NVIDIA RTX: trecut, prezent și viitor

S-au scurs mai bine de trei ani de când analizam împreună oportunitățile pe care tehnologia NVIDIA RTX promitea să le aducă jocurilor video, democratizând tehnicile de Ray Tracing în rândul acestui mediu de divertisment. Trei ani pe parcursul cărora am asistat la lansările a două generații de plăci video capabile de asemenea efecte, ce au adus, progresiv, optimizările hardware și software necesare pentru a transforma “visul” Ray Tracing în realitate.

Poate mai important, toată această perioadă ne-a oferit o imagine destul de clară a posibilităților oferite de nivelul actual al hardware-ului dedicat jocurilor video. După cum afirmau și cei de la NVIDIA în prezentarea ce e precedat apariția primei generații de plăci video GeForce RTX, Ray Tracing-ul complet, aplicat în timp real, rămâne în continuare mult prea solicitant pentru PC-urile noastre de gaming. Așadar, s-a recurs la o soluție hibrid: combinarea renderizării tradiționale de tip „rasterization” cu diferite elemente redate cu ajutorul rutinelor de Ray Tracing. Astfel, în jocuri și-au făcut apariția efecte precum reflexiile ray-traced, iluminarea globală aplicată în timp real, umbrele mai realiste sau ocluzia ambientală avansată, ce poate conferi obiectelor redate un sentiment de spațialitate și volum mai accentuat, sporind nivelul de realism al scenei.

Dintre acestea, trebuie să recunoaștem că „cireașa de pe tort”, acea diferență vizuală ușor de remarcat și explicat, este reprezentată de reflexiile ray-traced. Fără a intra foarte mult în detalii, grație rutinelor de Ray Tracing, anumite suprafețe (oglinzi, apă, obiecte metalice etc.) pot reflecta mediul înconjurător și participanții la acțiune mult mai realist, indiferent de unghiul din care sunt privite de către jucător. În timp ce tehnica tradițională numită „screen space reflections” se rezumă la a reflecta doar obiectele cuprinse în „câmpul vizual” al monitorului/TV-ului pe care redăm jocul, făcând imposibila reflexia unor obiecte aflate în afara acestuia, Ray Tracing-ul permite reflexii „complete”, capabile să redea corect tot mediul de joc, indiferent de cât de obstrucționat este acesta de perspectiva din care privim.

Iar reflexiile se pot supune și legilor fizicii, în funcție de materialul din care obiectul reflectorizant virtual este compus: o suprafață metalică va reda reflexiile într-un mod diferit față de o oglindă tradițională, în timp ce un geam transparent este capabil să „găzduiască” atât reflexii mai estompate, cât și elementele din spatele său, creând astfel un efect de transluciditate mult mai realist.

Prima linie a efectelor făcute posibile de Ray Tracing este completată de iluminarea globală aplicată în timp real. În ciuda aparențelor, metodele tradiționale de iuminare din jocuri nu sunt cele mai eficiente, nici în ceea ce privește realismul scenelor rezultate și nici când vorbim despre efortul pe care dezvoltatorii de jocuri îl investesc în acest sens. Iluminarea globală vine să schimbe paradigma, propunând o metodă de iluminare mult mai realistă, bazată nu doar pe surse de lumină (cum ar fi soarele sau becuri), ci și pe propagarea realistă a razelor de lumină atunci când lovesc diferite suprafețe.

Pe lângă ușurarea muncii artiștilor, care nu mai trebuie să plaseze manual surse suplimentare menite să simuleze propagarea luminii, iluminarea de acest tip are și alte avantaje majore: lumina ce „lovește” o anumită suprafață preia parte din proprietățile acesteia, cum ar fi culoarea, fiind propagată mai departe într-un mod ce conferă o doză suplimentară de realism. Spre exemplu, daca te adăpostești sub o cuvertură de culoare verde, lumina ce trece prin acea suprafața va prelua culoare verde, conferindu-i-o și solului de sub ea. Sau interiorul unei biserici întunecate poate fi iluminat în diferite culori doar grație razelor soarelui ce pătrund prin vitralii.

