Мы проверили Ray Tracing на практике на примере графики Control и GeForce RTX 2080 Super

Контроль заслуживает внимания игроков не только потому, что это просто фантастическая игра. Это также одна из первых постановок, в которой используются преимущества технологии Ray Tracing на ПК.

Я имел удовольствие играть в Control на новой видеокарте Nvidia GeForce RTX 2080 Super, что позволило мне полностью сгладить игровой процесс с разрешением 2560 x 1440, максимально детализировать и включить все графические функции.

Одним из таких «вкусностей» является Ray Tracing – технология трассировки лучей. Я честно признаюсь, что когда я впервые услышал о Рэе Тракинге, я не считал его большим прорывом. С технической точки зрения … Ray Tracing не является прорывом, потому что подавляющее большинство эффектов уже может быть достигнуто с помощью других технологий. Однако после игры в Control мне трудно вернуться к играм, которые не предлагает Ray Tracing.

Что такое Ray Tracing?

Я предоставляю право голоса своему мудрому коллеге Мацику Гаевскому:

Ray-Tracing – это метод генерирования изображений, который никак нельзя описать как новый. Первая сцена, созданная таким образом, была создана еще в 1982 году с использованием одного из суперкомпьютеров в японском университете. Отслеживание лучей, вероятно, является наилучшим и наиболее реалистичным способом создания виртуальных миров.

Он использует ту же технику восприятия реальности, что и наш мозг. Таким образом, он анализирует световые лучи, попадающие в человеческий глаз или виртуальную камеру. Благодаря этому вся игра света, тени и смешения цветов, жестких и мягких отражений, все выглядит или должно выглядеть так, как оно есть на самом деле. Люди, которые имеют смутное представление о физике и информатике, вероятно, удивятся. Но что, как, компьютер моделирует базиликлярные лучи света, в том числе их отражение от материалов с различными физическими свойствами? Нет, это пока невозможно. Даже мощный GeForce RTX с дополнительными ядрами, ускоряющими преобразование, связанное с отслеживанием лучей, этого не делают. Тем не менее, он уже достаточно мощный, чтобы использовать упрощенную версию трассировки лучей.

И не для всей сцены, а только для некоторых ее элементов.

Что именно дает нам отслеживание лучей для игроков? Технически, на самом деле … ничего.

Теоретически, нет противопоказаний для рендеринга какой-либо виртуальной сцены с помощью метода, отличного от трассировки лучей, и достижения того же эффекта. Однако это не означает, что вся трассировка лучей является подделкой, чтобы вытащить много денег из наших карманов. Ключевое слово в предыдущем предложении было теоретически: современные игры используют различные приемы, чтобы визуализировать реалистично выглядящий киароскро, цвета, отражения и отражения. Скайбоксы, отражения на экране и многие другие приемы делают игры достаточно убедительно симулирующими поведение света в виртуальном мире. Однако это все мошенничество.

Разнообразные приемы программирования, иллюзия которых эффективна, пока мы не рассмотрим их поближе. Кроме того, для экономии ресурсов компьютера или консоли игровые движки динамически заменяют виртуальные объекты на экране с различной степенью детализации. Нет смысла воспроизводить сложную структуру кроны дерева, так как она находится позади игрока, а он ее не видит. Но ведь это дерево может отбрасывать тень, которая уже будет видна на экране. Ray tracking решает множество проблем для разработчиков игр. Вместо того чтобы разрабатывать более абстрактные механизмы для повышения реалистичности трехмерной графики, они просто имитируют реальность. Им не нужно удивляться, что должен видеть игрок, глядя в виртуальное зеркало, и как его сгенерировать. Это сделает игровой движок для них. Это все еще звучит как подделка! Должен ли я платить, чтобы кому-то было проще?

Игра, как и любая компьютерная программа, может иметь определенную сложность. Чем больше хаков и уловок, тем менее стабильна программа, тем сложнее ее поддерживать и развивать, и, прежде всего, разработка стоит ценных человеческих часов программиста. Никто не будет ждать, пока это решит проблему ИТ, такую ​​как поведение молнии во время ночного ралли под дождем. Игра выйдет через два года, если программист не решит ее в течение месяца, мы будем использовать менее визуально привлекательное решение.

Чтобы понять огромные преимущества перехода к более современной, но гораздо более сложной технологии генерации изображений, давайте вернемся назад во времени на два десятилетия.

Игровой рынок, как и сегодня, управляется жанром шутеров. Ее ведущим представителем, а затем непревзойденным образцом для подражания является Doom. Противники в этой игре не являются трехмерными объектами. Чтобы заставить игру работать на компьютерах того времени, нужно было упростить реальность. Зловещие демоны генерируются как растровые изображения. Итак, двухмерные изображения, которые мы могли бы даже создать в Paint. Эта техника обеспечивает отличные результаты и требует гораздо меньше от оборудования. Однако возникает проблема: монстр – это двумерное изображение, это означает, что создатель игры должен вручную создавать каждый кадр своей анимации. А затем повторите действие, чтобы проиллюстрировать наблюдаемого монстра под другим углом. А потом под другим. И другой. А потом как стреляет. И как это работает.

Это абсурдный объем работы, поэтому враги в Doom двигаются, как в анимации остановки движения. Quake принес революцию в стрелках. Это, однако, имело свою цену: Doom хорошо работал на 386 процессорах, Quake требовалось несколько поколений нового Pentium. Соперники в Quake, если бы не высокое разрешение самой игры, выглядели не намного лучше, чем в Doom. Однако они были сделаны из трехмерных полигонов вместо растровых изображений. Это означает, что разработчики были уволены с работы. Игра уже смоделировала, как такой монстр выглядит со всех сторон, со всех сторон, при любом освещении.

