Jenis-Jenis Ray Tracing, Performa Pada GPU GeForce, dan Banyak Lagi

Posted on

Oleh Andrew Burnes pada 11 April 2019 | Cerita Pilihan GeForce GTX GPU GeForce RTX GPU NVIDIA RTX Ray Tracing
Real-Time Ray Tracing adalah lompatan terbesar dalam grafik komputer selama bertahun-tahun, menghadirkan pencahayaan, bayangan, dan efek realistis pada game, meningkatkan kualitas gambar, gameplay, dan pencelupan. Pada Konferensi Pengembang Game tahun ini , ray tracing ada di mana-mana: Unreal dan Unity mengumumkan dan merilis integrasi engine, pengembang mempresentasikan dan menghadiri panel ray tracing berbondong-bondong, dan studio mendemonstrasikan pembuatan game ray-tracing terbaru mereka, sementara juga berbagi wawasan tentang bagaimana pelacakan ray juga dapat membantu pengembangan game .
Memberdayakan semua pengalaman dan permainan ini adalah GPU GeForce RTX , yang mencakup RT Cores – perangkat keras khusus yang dirancang untuk memberikan kinerja yang diperlukan untuk menjalankan pengalaman real-time dengan ketelitian tinggi yang dilacak dengan ketelitian tinggi pada resolusi tinggi.
Sejak rilis GPU GeForce RTX kami, kami terus mengoptimalkan dan meningkatkan ray tracing, dan telah membantu pengembang lebih meningkatkan kinerja ray tracing di game mereka. Digabungkan, upaya ini tidak hanya mempercepat kinerja penelusuran sinar untuk semua gamer GeForce RTX, tetapi sekarang juga memungkinkan gamer dengan GeForce GTX 1060 6GB dan GPU yang lebih tinggi untuk menguji efek drive DirectX Raytracing (DXR) dasar melalui Game Ready Driver baru .

Laptop dengan Pascal dan Turing GPU yang setara juga dapat diaktifkan DXR
Ketika kami pertama kali mengumumkan pembaruan utama ini untuk dukungan DXR kami, ada banyak pertanyaan dari masyarakat tentang teknologi dan kinerja DXR. Penyelaman dalam di bawah ini bertujuan untuk menjawab pertanyaan utama komunitas, tetapi jika Anda memiliki pertanyaan tambahan, silakan tanyakan kepada kami di sini .
Kinerja GeForce RTX dan GTX
Ketika kami mengumumkan pengenalan DXR untuk GeForce GTX GPU bulan lalu , banyak dari Anda bertanya bagaimana GPU ini akan bekerja dengan ray tracing diaktifkan. Singkatnya, ini sangat bervariasi tergantung pada tingkat umum kinerja game, resolusi rendering, pengaturan game, jenis penelusuran sinar yang digunakan oleh permainan, dan tingkat kualitas penelusuran sinar yang dipilih.
Untuk memahami apa yang terjadi, dan bagaimana hal itu memengaruhi kinerja, diperlukan kursus kilat cepat dalam penelusuran ray.
Untuk membuat efek yang dilacak dengan sinar, beberapa beban kerja baru (tugas) dilakukan pada GPU. Yang pertama adalah menentukan segitiga mana dalam adegan permainan yang akan disilangkan oleh sinar, menggunakan teknik intensif komputasi yang disebut Bounding Volume Hierarchy (BVH). Setelah sinar dihitung, algoritma denoising diterapkan untuk meningkatkan kualitas visual dari gambar yang dihasilkan, sehingga sinar total lebih sedikit dapat dilemparkan, memungkinkan proses untuk dijalankan secara real-time dengan frame rate yang dapat dimainkan.