Evident, autenticitatea poate fi dusă și mai departe grație umbrelor sau ambient occlusion-ului reproduse prin Ray Tracing, însă putem spune că reflexiile și iluminarea globală aduc cele mai importante și „palpabile” îmbunătățiri vizuale, atunci când vorbim de comparațiile dintre redarea prin rasterizare și cea Ray-Traced.

După cum aminteam mai devreme, Ray Tracing-ul, indiferent de „forma sa de agregare”, necesită resurse importante: tocmai de aceea NVIDIA include în familiile sale de soluții video Turing (seria RTX 2000) și Ampere (seria RTX 3000) nuclee RT dedicate (special concepute pentru a prelucra sarcinile legate de Ray Tracing), precum și așa-numitele nuclee Tensor, gândite pentru a prelua operațiunile ce pot fi realizate cu ajutorul AI-ului.

Mai exact, conștienți de penalizările de performanță pe care le poate aduce utilizarea efectelor bazate pe Ray Tracing, inginerii de la NVIDIA s-au folosit de AI și machine learning pentru a pune la punct DLSS (Deep Learning Super Sampling), cea mai performantă tehnică de reconstrucție a imaginilor dedicată jocurilor video. Mai exact, jocurile sunt renderizate intern la rezoluții mai scăzute, iar rutinele DLSS sunt capabile să reconstruiască imaginile în rezoluții mai înalte, sporind performanța fără să afecteze foarte mult nivelul calitativ al imaginii. De multe ori, în jocuri mai pretențioase, DLSS este capabil să facă acea diferență necesară pentru a obține framerate-uri fluente, fără a dezactiva efectele de Ray Tracing.

Iar împreună, Ray Tracing-ul și DLSS formează nucleul pe care astăzi îl cunoaștem drept NVIDIA RTX și a cărui implementare garantează un aspect grafic de invidiat în jocurile ce folosesc aceste tehnologii.

RTX On!

Și dacă tot am ajuns la capitolul jocuri, să trecem în revistă câteva dintre titlurile care, în acești trei ani scurși de la apariția tehnologiilor RTX, s-au remarcat prin unele dintre cele mai reușite implementări. În privința reflexiilor Ray Traced, unul dintre genurile care se pretează cel mai bine pentru astfel de efecte sunt jocurile redate din perspectiva first person, cum ar fi shooterele.

Spre exemplu, Battlefield V a fost un adevărat deschizător de drumuri din acest punct de vedere, demonstrând cum reflexiile corecte ale câmpurilor de bătălie din cel de-al Doilea Război Mondial pot avea un impact major asupra dramatismului scenelor redate. De asemenea, Wolfenstein: Youngblood sau DOOM Eternal au demonstrat că rutinele RTX pot fi implementate cu ușurință și în motoare grafice deja existente, adăugând astfel reflexii mult mai realiste decât cele din trecut.

Nu doar titlurile first person pot profita de pe urma acestui tip de efect: versiunea pentru PC a jocului Watch Dogs Legion s-a făcut remarcată grație viziunii sale asupra Londrei futuriste tocmai grație reflexiilor ray-traced prezente peste tot, de la mașinile de pe străzile metropolei britanice, până la structurile metalice sau din sticlă prezente la tot pasul. De asemenea, recentul Marvel’s Guardians of the Galaxy profită la maximum de aceste reflexii ray-traced, aducând chiar și oglindirea mediului înconjurător în suprafețe transparente, cum ar fi pe carliga navei celor cinci eroi Marvel.

Mărind un pic mizele, alte jocuri propun implementări de Ray Tracing mai complete, adăugând reflexiilor și iluminarea globală de care aminteam mai devreme sau alte efecte complementare. În ciuda controverselor stârnite în momentul lansării, Cyberpunk 2077 este un astfel de exemplu, în care experiența vizuală completă o ai doar atunci când activezi toate aceste efecte de Ray Tracing. Night City devine astfel „îngrijorător” de realist, proiectând cu adevărat potențiala imagine a unui oraș al viitorului.

Un alt exemplu în acest sens este Metro Exodus, lansat încă de la început cu suport pentru iluminare globală redată prin RTX. Totuși, grație ediției revizuite Metro Exodus: Enhanced Edition (gratuită pentru toți posesorii variantei inițiale a jocului), studioul 4A Games a rafinat implementarea acestei funcții, adăugându-i pe PC și mult râvnitele reflexii ray-traced.

