Трассировка лучей и видеокарты Nvidia RTX: стоит ли это своих денег?
Во второй половине августа Nvidia провела большую пресс-конференцию, в ходе которой анонсировала новую линейку видеокарт GeForce RTX на базе архитектуры Turing. Эти видеокарты впервые в истории индустрии должны будут обеспечить достаточно быструю обработку трассировки лучей освещения в видеоиграх в реальном времени.
Что такое трассировка лучей (рейтрейсинг)? Стоит ли купить одну из таких видеокарт, когда они появятся в продаже через пару недель? На эти и другие вопросы мы постараемся ответить ниже.
На самом деле сама технология трассировки лучей далеко не нова — ее придумали еще несколько десятилетий назад. А вот вычислительные мощности компьютеров достигли необходимого уровня только сейчас — до сих пор рейтрейсинг в играх практически не использовали.
Фундаментальная разница между традиционным способом освещения трехмерных сцен в играх (и не только) и трассировкой лучей заключается в следующем. Растеризация, которая применяется с самых первых 3D-игр, предполагает отрисовку 3D-объектов и их перенос на 2D-экран с последующей обработкой с помощью специальных микропрограмм под названием «шейдеры». Именно шейдеры придают 3D-сценам объем, добавляют тени, свет и многое другое — все то, что делает картинку похожей на реальную.
Но растеризация — это изначально неверный подход, который никогда не позволит максимально приблизить результат к реалистичному. Все дело в том, что в реальной жизни свет работает совсем не так — его источники испускают огромное количество лучей фотонов, которые множество раз отражаются от объектов и в итоге попадают на сетчатку глаз человека.
Именно поэтому вычислительной мощности современных компонентов ПК для рейтрейсинга не хватало — для получения итогового изображения приемлемого качества нужно рассчитать слишком много этих самых лучей и результатов их отражения.
Кстати, вы наверняка уже видели рейтрейсинг в действии, но даже не догадывались об этом. Речь идет о фильмах с компьютерной графикой и 3D-мультфильмах. Все дело в том, что студии, которые их создают, располагают большими бюджетами и достаточным запасом времени. На рендеринг (отрисовку) полутора часов фильма может уйти несколько месяцев работы мощной серверной фермы — использовать такой подход в обычных домашних ПК было просто невозможно.
Правильное освещение — ключ для получения изображения, которое кажется зрителю настоящим. Растеризация плохо справляется и с реалистичными тенями, и с реалистичными отражениями, и с реалистичными прозрачными объектами. В конечном итоге эта технология должна будет просто устареть и кануть в лету. Ей на смену придет быстрый расчет триллионов лучей света.
Но случится это еще очень не скоро. Даже новые видеокарты Nvidia не способны на то, чтобы рассчитывать такое огромное количество лучей с должной скоростью (напомним, что игры должны генерировать как минимум 30 кадров в секунду, а еще лучше — 60 и больше). Производителю пришлось пойти на ухищрения.
Так, количество лучей исчисляется миллионами, что без применения дополнительных техник делает картинку «шумной». Для устранения шума используется специально натренированный искусственный интеллект и отдельный модуль чипов Turing, который предназначен для работы с ним. В результате получается изображение, которое не сильно хуже «честного».
Технических препятствий на победном пути трассировки лучей еще очень много. Nvidia не зря называет видеокарты RTX самым важным скачком технологий со времен появления ядер CUDA. Десяткам тысяч разработчиков по всему миру придется переучиваться и использовать новые инструменты для создания игр. Это касается как программистов и других инженеров, так и художников и даже геймдизайнеров. Простой пример: комната в гипотетическом хорроре, в которой раньше (с использованием растеризации) вручную «подсвечивали» важные места и скрывали в темных углах врагов, будет выглядеть после трассировки лучей совсем по-другому.
Поэтому начинают с малого. Одними из первых игр с поддержкой RTX станут шутеры Battlefield V и Metro: Exodus. В первом рейтрейсинг используется в основном для отрисовки реалистично выглядящих отражений (которые все равно довольно расплывчаты из-за недостатка скорости вычислений), а во второй — еще и для освещения сцен. В Shadow of the Tomb Raider, которая появится в продаже через несколько дней после публикации этой статьи, рейтрейсинг и вовсе применяют только в некоторых случаях для сглаживания теней.
