Tehnologia RTX

Ce este tehnologia RTX, cum funcționează și cum ar putea influența dezvoltarea jocurilor video? Vă amintiți când ați avut prima dată ocazia de a rula un joc pe PC cu un accelerator 3D? Diferențele dintre versiunea software redată, „2D”, dacă vreți, ale unui titlu precum Quake-ul clasic și același joc jucat cu un accelerator 3D precum vechiul 3dfx Voodoo au fost uriașe, de la cer la pământ, poate chiar mai mari decât atunci când a fost de la afișaje monocrome (CGA) la afișaje color (EGA și, mai târziu, VGA).

Sfârșitul anilor 1990 a marcat o nouă etapă în evoluția graficelor în timp real folosind un PC, NVIDIA lansând GeForce 256, prima unitate de procesare grafică (GPU) din lume, un cip capabil să efectueze operațiuni T&L (transformare și iluminare), accelerate de hardware-ul în sine, ridicând sarcini solicitante de pe „umerii” procesorului.

Impact vizual

Impactul vizual nu a putut fi neglijat, facilitățile oferite de o astfel de tehnologie permițând utilizarea mai frecventă a rezoluțiilor mai mari (comparativ cu cele obișnuite 640 × 480 și 800 × 600 din acea vreme), precum și afișajul cu o adâncime de culoare de 32 biți, cu un spectru de culoare mult mai generos decât redarea pe 16 biți (peste 16 milioane de culori, comparativ cu doar 65536), fără pierderi semnificative de performanță. De fapt, acest pas și-a pus amprenta în special pe performanță, „rescriind regulile” pentru dezvoltatorii de jocuri, cipul video a început să fie folosit pentru a efectua sarcini care, până atunci, depindeau exclusiv de procesor.

Doar doi ani mai târziu, NVIDIA a rescris „regulile jocului”, lansând cipurile GeForce 3. Această nouă evoluție tehnologică a fost adoptată rapid de întreaga industrie, un cip grafic NVIDIA cu caracteristici similare fiind implementat în prima generație de console Xbox. Astfel, am compus această scurtă introducere tocmai pentru a evidenția aceste momente cruciale din istoria graficii 3D de pe computer.

Ray Tracing VS. Rasterization

Este suficient să privim în jur, în lumea reală, pentru a înțelege, în general, cum funcționează propagarea luminii: sursele de lumină emit „raze” de lumină, care, în funcție de materialele cu care se „intersectează”, pot fi reflectate în alte direcții și în părțile în care nu reușesc să ajungă, apar ceea ce numim „umbre”.

Și când vine vorba de grafica 3D pe computer, niciun element nu oferă o doză de credibilitate mai mare decât iluminarea redată în mod realist. În acest scop, pe principiile descrise mai sus, s-a născut tehnica de redare Ray Tracing, care folosește „raze” de „lumină virtuală” pentru a ilumina, într-un mod realist, scene 3D.

Cu alte cuvinte, pentru a obține o imagine cât mai aproape de realitate, producătorii de scene 3D statice își pot permite să „petreacă timpul”, există și situații în care redarea unor astfel de proiecte poate dura ore, în funcție de complexitatea lucrurilor afișate. , chiar și pe configurații hardware mult peste medie. Când sunt deja necesare mișcări grafice 3D, cu un astfel de nivel de precizie a detaliilor (cum ar fi efectele speciale din unele filme), sunt utilizate ferme de redare reale, zeci sau sute de computere care lucrează împreună pentru a obține efectul dorit, cadru cu cadru (un film rulează de obicei la 24 de cadre pe secundă).

Aplicarea unui astfel de scenariu într-un joc video, în care majoritatea cazurilor, jucătorul poate schimba perspectiva de câte ori dorește și care trebuie să mențină o frecvență minimă de cel puțin 30 de cadre pe secundă, este considerată imposibilă, mai ales având în vedere că jucătorii nu au acces la fermele de redare și, foarte des, nici măcar la hardware-ul individual de top.