Un alt exemplu de implementare RTX diversificată este Control, jocul de acțiune third person realizat de studioul Remedy Entertainment. Finlandezii nu s-au mulțumit doar cu implementarea reflexiilor ray-traced, adăugând și iluminarea indirectă propagată prin Ray Tracing, dar și suprafețe transparente capabile să reflecte mediul înconjurător sau umbre ray-traced.

Aminteam mai devreme că, în piesajul jocurilor moderne, efectele de Ray Tracing trebuie aplicate în contextul unei renderizări tradiționale de tip „rasterization”, pentru a permite și atingerea unor niveluri de performanță acceptabile. Și totuși, dacă ar fi să ne îndreptăm atenția spre titluri mai vechi, am putea îndrăzni să sperăm la implementări ceva mai ambițioase, care să utilizeze Ray Tracing-ul pentru întregul proces de renderizare?

O astfel de soluție, numita path tracing, s-a dovedit viabilă în cazurile unor jocuri mai vechi (sau mai puțin pretențioase din punct de vedere hardware), cum ar fi clasicul Quake II sau extrem de popularul Minecraft. Ambele beneficiază acum de moduri de afișare complet bazate pe Ray Tracing, care schimbă în totalitate aspectul acestor jocuri, oferindu-ne astfel o imagine a potențialelor viitoare implementări ale acestor tehnologii.

Revenind la problema performanței, intră în scenă rutinele DLSS (Deep Learning Super Sampling), special gândite pentru a remedia astfel de inconveniente. Fiind o soluție avansată de reconstrucție a imaginilor, DLSS nu este dependent de utilizarea efectelor de Ray Tracing în jocuri pentru a putea oferi sporuri considerabile de performanță. Într-adevăr, în titluri extrem de pretențioase, precum câteva dintre cele amintite mai devreme, DLSS este elementul-cheie care poate permite activarea efectelor de Ray Tracing, chiar și pe soluții video nu neapărat de top.

Pe de altă parte, o categorie întreagă de jocuri, mult mai numeroasă, poate profita de beneficiile aduse de DLSS, chiar dacă acestea nu utilizează Ray Tracing. Iar gama de titluri incluse este vastă, pornind de la jocuri în care DLSS poate remedia eventualele probleme inițiale de optimizare (vezi cazurile versiunilor pentru PC ale jocurilor Watch Dogs Legion, Horizon: Zero Dawn sau Red Dead Redemption 2), sau, dimpotrivă, poate profita de programarea eficientă pentru a împinge framerate-urile și mai sus, în încercarea de a profita cât mai bine de monitoarele cu rate de refresh ridicate. Death Stranding este un exemplu în acest sens, alături de titluri competitive precum Call of Duty: Warzone, Rainbow Six Siege, Chivarly 2 sau chiar F1 2021.

Viitorul este (aproape) acum

Nu în ultimul rând, privind spre viitor, ne sunt promise viitoare titluri ce vor beneficia de la maximum de RTX, fie că vorbim de implementarea efectelor avansate de Ray Tracing, fie că aducem în discuție avantajele incontestabile aduse de DLSS.

Pe de-o parte avem jocuri deja clasice, precum Hitman 3 sau The Witcher III, care vor primi update-uri RTX din partea producătorilor, urmând să le fie adăugate astfel mult doritele elemente vizuale moderne, alături de optimizarea suplimentară oferită de DLSS.

În celălalt colț al ringului stau jocurile complet noi, care, pe parcursul lui 2022 (și chiar mai departe), promit să aducă noi implementări impresionante ale tehnologiilor RTX. Dying Light 2: Stay Human de la Techland, Atomic Heart al studioului rusesc Mundfish, impresionantul MMO open world The Day Before și mult-așteptatul S.T.A.L.K.E.R 2: Heart of Chernobyl sunt doar câteva exemple în acest sens.

Indiferent însă de jocurile mai vechi sau mai noi „influențate” de aceste tehnologii sau de complexitatea acestor implementări, un lucru este cert: Ray Tracing-ul reprezintă viitorul graficii în domeniul divertismentului digital interactiv și abia așteptăm să vedem cum va arăta acest viitor.