Quake проложил путь для игр, которые выглядят так:

Теоретически контроль может быть создан методом, напоминающим Doom. Просто для его построения, вероятно, потребуется около трех десятилетий, чтобы достичь аналогичной точности в графическом дизайне. Поэтому трассировка лучей – это революция для игроков.

Мы находимся на очень ранней стадии своего развития. Исторически GeForce GTX можно сравнить с первыми 3D-ускорителями, такими как S3 Virge, которые немного освободили процессор от генерации графики. Нам пришлось пройти эпоху Voodoo Graphics и Riva TNT, чтобы наконец добраться до GeForce 256, первой карты, способной воспроизводить все элементы 3D-сцены самостоятельно. Однако это не означает, что вы не должны быть заинтересованы в этом прямо сейчас.

Посмотрите всю статью и заметьте, сколько Control получает, даже после добавления очень простой, единственной части метода отслеживания лучей в виртуальной сцене. Ray Tracing – это священный грааль привлечения 3D-инженеров и графических дизайнеров. Поскольку теперь симуляция сцены лучами света на этом этапе дает результаты, видимые на иллюстрациях, представьте себе, что будет возможно через несколько лет с еще лучшими графическими процессорами.

Теперь, когда мы знаем, что такое технология трассировки лучей с технической стороны, давайте посмотрим, как ее использует Control.

С самого начала нужно сказать, что в большинстве приложений различия между включением и отключением Ray Tracing будут практически незаметны на статических снимках экрана. Отслеживание луча раскрывает свои истинные возможности только в движении, динамически изменяя освещение сцены.

Это можно увидеть на официальной презентации Nvidia, где вы можете четко увидеть, как Ray Tracing «оживляет» сцену. Вспышки света танцуют на поверхностях, блики становятся более естественными, в стекле появляются отражения, которые без Ray Tracing не будут видны в игре:

Однако тонкие различия можно увидеть даже в статических сценах.

Давайте посмотрим на стену справа. Вот как выглядит Ray Tracing:

И так с выключенным:

Обученный глаз сразу заметит, что свет, падающий на стену через потолочные люки в потолке, выглядит намного более естественным при включенной трассировке лучей. Текстура обшивки лучше подчеркнута, тени более яркие и глубокие.

Точно так же и со светом, идущим из освещенной в неосвещенную комнату. Без отслеживания луча луч статичен и текстура пола не меняется:

Повернув Ray Tracing на полу, вы можете увидеть четкое отражение от комнаты, где находится источник света. Сцена немедленно берет глубину.

Интересно, что Ray Tracing иногда ведет себя как полная противоположность HDR. Предпосылкой HDR является идеальная видимость деталей в тенях и на рентгеновских снимках. Это сцена без Ray Tracing:

И с включенной трассировкой лучей:

В сцене без отслеживания лучей мы видим отдельные элементы жалюзи, защищающие окно, мы видим детали на старом стекле. Однако, когда мы включаем трассировку лучей, эти детали исчезают: точно так же, как они бы исчезли в реальности, если бы такой резкий свет падал в окно.

Однако в случае трассировки контрольных лучей вы можете четко увидеть это в отражениях. Независимо от сцены, они добавляют реалистичность графике, тем самым увеличивая ощущение погружения. Не то чтобы без Ray Tracing Control все выглядит плохо, например, в этой сцене нет ничего лишнего – свет динамичен, тени и рентгеновские снимки прекрасно контрастируют друг с другом, нельзя сказать плохое слово:

Однако, когда мы включаем трассировку лучей, неожиданно живет не только верхняя часть сцены с большими деревьями на заднем плане, но и нижняя, с полом, на котором отражается отражение этих деревьев, что без трассировки лучей.

Как мелочь, но благодаря таким мелочам геймплей с включенной трассировкой лучей – захватывающий опыт.

Мы много теряем, играя в Control без Ray Tracing?

Ну, если честно … нет.

Если вы играете в Control на консоли или ПК с видеокартами старого поколения, вам все равно не о чем сожалеть. Сама игра предлагает настоящий рог изобилия вспышек, эффектов и графических фейерверков; Ray Tracing – это просто глазурь на торте. Обледенение, которое вы иногда даже не можете увидеть, как в этой сцене.

Лошадь со строкой, которая говорит, на каком снимке экрана показан RT, а какой отключен

В такой сцене просто нет разницы. И там, где различия – как вы уже видели – очень незначительны, это связано с тем, что Control в не-RTX-версии для имитации отражений за пределами метода отражений в пространстве экрана использует технику отслеживания конусов вокселов. И этот не что иное, как очень примитивная форма трассировки лучей. Вот почему Control также выглядит так хорошо без видеокарты RTX.

Поэтому я не могу сказать, что Control – это игра, для которой стоит сменить видеокарту на новую (хотя это, безусловно, игра, в которую вам обязательно нужно играть!). Однако, учитывая тот факт, что на горизонте появляется все больше игр, которые будут использовать Ray Tracing еще более полно (обновленная версия Minecraft), покупка графического процессора серии Nvidia RTX определенно должна быть в списке будущих покупок.

Особенно если, помимо игры, вы также используете компьютер для работы. Но это тема для отдельного материала.

Сотрудничество: Мацей Гаевский