Astfel, s-a ajuns la un compromis, o tehnică de redare numită „rasterizare”, care simplifică foarte mult „datele problemei”. Nu neapărat o explicație exactă, dar pentru înțelegerea tuturor, așa-numita „rasterizare” proiectează o scenă 3D într-un plan bidimensional, legat de zona de afișare a unui ecran, calculele necesare pentru iluminarea și redarea imaginii rezultate fiind mult mai ușor de realizat și, implicit, mult mai „accesibil” pentru hardware-ul care se găsește în prezent în computerele noastre de zi cu zi.

Nvidia RTX: “Hybrid” Ray Tracing

Aici intră în joc noua arhitectură Turing utilizată de noua gamă de plăci video NVIDIA GeForce RTX. Prin această nouă generație, inginerii NVIDIA și-au propus să realizeze „imposibilul” și să aducă beneficiile vizuale ale Ray Tracing în jocurile video actuale și viitoare. Pentru atingerea acestui obiectiv, s-a recurs la o politică de „hibridizare”, prin care „scheletul” unei scene tridimensionale este afișat în continuare prin rasterizarea „tradițională”. Calculele caracteristice redării anumitor porțiuni (cum ar fi reflexiile sau umbrele) fiind realizate doar de Ray Tracing, cu o precizie mult peste standardele cu care ne-am obișnuit până acum.

De exemplu, să ne oprim pentru o clipă asupra reflexiilor din jocuri, care se găsesc pe deplin pe suprafețe precum apă, iazuri, oglinzi etc. Până la apariția RTX, producătorii de jocuri aveau o mulțime de tehnici alternative pentru a obține acest tip de efect , cele simpliste, cum ar fi maparea cubului (reflectarea unui cub pre-redat, ale cărui texturi pe fețele interioare încearcă să reproducă mediul) sau altele mai complexe, cum ar fi „redarea texturii”, un proces de redare suplimentar, dar aplicat la suprafața texturată care ar trebui să reflecte mediul înconjurător și nu la ecranul în sine.

Inteligență artificială

Pe lângă efectele Ray Tracing în timp real, arhitectura Turing din spatele noilor plăci video NVIDIA GeForce GTX se remarcă datorită noilor nuclee Tensor, concepute pentru a gestiona sarcinile de procesare a Inteligenței Artificiale.

Inteligența artificială (AI) este un termen din ce în ce mai frecvent în vocabularul de zi cu zi al pasionaților de tehnologie. În timp ce Google folosește rutine AI pentru a controla o gamă largă de parametri ai sistemului de operare Android 9 Pie, iar companii precum Huawei folosesc camere asistate de AI pentru a determina natura obiectului de fotografiat, NVIDIA își folosește expertiza și propune o nouă metodă de post- procesare imagini: DLSS (Deep Learning Super Sampling).

DLSS are un rol dublu în jocurile în care urmează să fie utilizat: pe de o parte, DLSS poate înlocui anumite tehnici actuale de antialiasare (eliminarea „marginilor zimțate” din scenele 3D), cum ar fi TAA (Temporary Anti-Aliasing) . ), oferind rezultate mai bune. Funcționarea este simplă: „în spatele ușilor închise”, NVIDIA „antrenează” o rețea neuronală artificială, prezentând mii de capturi de ecran ale unui anumit joc, atât în ​​versiunile standard, neprocesate în vreun fel, precum și în variantele care au aplicat un super eșantionare 64x filter (o metodă anti-aliasing foarte, foarte solicitantă din punct de vedere hardware, dar și foarte precisă). După analizarea acestor eșantioane, pe baza informațiilor colectate, inteligența artificială va putea aplica singur filtrul de super eșantionare pe o imagine brută.

Sarcina va fi preluată apoi de nucleele Tensor, care, pe baza informațiilor primite, pot aplica filtrul DLSS în jocurile care acceptă această tehnologie. Resursele hardware consumate la nivelul utilizatorului final sunt astfel mult mai mici decât dacă s-ar încerca o soluție brută a unei soluții similare. De fapt, optimizarea distribuției resurselor hardware în procesul de redare a unui joc video este, de asemenea, baza celui de-al doilea rol pe care îl poate juca DLSS.