RT Cores on GeForce RTX GPU menyediakan perangkat keras khusus untuk mempercepat perhitungan BVH dan perpotongan ray / triangle, secara dramatis mempercepat penelusuran sinar. Pada GeForce GTX GPU, perhitungan ini dilakukan pada core shader, sumber daya yang digunakan bersama dengan banyak fungsi grafis GPU lainnya.
Untuk melihat apa artinya ini dalam praktik, mari kita periksa satu frame gameplay dari Metro Exodus , yang menampilkan pencahayaan global yang dilacak:

Grafik melihat pemanfaatan GPU pada Pascal; Turing dengan core RT dinonaktifkan (melalui pengaturan perangkat lunak khusus); dan Turing dengan RT core dan DLSS diaktifkan.
Pada GPU arsitektur Pascal, kita melihat bahwa ray tracing dan semua tugas rendering grafis lainnya ditangani oleh core shader Pascal FP32. Ini membutuhkan waktu lebih lama untuk dilakukan, artinya gamer menghadapi framerate yang lebih rendah. Arsitektur Turing memperkenalkan INT32 Cores yang beroperasi secara simultan bersama FP32 Cores, membantu mengurangi waktu bingkai. Dan dengan RT Cores dan Tensor Cores, waktu eksekusi menyusut secara signifikan, menerjemahkan ke kinerja 2-3 kali lebih cepat dalam game.

Tampilan dekat kerangka Metro Exodus pada GPU GeForce RTX, menggunakan RT Cores dan Tensor Cores
Ada banyak cara ray tracing dapat diimplementasikan dalam game, dari refleksi ke bayangan, pencahayaan (global illumination), oklusi ambien, kaustik, dan bahkan penelusuran jalur adegan penuh. Dan setiap jenis memiliki persyaratan kinerja yang unik.

Refleksi Ray-Traced
Sebelum pengenalan penelusuran sinar videogame waktu nyata, teknologi refleksi terbaik yang tersedia adalah Screen Space Reflections (SSR). Pengembang dapat menggabungkan SSR dengan cubemaps dan teknik lain untuk membangun sistem refleksi yang lebih meyakinkan, meskipun tidak ada kombinasi teknologi yang dapat mengatasi masalah utama SSR: ketidakmampuan untuk merefleksikan detail dan detail di luar layar yang dilihat pada sudut rendah, dan ketidakmampuan untuk mencerminkan tersumbat. detail di layar.
Refleksi ray-tracing membahas semua masalah itu, dan banyak lagi, untuk menghasilkan resolusi tinggi, adegan penuh, refleksi real-time yang mencerminkan detail di depan, di belakang, di atas dan di bawah pemutar atau kamera; detail pemain tidak bisa melihat dengan teknik sebelumnya.
Battlefield TM V adalah game pertama yang diluncurkan dengan pantulan yang dilacak dengan sinar, dan dalam penerapannya refleksi DICE secara selektif diterapkan pada permukaan reflektif seperti air dan kaca.

Sinar dilemparkan ke permukaan reflektif yang terlihat dari kamera pemain, bukan dari kamera pemain di seluruh adegan. Ini sangat mengurangi jumlah sinar yang harus dilemparkan, yang meningkatkan kinerja.

Klik di atas untuk kinerja 4K dan 1920×1080
Refleksi Terlacak Ray Tingkat Lanjut
Jika pengembang ingin mengambil pantulan sinar-ray langkah lebih jauh, mereka dapat melacak pantulan tambahan dalam adegan yang lebih kompleks, dan membuat pantulan pada permukaan melengkung atau tidak sempurna. Melakukannya dengan cepat meningkatkan jumlah sinar, melacak kompleksitas dan kesulitan peneduhan, karena sinar cahaya sekarang tersebar ke arah yang berbeda dan dengan beberapa pantulan.
Contoh klasik dari refleksi canggih adalah efek hall of mirror yang tak terbatas mencerminkan, yang tidak mungkin dicapai dengan teknik refleksi layar-ruang tradisional.
Untuk membuat adegan dengan efek-efek ini, Diperlukan Refleksi Sinar-Lacak Lanjutan, sangat meningkatkan beban kerja pelacakan sinar melalui penggunaan sinar pantul tambahan di setiap titik persimpangan.

The Hati Atom dan Refleksi RTX Tek Demo , dan 3DMark Port Royal , diuji di bawah, ray fitur ditelusuri refleksi, dan menyoroti manfaat dari RT Cores berdedikasi dalam mencapai framerates halus.

