Революция в графике? Что такое трассировка лучей в новых видеокартах Nvidia

Ray Tracing или трассировка лучей — одна из редких технологий компьютерной графики, принцип которой довольно просто объяснить. Достаточно посмотреть вокруг: все, что мы видим — это отраженные от объектов лучи света, улавливаемые нашими глазами. Даже сейчас, когда вы читаете этот текст, миллиарды фотонов достигают ваших зрительных органов, вся эта информация обрабатывается мозгом, и из нее и создается «изображение» в вашей голове.

В общем, да, можно даже сказать, что вся видимая нами реальность — это лишь отраженный свет.

Трассировка лучей — это технология рендеринга (то есть отрисовки, создания) трехмерной графики, где используется этот принцип. Специальный алгоритм отслеживает путь луча от объекта освещения, а затем создает симуляцию того, как он взаимодействует с объектами: отражается, преломляется и так далее.

Как вы уже могли догадаться, Ray Tracing позволяет создавать невероятно реалистичное освещение, практически неотличимое от реального. Алгоритм принимает во внимание, где именно луч света касается объекта, учитывает свойства поверхности и вычисляет, как в таких случаях поведет себя этот луч, где он начнет рассеиваться, где — отражаться от других объектов, где сменит цвет, а где отбросит тень.

При растеризации компьютер постоянно конвертирует трехмерную графику в двухмерные пиксели и, собственно, выводит их на экран. Большая часть эффектов, тех же теней или бликов сейчас создается благодаря шейдерам — именно шейдеры превращают статичные пиксели в тот самый «графон».

В общем, если Ray Tracing — это симуляция, то растеризация — симуляция симуляции. Однако у трассировки лучей есть один гигантский недостаток — она невероятно, изуверски требовательно к ресурсам. Обсчитать такое количество лучей, отследить путь каждого из них, вычислить преломления, воссоздать эффект прозрачности, — все это для видеокарты очень непросто. При создании CGI-графики и трехмерных мультфильмов с этим мирятся — там один кадр может сутки рендериться, но вот в играх, где считаться все должно в реальном времени, да еще и при приемлемой частоте кадров… Именно поэтому трассировка лучей долгое время была «Священным Граалем» игрового 3D. И именно поэтому современные трехмерные мультфильмы такие красивые, а некоторые вообще выглядят так, словно кто-то поставил камеру в волшебный мир и заснял все прямо как есть.

Видеокарты на архитектуре Turing — первые специально «заточенные» под технологию трассировки лучей в истории. Конечно, пока речь идет о гибридном рендеринге — большая часть объектов будет рендериться с помощью растеризации, но свет и тени, отражения, — здесь и проявит себя Ray Tracing.

На презентации Nvidia показала несколько геймплейных видео, в которых наглядна видно, как конкретно трассировка лучей влияет на изображение.

Возьмем, к примеру, пару одинаковых сцен (первый снимок — с выключенной трассировкой лучей, второй — с включенной):

Разница очевидна. При включенной RTX тени от каждого источника освещения обсчитываются индивидуально. Например, тело мальчика отбрасывает от света свечи отчетливую и очень мягкую тень, которая плавно переходит в тьму, смешиваясь с другими тенями. То же самое можно сказать и о других людях в кадре.

Еще один пример из Shafow of the Tomb Raider. Посмотрите, как мягко смешиваются тени на земле, в том числе и со светом:

А вот один из моих любимых примеров — сцена из Metro Exodus:

Ну и напоследок — отражения от поверхностей из Battlefield V. Все это рендерится в реальном времени.

Какие игры?

Список игр, поддерживающих RTX, будет пополняться со временем. Под опцией RTX понимаются две функции: собственно, трассировка лучей, а также так называемая технология DLSS. Если вкратце, то DLSS — это сглаживание с помощью машинного обучения. DLSS тоже полагается на отдельный чип внутри видеокарты двадцатой серии.

В теории, DLSS позволит устранять лесенки с границ объектов без снижения производительности.

Поэтому стоит пояснить из этого списка: часть игр будет выполнять трассировку лучей в реальном времени, другая часть — использовать DLSS, еще одна — и то, и другое. Пока что новая технология заявлена в следующих тайтлах:

Ray Tracing:

• Assetto Corsa Competizione from Kunos Simulazioni
• Atomic Heart
• Battlefield V
• Control
• Enlisted
• Justice
• JX3
• MechWarrior 5: Mercenaries
• Metro Exodus
• ProjectDH
• Shadow of the Tomb Raider

DLSS:

• Ark: Survival Evolved
• Atomic Heart
• Dauntless
• Final Fantasy XV
• Fractured Lands
• Hitman 2
• Islands of Nyne
• Justice
• X3
• Mechwarrior 5: Mercenaries
• PlayerUnknownʼs Battlegrounds
• Remnant: From
• Serious Sam 4: Planet Badass
• Shadow of the Tomb Raider
• The Forge Arena from
• We Happy Few

А что с видеокартами?

Сообщается, что видеокарты на архитектуре Turing справляются с эффектами RTX до десяти раз быстрее, чем топовые на данный момент флагманы 1080 и 1080 TI.

То есть нужно ждать бенчмарков. Может быть и так, что RTX-задачи 20** работают реально в десять быстрее своих аналогов десятой серии, но в целом при обработке 3D выигрывают лишь на 10-15%.

Мемы, мемы, мемы…

Конечно, такой жирный инфоповод, как анонс новых видеокарт Nvidia, не мог пройти мимо интернет-общественности, и в сети появилось огромное количество мемов, в шуточной форме демонстрирующих, как же именно RTX превращает «текстурки из палеозоя» в «божественный ГРАФОН».

Мы собрали для вас целую галерею — смотрите по ссылке.