Начало использованию трассировки лучей в видеоиграх положено. В будущем эта технология будет становиться только популярнее, а вычислительная мощность видеокарт будет только расти.
Надеемся, что ответ на вопрос «что такое рейтрейсинг?» был вполне доходчивым. Теперь поговорим о более приземленных вещах — конкретных моделях видеокарт Nvidia RTX и их ценах. Нужно брать или можно подождать? Наконец, что делать поклонникам AMD, которые в «зеленый лагерь» переходить не планируют?
Сейчас линейка RTX включает в себя три видеокарты — RTX 2070, RTX 2080 и RTX 2080 Ti. Их названия похожи на названия видеокарт предыдущих поколений, но загвоздка заключается в том, что стоить они будут значительно дороже.
Так, минимальная стоимость младшей модели RTX 2070 в западных странах составит $600. Это заметно дороже целой консоли Xbox One X, которая легко справляется с играми в разрешении 4К, и чуть ли не вдвое больше первоначальной стоимости GTX 1070, видеокарты того же класса предыдущего поколения. Что уж говорить об RTX 2080 и RTX 2080 Ti, которые и вовсе обойдутся в тысячу долларов с лишним!
В общем, трассировка лучей — штука недешевая. Мы считаем, что первое поколение видеокарт RTX должно заинтересовать лишь энтузиастов.
Естественно, растеризация никуда в ближайшие годы не уйдет, и новые видеокарты и с ней работают достаточно быстро — заметно быстрее, чем GTX 10XX. С другой стороны, производительности GTX 1080 Ti (которая теперь должна заметно подешеветь, хоть это вряд ли будет правдой для Беларуси) и так во многих случаях хватает для игры в разрешении 4К с частотой 60 кадров в секунду. Куда уж больше?
Что ж, 60 кадров в секунду — далеко не предел. 120- и даже 144-герцовые 4К-дисплеи уже поступили в продажу, и для обеспечения достаточной производительности 1080 Ti уже не хватит.
Все это, повторимся, касается только энтузиастов. Кроме того, реальные результаты тестов RTX 20XX пока не опубликованы — они появятся только после поступления новых видеокарт в продажу. Сейчас же остается лишь доверять словам самой Nvidia и ее партнеров (а это никогда не было хорошей идеей).
Ответим и на вопрос любителей AMD Radeon. У этой компании просто в несколько раз меньше инженеров, которые могли бы создать что-то подобное. В ближайшее время новые Radeon, кажется, показывать не собираются, но это не значит, что рейтрейсинг останется привилегией «зеленых». Важно знать, что трассировка лучей в современных играх будет работать на базе API DirectX, так что в теории будет доступна любому производителю «железа» — хватало бы производительности конкретной видеокарты и оптимизаций в драйверах.
Мы сомневаемся, что в рядах поклонников AMD еще есть энтузиасты — по крайней мере, те, которые интересуются именно видеокартами. В любом случае, первое поколение GPU с поддержкой рейтрейсинга лучше переждать.
Выводы очевидны. Трассировка лучей — технология с большим и светлым будущим. Пока что ее собирается использовать в своих продуктах только Nvidia, но и AMD (и, вомзможно, Intel, которая собирается анонсировать свою первую видеокарту потребительского класса в 2020) в стороне стоять явно не планирует.
Мечты первых пионеров 3D-графики наконец-то воплощаются в жизнь. Игры будут выглядеть куда более реалистично, а «честное» освещение позволит сделать их не только более красивыми, но и более интересными.
Как и любая другая новая (в этом случае, как мы уже сказали, она нова именно для видеоигр) технология, рейтрейсинг в своей первой итерации будет очень дорог для конечного потребителя. Поддерживать новые «фишки» будут далеко не все игры. Но энтузиасты и эксперты верят, что со временем на новый поезд перескочат абсолютно все. Просто потому, что старый поезд давно не может сдвинуться с мертвой точки.