Variable Shading

Folosind ca concept de bază modul în care, într-un joc VR, privirea utilizatorului este întotdeauna îndreptată spre centrul perspectivei sale și modul în care nu este nevoie ca elementele conținute doar în vizualizarea periferică să beneficieze de același nivel de detaliu ca cele cu gama RTX, a venit ideea Variable Rate Shading (VRS, pe scurt).

După cum sugerează și numele, Variable Rate Shading încurajează redarea avansată a nuanțelor doar în anumite părți ale fiecărei imagini, cele importante, care atrag atenția, sunt în mișcare etc. De fapt, VRS beneficiază de trei metode de implementare. Primul dintre acestea este Motion Adaptive Shading (MAS) și acordă prioritate obiectelor pe care jucătorul trebuie să le privească constant pe ecran, în detrimentul celor care se mișcă rapid (cum ar fi modelul mașinii pilotate, într-un joc de curse, față a mediului, care, la viteze mari, cu greu poate fi observat în detaliu de către jucător).

O a doua metodă de utilizare a VRS este Content Adaptive Shading (CAS), în care obiectele din câmpul vizual al jocului sunt „ierarhizate”, în funcție de nivelul lor de complexitate, vizibilitate etc. Astfel, unele suprafețe mai puțin detaliate precum bare pereții sau zonele umbrite, care rămân neschimbate la trecerea de la un cadru la altul, nu au nevoie de o reprezentare la fel de precisă, deoarece informațiile de umbrire pot fi omise, calculate cu o precizie mai mică. sau preluate din cadre anterioare. Pentru a maximiza performanța unui joc, producătorii au, de asemenea, opțiunea de a combina efectele celor două metode: MAS și CAS.

Cea de-a treia metodă, Foveated Rendering, este mai puțin frecventă, fiind dependentă de monitorizarea punctului în care jucătorul folosește un dispozitiv precum cele de la Tobii în jocurile jucate pe un monitor tradițional. Evident, zona de interes astfel determinată va primi mai multă atenție, în detrimentul celorlalte domenii.

Performanță și un nou „punct zero”

Dacă ați urmărit cu atenție toate cele de mai sus, puteți vedea cu ușurință că una dintre prioritățile NVIDIA pentru gama de plăci video GeForce RTX a fost aceea de a implementa cât mai multe metode eficiente posibil pentru a optimiza jocurile viitoare, încurajând astfel producătorii să își aloce resursele într-un mod mai organizat decât au făcut-o în trecut.

Și această orientare spre optimizare nu este întâmplătoare: așa cum am menționat la începutul acestui articol, metodele de utilizare a Ray Tracing în timp real sunt foarte solicitante pentru hardware, discrepanțele de performanță dintre modurile de afișare cu aceste efecte activate (RTX On) iar cele în care această opțiune este dezactivată (RTX Off) fiind, la rândul lor, mai mult decât evidente. Poate ajunge până la punctul în care, în jocul Battlefield V, cu cel mai accesibil model (GeForce RTX 2060), nu este posibil să se mențină un cadru constant de 60 de cadre pe secundă, cu RTX activat, chiar și atunci când scădem din detalii și menținem o rezoluție modestă de tip 1080p (1920 × 1080).

Într-o notă finală, am putea spune că ne aflăm din nou într-un nou „punct zero” al graficii 3D în jocurile pentru PC, această reorientare către implementarea în timp real a rutinelor Ray Tracing având potențialul de a se schimba, pentru totdeauna, nu doar modul în care utilizatorii vor consuma produse de divertisment digital, dar și modul în care vor fi proiectate de studiourile de dezvoltatori. Și, ca orice început de drum, capcanele și posibilele obstacole pe care le vom întâlni nu ar trebui să ne descurajeze, scopul fiind, în cele din urmă, să ajungem la destinația finală. Rămâne de văzut dacă vom face acest lucru în timpul generației actuale de cipuri video sau dacă va trebui să așteptăm ca aceste tehnologii să se maturizeze. Dar important este că această călătorie a început: RTX On.