Стаття востаннє коригувалася 2019.08.29 та могла втратити свою актуальність !!!

У світі комп'ютерних ігор в 2018 році відбулася подія, яку багато експертів віднесли до категорії революційних. Йдеться про впровадження в ігри трасування променів.

Трасування променів (англ. Ray Tracing) - це технологія відтворення тривимірної графіки шляхом симуляції фізичної поведінки світла. Використовуючи її, відеокарта детально моделює проходження променів від джерел освітлення і їх взаємодію з об'єктами. При цьому, враховуються властивості поверхонь об'єктів, на підставі чого обчислюються точки початку розсіювання, особливості відображення світла, виникнення тіней і багато іншого.

По суті, це симуляція моделі людського зору, яка впритул наближає комп'ютерну графіку до кінематографічного рівня (див. приклади).

RT OFF

Ця інформація доступна також у форматі відео:

Трасування променів в комп'ютерній 3D-графіці використовується давно. Однак, раніше висока складність розрахунків і недостатня швидкодія відеокарт не дозволяли з потрібною швидкістю рендерити картинку в комп'ютерних іграх. Замість трасування використовувалися простіші й менш вимогливі до відеокарт алгоритми.

Дехто пророкував початок ігрового використання трасування не раніше 2025 року. Однак, вже в 2018 році в графічні чіпи карт Nvidia Turing було додано спеціальний апаратний блок, що включає так звані тензорні і RT-ядра. Вони оптимізовані під розрахунки трасування і значно прискорюють їх. Нововведення одержало назву Nvidia RTX. Відеокарти з наявністю таких апаратних засобів не складно відрізнити за абревіатурою "RTX" у їх назві. Це, наприклад:

Nvidia RTX поклала початок використанню трасування променів в комп'ютерних іграх. Компанія Microsoft доповнила DirectX 12 розширенням DXR (DirectX Raytracing), а розробники ігрових додатків взяли його на озброєння.

Рендеринг окремих елементів графіки з використанням трасування з'явився в іграх Metro Exodus, Shadow of the Tomb Raider, Battlefield V, Control. Таких ігор поки не багато. Але це не на довго. Надалі трасування променів в тій чи іншій мірі буде використовуватися в більшості комп'ютерних ігор.

У квітні 2019 року Nvidia випустила спеціальний драйвер, який додає підтримку DirectX Raytracing також і в деякі відеокарти архітектур Pascal і Turing, які не оснащені спеціальними апаратними засобами. Для розрахунків в них використовуються універсальні шейдерні блоки, тому в список підтримуваних потрапили тільки достатньо швидкі для цього моделі. Зокрема:

В інших відеокартах підтримки трасування немає. Nvidia вирішила не додавати її в старіші лінійки своїх графічних прискорювачів, включаючи флагман GTX 980 Ti, який, ймовірно, міг би впоратися із завданням не гірше, ніж GTX 1060.

Про намір впровадити підтримку real-time трасування променів в свої продукти заявили і представники AMD. У картах Radeon поява відповідних апаратних засобів (аналогу Nvidia RTX) очікується ближче до 2021 року. На програмному ж рівні підтримка графічними прискорювачами AMD трасування можлива вже зараз (через Pro Renderer і Radeon Rays). Однак, в ігрових додатках її поки немає.

Та й чи є у цьому сенс? Численні тести свідчать, що саме апаратна підтримка трасування променів є ключовою умовою комфортної гри. Принаймі, на сучасному етапі еволюції графічних карт і відповідного програмного забезпечення.

Наприклад, в грі Metro Exodus при роздільній здатності екрану Full HD з максимальними налаштуваннями графіки, але без трасування променів, GeForce GTX 1080 Ti забезпечує швидкодію на рівні 77 кадрів в секунду. RTX 2060 за аналогічних умов видає лише 56 кадрів в секунду. Перевага першої відеокарти ~ 44%.

Якщо ж в налаштуваннях гри ввімкнути трасування променів, розстановка сил кардинально змінюється. GTX 1080 Ti, яка не має апаратної підтримки, видає всього 25-26 кадрів в секунду, а RTX 2060, у якій така підтримка є, - 40. Тут вже не аби яка перевага другої відеокарти (~ 37%). І це при тому, що RTX 2060 є самою "повільної" картою з наявністю аппартних засобів трасування.

Скласти повніше уявлення про вплив трасування на ігрову швидкодію допоможуть розміщені нижче графіки.

Висновки ж напрошуються наступні:

У комп'ютерних іграх трасування променів в режимі реального часу з прийнятним рівнем швидкодії можливе за умови її апаратної підтримки відеокартою.

Програмна її підтримка поки-що справляє враження простого засобу демонстрації широким верствам переваг нової технології. За рахунок використання для трасування лише універсальних шейдерних блоків забезпечити плавний ігровий процес не здатні навіть найшвидші сучасні відеокарти.

Ну, принаймі, поки.