хорошо заметны. Но это не влияет на пустынные локации и похожие уровни — появляются отражения на стеклах, фактура металла где-то меняется, но это мелкие нюансы. С трассировкой больше бликов пламени от взрывов на окружающих поверхностях, что делает такие сцены ярче.

Подробнее о производительности на последней странице.

Некоторые вещи в этом мире созданы для разгона!