Как в играх удалось ускорить трассировку пути: объясняет Digital Foundry

Разработчики научились новым трюкам, Nvidia тоже кое-что придумала.

В 2019 году Nvidia выпустила Quake 2 RTX, ремастер оригинального шутера с новым рендером на базе трассировки пути. Технология оказалась тяжелой: GeForce RTX 2080 Ti выдавала порядка 20 кадров в секунду в разрешении 4К.

Спустя четыре года новый флагман, GeForce RTX 4090, выдает в той же Quare 2 RTX и на тех же настройках уже 80+ кадров в секунду. Кроме того, трассировка пути начала использоваться в современных играх: режим с ее поддержкой появился в Cyberpunk 2077.

Журналисты Eurogamer из команды Digital Foundry рассказали, каким образом удалось ускорить трассировку путей в играх. Вот самое интересное из их рассказа.

Самое простое: сильно выросла производительность видеокарт при работе с трассировкой лучей. По оценке издания, каждая следующая архитектура Nvidia может за единицу времени тестировать на пересечение с лучом примерно вдвое больше треугольников, чем предыдущая.

Архитектура видеокарт удачно изменилась. Последнее поколение GeForce получило очень много кэш-памяти L2: у GeForce RTX 3090 было 6 мегабайт кэша, у RTX 4090 уже 72 мегабайта кэша. Это помогает эффективнее работать с лучами: например, хранить информацию о пересечениях в предыдущих кадрах.

Другое важное улучшение — технология Shader Execution Reordering, позволяющая менять порядок обсчета шейдеров. Это полезно, если в игре (как в Cyberpunk 2077) много материалов, постоянно запрашиваемых при трассировке: благодаря SER видеокарта группирует шейдеры, увеличивая скорость работы.

Появились новые программные трюки. Вероятно, самый важный из таких трюков это ресэмплер ReStir, Spatiotemporal Reservoir Resampling. Он очень полезен в сценах с большим количеством источников света и сложным освещением.

ReStir умеет обсчитывать освещение, используя данные о прохождении лучей в предыдущих кадрах — почти FSR, только для трассировки. Благодаря этому удается значительно снизить уровень шума и повысить качество освещения от локальных источников света.

Для Cyberpunk 2077, считают журналисты, критически важен именно ReStir. В игре очень много источников света, если бы не эта технология, то трассировка пути «была бы невозможна в ее нынешнем виде».

Наконец, во времена Quake 2 RTX не было генерации кадров, появившейся в DLSS 3, а сама технология DLSS хоть и существовала, но была гораздо менее совершенной.

Картинка может стать еще лучше. Трассировку пути в Cyberpunk 2077 нельзя назвать полноценной: существуют определенные ограничения, которые разработчикам приходится обходить с помощью трюков. Например, разработчики хитрят при работе со стеклами, не полностью обсчитывающимися трассировкой.

Кроме того, в Cyberpunk 2077 считаются только два отскока луча. Этого достаточно для большинства сцен, но в некоторых местах могут вылезать артефакты — например, в локациях, где много непрямого освещения.

Разработчики более-менее представляют, как решить некоторые из этих проблем и дополнительно оптимизировать трассировку пути. Вероятно, полагают в Digital Foundry, в обозримом будущем эффекты трассировки пути начнут появляться и в других играх.