Bayangan Ray-Traced
Bayangan video game telah berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir, menambahkan banyak fitur yang telah membawa mereka lebih dekat untuk mereplikasi tampilan bayangan di dunia nyata. Sampai kedatangan ray-tracing real-time, teknik Hybrid Frustum Traced Shadows (HFTS) kami semakin dekat, tetapi pada akhirnya teknik raster dan lainnya adalah kumpulan trik yang diprogram secara cerdik untuk mencoba dan meniru seperti apa bayangan seharusnya.
Pengembang perlu secara hati-hati menyeimbangkan properti dari peta bayangan tradisional mereka untuk memaksimalkan akurasi, detail, dan melihat jarak, sambil menghindari bayangan aliasing, bayangan jerawat (self-shadowing yang keliru) dan pelepasan bayangan (ketidakmampuan untuk terhubung sepenuhnya dengan dasar kastor bayangan untuk tanah itu).
Pada akhirnya, selalu ada masalah trade-off atau terlihat yang mengurangi perendaman. Tetapi dengan ray tracing, masalah-masalah itu tidak lagi menjadi perhatian. Sebagai gantinya, kami melemparkan sinar melintasi pemandangan untuk secara realistis memperhitungkan karakter, objek, dan dedaunan yang menghalangi cahaya, menghasilkan bayangan seperti manusia. Dan di luar penambahan bayangan yang akurat, untuk pertama kalinya kami dapat mendukung interaksi kompleks yang besar dan bayangan tembus waktu-nyata pada tingkat detail yang jauh melampaui yang sebelumnya mungkin terjadi.
3DMark Port Royal , yang Atomic Hati RTX Tek Demo , kontrol , yang Kehakiman RTX Tek Demo , Shadow of the Tomb Raider , dan Refleksi demo RTX Tek semua fitur ray-ditelusuri bayangan.
Dalam Shadow of the Tomb Raider , penelusuran sinar memperkenalkan lima teknik bayangan yang tidak layak untuk dirender dengan teknik tradisional.
Pada “Medium”, preset ray tracing terendah, ada sedikit ray tracing, hanya diterapkan pada Point Lights yang kadang-kadang ditemui di dunia, seperti lilin. Untuk alasan ini, kami merekomendasikan “Tinggi”, karena bayangan ray-tracing tambahan diberikan di semua tingkat permainan, memiliki dampak yang terus-menerus terlihat pada realisme.
Kesulitan bayangan jejak ray meningkat dengan jumlah dan jenis sumber cahaya, dan juga kompleksitas objek yang menyebabkan bayangan. Bahkan untuk satu titik, sumber cahaya pada sudut yang berbeda harus ditelusuri secara terpisah untuk menunjukkan bayangan yang benar: semakin banyak sudut dan lampu, semakin banyak sinar yang dibutuhkan.

Kinerja bayangan yang dilacak dengan sinar di Shadow of the Tomb Raider , menggunakan pengaturan DXR Tinggi, ditunjukkan dalam grafik di bawah ini:

Klik di atas untuk kinerja 4K dan 1920×1080
Penerangan Global yang Dilacak Ray
Kemampuan penelusuran sinar real-time dari GPU GeForce RTX juga memungkinkan kami untuk memodelkan secara lebih akurat efek cahaya yang memantul dari permukaan dalam sebuah pemandangan, memberikan para pengembang kekuatan untuk menambahkan Penerangan Global Tidak Langsung Terlacak Ray-Traced ke permainan mereka.
Jika Anda tidak terbiasa dengan istilah “Global Illumination”, ini menjelaskan proses komputasi semua interaksi cahaya dalam sebuah adegan, termasuk kontribusi tidak langsung yang dihasilkan dari cahaya yang memantul dari satu permukaan ke permukaan lainnya. Sebelum sekarang, itu umumnya dicapai dengan lightmaps yang sudah dikomputasi, Probe Light Berbasis Gambar, Harmonik Bulat, dan Shadowmap Reflektif, ditambah lampu yang ditempatkan artis untuk membantu memaksa pencahayaan di mana teknik yang disebutkan di atas gagal.
Teknik-teknik ini memiliki beberapa kekurangan, yang terbesar adalah bahwa pencahayaan dinamis gagal memantul atau menerangi area yang terkena cahaya.
Misalnya, bayangkan ruangan gelap dengan cahaya terang bersinar melalui jendela. Dengan teknik tradisional, segala sesuatu yang secara langsung terkena cahaya diterangi, tetapi area yang diterangi sendiri tidak memantulkan cahaya, dan tidak menerangi elemen permainan di sekitarnya, padahal kenyataannya mereka akan menerangi.
Dengan penelusuran sinar, kami sekarang memiliki kemampuan untuk secara lebih akurat memodelkan pencahayaan difus tidak langsung dinamis yang tercermin oleh satu atau lebih tidak langsung memantul dari permukaan di tempat kejadian. Hal ini memungkinkan pengembang untuk membuat adegan dinamis dengan pencahayaan tidak langsung yang lebih realistis yang memperbarui secara waktu nyata saat perubahan pencahayaan dan peristiwa terjadi di dunia game.
Dengan kata lain, cahaya memantul secara alami, menerangi dan mencerahkan detail di sekitarnya. Dan jika matahari bergerak atau jendela terbuka, pencahayaan ruangan berubah secara realistis; memungkinkan Anda untuk melihat ruangan dalam cahaya yang sama sekali baru.

Metro Exodus adalah game pertama yang mengintegrasikan teknologi penerangan global yang dilacak dengan sinar-waktu nyata, memungkinkan pengembang 4A Games untuk membuat adegan dinamis dengan pencahayaan difuse tidak langsung yang lebih realistis yang diperbarui secara real-time saat pencahayaan berubah, dan peristiwa terjadi di dunia game .
Dalam Metro Exodus , sinar dilemparkan per pixel, membuat penerangan global ray-tracing lebih intensif-kinerja daripada pantulan ray-tracing terbatas, di mana sinar dapat dilemparkan lebih selektif. Biayanya sepadan, seperti yang ditegaskan oleh situs teknologi DigitalFoundry , yang menyatakan bahwa, “penelusuran sinar menyediakan beberapa momen ‘tingkat selanjutnya’ yang cukup spektakuler.”
Untuk GPU GeForce GTX, beban kerja tambahan dari RTGI menghasilkan dampak kinerja yang cukup besar:

Klik di atas untuk kinerja 4K dan 1920×1080
Caustics Terlacak Ray
Caustics mengacu pada pemfokusan sinar cahaya yang dipantulkan atau dibiaskan oleh permukaan atau objek melengkung, atau proyeksi selubung sinar pada permukaan lain. Ini umumnya terlihat ketika gelombang di permukaan air menekuk dan memusatkan cahaya menjadi perubahan pola area terang dan gelap. Mengubahnya dalam permainan membutuhkan pintasan dan perkiraan untuk mencapai hasil real-time yang menyenangkan secara estetika, tetapi ini tidak pernah akurat atau realistis.
Dengan pelacakan sinar DXR, pengembang akhirnya dapat membuat kaustik realistis, dan di pengembang keadilanNetEase telah melakukan hal itu (untuk perincian lebih lanjut, lihat sesi GDC Keadilan dan GDC gratis yang disponsori di sini ).
Selain kaustik, demo teknologi Justice RTX juga dilengkapi pantulan dan bayangan yang dilacak dengan sinar, sangat meningkatkan penampilan adegannya, seperti yang dapat Anda lihat dalam video di atas.

Klik di atas untuk kinerja 4K dan 1920×1080
Real Time Ray Tracing: Momentum Berlanjut
Masih banyak lagi yang akan datang di dunia ray tracing, tahun ini dan di masa depan – Unreal Engine and Unity telah menambahkan teknologi dan alat ray tracing, memungkinkan pengembang di seluruh dunia untuk membuat pengalaman ray-trace; Remedy Entertainment menambahkan ray-tracing ke Control yang akan datang ; Vampir yangditunggu-tunggu : The Masquerade – Bloodlines 2 akan memanfaatkan ray-tracing ketika dirilis pada 2020; kami sedang mengerjakan peningkatan ray-tracing untuk Quake II klasik ; dan banyak pengembang aktif mengintegrasikan ray tracing ke game yang diluncurkan tahun ini, tahun depan, dan tahun-tahun selanjutnya. Untuk informasi tentang itu, dan segala hal lainnya yang ditelusuri dengan sinar, pantau terus ke GeForce.com .
Sementara itu, pastikan untuk mengunduh dan mencoba demo Teknologi NVIDIA RTX untuk Atomic Heart , Justiceand Reflections untuk contoh lebih lanjut tentang bagaimana tracing ray dapat meningkatkan game.
Kami harap artikel komprehensif ini menjawab semua pertanyaan Anda tentang dukungan DXR pada GeForce GPU. Jika tidak, silakan tanyakan tindak lanjut Anda di sini .

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *