Технология RTX, представленная компанией NVIDIA, произвела настоящую революцию в области компьютерной графики и игр, сделав возможным реалистичное освещение, отражения и тени, что раньше было либо невозможно, либо крайне требовательно к производительности. В этой статье я расскажу, что такое RTX, как она работает, в каких играх поддерживается, как влияет на производительность, на каких видеокартах реализована, и многие другие аспекты, связанные с данной технологией.
Статья получится довольно объемной, поскольку RTX подразумевает параллельное использование и других современных технологий, связанных с визуальными эффектами, графикой, объектами и их физикой. Вы можете начать ознакомление со всеми разделами подряд или выбрать только то, что интересует конкретно в текущий момент, если какое-то базовое понимание об RTX уже присутствует.
Появление RTX и его значимость для индустрии
Технология RTX была представлена в сентябре 2018 года одновременно с выпуском видеокарт серии NVIDIA GeForce RTX 20XX на основе архитектуры Turing. Этот момент стал важной вехой в графической индустрии, так как впервые был представлен доступный для широкой аудитории аппаратный рендеринг с использованием трассировки лучей в реальном времени. RTX объединил новые возможности рендеринга с инновациями в области искусственного интеллекта, что позволило достичь ранее невозможных уровней реалистичности графики.
Важно отметить, что трассировка лучей (Ray Tracing) существовала и раньше, но использовалась в основном в кинематографе и высокобюджетных анимационных фильмах, поскольку требовала огромных вычислительных ресурсов. Реализовать ее в реальном времени на уровне игровых консолей и ПК долгое время было недоступной мечтой разработчиков. Однако благодаря комбинации новейших технологий рендеринга и глубокого обучения NVIDIA удалось преодолеть это ограничение. RTX стал не просто еще одной графической технологией – он изменил сами правила игры.
История развития RTX: от идеи до реализации
Для понимания того, как работает RTX, важно рассмотреть ее исторический контекст. Видеокарты долгое время развивались в рамках двух основных подходов к рендерингу: растеризации и трассировки лучей. Растеризация была основным методом, используемым для отрисовки трехмерных объектов на экране. Однако трассировка лучей всегда рассматривалась как более реалистичный, но слишком дорогой с точки зрения вычислительных затрат процесс.
NVIDIA, начиная с 2013-2014 годов, активно инвестировала в исследования, направленные на создание аппаратного ускорения трассировки лучей. Эти разработки вылились в появление архитектуры Turing – первой в мире GPU-архитектуры, поддерживающей трассировку лучей в реальном времени. Именно благодаря этой архитектуре, встроенным RT-ядрам и ядрам Tensor для работы с ИИ, технология RTX стала возможна. Видеокарты серии RTX 20XX, выпущенные на базе Turing, обеспечили первый шаг на пути массового внедрения технологии.
Как работает RTX: основы трассировки лучей
Главной особенностью RTX является трассировка лучей – процесс симуляции физического поведения света. В реальной жизни свет распространяется лучами, которые могут отражаться от поверхностей, поглощаться или преломляться. В традиционном игровом рендеринге такие эффекты создаются с использованием упрощенных алгоритмов, которые приближенно симулируют поведение света. Трассировка лучей же работает по принципу симуляции каждого отдельного луча света, что позволяет достичь крайне реалистичных теней, отражений, глобального освещения и эффектов преломления.
Процесс трассировки лучей в RTX организован следующим образом: сначала GPU рассчитывает пути лучей от источников света к объектам сцены. При этом каждый луч может отражаться от различных поверхностей, и система учитывает как прямое освещение, так и его отражения. В итоге создается максимально точная и реалистичная картина освещения. Технология RTX ускоряет эти расчеты за счет использования RT-ядер – специализированных компонентов, отвечающих за вычисление пересечений лучей с объектами сцены.
RTX и растеризация
Технология RTX не ограничивается только трассировкой лучей. NVIDIA активно развивает и другие способы улучшения графики, применяя так называемую растеризацию. Это классический метод отрисовки, который используется для обработки и визуализации сцен в реальном времени, но с помощью новых технологий программируемого шейдинга, RTX значительно улучшает качество изображения и производительность. Давайте вкратце рассмотрим эти вспомогательные технологии.
-
Variable-Rate Shading (VRS). Оптимизирует процесс рендеринга, уменьшая детализацию в менее заметных областях экрана, например, на периферии зрения игрока или в тенях. Это высвобождает вычислительные ресурсы для отрисовки более важных объектов и сцен в максимальном качестве. VRS помогает сохранять высокую производительность в играх, не жертвуя общим качеством изображения.
-
Texture-Space Shading (TSS). Работает с текстурами объектов, позволяя обрабатывать их более эффективно. Вместо того чтобы каждый раз заново рендерить текстуры в каждой сцене, TSS сохраняет информацию о текстурах в отдельном пространстве. Это уменьшает объем вычислений, особенно в играх с большим количеством объектов, например, если мы говорим об играх в открытом мире. Технология TSS помогает поддерживать высокую производительность даже в самых сложных сценах, где много движущихся объектов и сложных текстур.
-
Multi-View Rendering (MVR). Еще одна важная технология, которая особенно полезна для виртуальной реальности (VR). Она позволяет рендерить сразу несколько перспектив или углов зрения за один проход. В играх с поддержкой VR это означает, что сцены для обоих глаз игрока можно рендерить одновременно, что повышает производительность и качество изображения. Благодаря MVR, игры и приложения в VR могут отображать крупные и детализированные сцены, сохраняя плавность и отзывчивость.
Все эти технологии делают RTX не только мощным инструментом для трассировки лучей, но и значительным шагом вперед в развитии классической графики на основе растеризации.
RTX и моделирование: реализм в поведении объектов
Современные игры и приложения требуют не только фотореалистичной графики, но и реалистичного поведения объектов. В этом плане RTX открывает новые горизонты, предлагая передовые решения для физического моделирования с помощью ядер CUDA и таких API, как NVIDIA PhysX, Flow, FleX и CUDA.
-
PhysX. Популярный API от NVIDIA, который помогает моделировать физические взаимодействия между объектами в играх. С его помощью разработчики могут создавать реалистичные сцены разрушений, столкновений и других взаимодействий, где каждый объект ведет себя так, как в реальной жизни. Например, в играх с PhysX можно увидеть, как здания разрушаются под воздействием взрывов, а частицы пыли и обломков разлетаются по воздуху в соответствии с законами физики.
-
NVIDIA Flow. Отвечает за моделирование жидкостей, газа и дыма в реальном времени. Это позволяет создавать по-настоящему впечатляющие эффекты огня, дыма или воды, которые реагируют на внешние условия и взаимодействуют с другими объектами. Например, в игре огонь может не просто гореть статично, а распространяться и затухать в зависимости от окружающей среды, создавая динамичные и захватывающие сцены.
-
NVIDIA FleX. Это технология для моделирования мягких тел, жидкости и тканей. Благодаря ей можно создавать сцены, в которых объекты: ткань или волосы, двигаются естественно и реагируют на движения персонажей или погодные условия. Это особенно важно для создания реалистичных персонажей и объектов, которые выглядят живыми и динамичными.
-
API CUDA. Помогает задействовать мощность ядер GPU для сложных расчетов, обеспечивая высокую точность и скорость моделирования. Это открывает возможность для создания сложных симуляций и виртуальных миров, где поведение каждого объекта точно соответствует физическим законам.
Все эти технологии позволяют RTX не просто создавать красивые картинки, но и делать поведение объектов в играх и виртуальных средах максимально приближенным к реальному миру. Разработчики получают в свои руки мощные инструменты для создания динамичных, интерактивных и правдоподобных игровых миров.
Эволюция RTX с архитектурами Turing и Ampere
Первая генерация RTX-видеокарт основывалась на архитектуре Turing, которая включала RT-ядра для трассировки лучей и Tensor-ядра для работы с ИИ. Однако на этом развитие не остановилось. В 2020 году NVIDIA представила архитектуру Ampere, которая используется в видеокартах серии RTX 30XX. Ampere принесла с собой значительное улучшение производительности трассировки лучей, увеличив количество RT-ядер и улучшив их эффективность.
С новой архитектурой увеличилась и производительность DLSS, что позволило запускать игры с трассировкой лучей на более высоких настройках графики при меньшей нагрузке на систему. Ampere также добавила поддержку HDMI 2.1 и PCIe 4.0, что улучшило взаимодействие с другими компонентами компьютера и повысило общую пропускную способность.
Искусственный интеллект в RTX: роль DLSS
Помимо трассировки лучей, ключевым элементом RTX является технология Deep Learning Super Sampling (DLSS), которая использует возможности искусственного интеллекта для улучшения графики и повышения производительности. DLSS работает на базе тензорных ядер (Tensor Cores), которые применяют нейронные сети для восстановления изображения высокого разрешения на основе меньшего количества вычислительных ресурсов.
DLSS позволяет запускать игры с трассировкой лучей на высоких разрешениях, таких как 4K, без серьезного падения производительности. Нейронная сеть анализирует низкокачественное изображение и использует накопленный опыт для его восстановления до высокого качества, добавляя недостающие детали. Это не только улучшает производительность, но и делает возможным получение картинки, которая визуально не уступает традиционному рендерингу, а в некоторых случаях даже превосходит его.
Соответственно, DLSS развивается параллельно с RTX и может использоваться без трассировки лучей в играх, где она пока не поддерживается или активация недоступна из-за ограниченной мощности железа. Подробнее о появлении, развитии и технологиях, используемых в DLSS, вы можете прочитать в другой моей статье на нашем сайте.
Читайте также
Поддержка и внедрение RTX в играх
На момент выхода первой генерации RTX-видеокарт поддержка трассировки лучей была ограничена лишь несколькими играми. Однако с 2018 года количество игр, использующих RTX, стремительно выросло. В таких играх, как Battlefield V, Metro Exodus и Cyberpunk 2077, трассировка лучей значительно улучшила реалистичность освещения, тени и отражений, что добавило глубины игровым мирам.
Помимо отдельных игр, RTX активно используется и в игровых движках: Unreal Engine и Unity. Это позволяет разработчикам легко интегрировать трассировку лучей в свои проекты и улучшать графику без значительного увеличения требований к железу. Таким образом, RTX стал не просто технологией, а инструментом, который постепенно становится стандартом для всех новых проектов. Сейчас RTX поддерживается все чаще, а самым громким проектом, совместимым с RTX, стал Black Myth: Wukong, привлекший внимание не только графической составляющей, но и геймплеем.
С каждым годом трассировка лучей все глубже внедряется в игровую индустрию. По мере того как технология совершенствуется и становится более доступной, все больше разработчиков начинают внедрять RTX в свои проекты. Игры с трассировкой лучей уже стали стандартом для высококачественных AAA-проектов, и тенденция к росту продолжится.
Новые игровые движки (в основном речь идет о Unreal Engine 5), активно используют трассировку лучей для создания динамического освещения и эффектов, ранее недоступных для реального времени. Это открывает двери для появления еще более реалистичных и захватывающих игровых миров, где свет и тени взаимодействуют с объектами так, как это происходит в реальной жизни.
RTX на консолях: внедрение и возможности
Одним из важнейших шагов в развитии RTX стало его внедрение в игровые консоли. С выходом PlayStation 5 и Xbox Series X|S в 2020 году, трассировка лучей стала доступной не только на мощных ПК, но и на домашних консолях. Обе платформы поддерживают технологии трассировки лучей, хотя их возможности несколько ограничены по сравнению с топовыми видеокартами на архитектуре Ampere или более поздних поколений.
На консолях RTX используется для улучшения освещения, теней и отражений в таких играх, как Spider-Man: Miles Morales, Ratchet & Clank: Rift Apart и Resident Evil Village. Хотя трассировка лучей на консолях зачастую работает в сниженных разрешениях (например, в 1440p вместо 4K) или с ограниченными эффектами, она все равно значительно повышает реализм игр на этих устройствах. Более того, RTX на консолях помогает распространению этой технологии среди более широкой аудитории, что в свою очередь стимулирует разработчиков создавать проекты с поддержкой трассировки лучей.
При этом в плане производительности и поддержки 4K у Sony все должно стать немного лучше с выходом PlayStation 5 Pro. Сейчас разработчики обещают даже поддержку игр в 8К, однако все это на уровне слухов и о реальной производительности консоли станет известно только после ее выхода.
RTX в 2024 году
2024 год стал знаковым для RTX благодаря дальнейшему развитию технологии и расширению ее функционала. С появлением архитектуры Ada Lovelace и видеокарт серии RTX 40XX, RTX получила новые уровни производительности и возможностей. Теперь трассировка лучей может применяться в играх с еще большей детализацией, включая проекты Cyberpunk 2077: Phantom Liberty и Alan Wake 2, где RTX используется для создания кинематографического освещения, реалистичных отражений и теней.
Кроме того, новая версия DLSS 3, выпущенная в рамках архитектуры Ada Lovelace, использует генерацию кадров при помощи искусственного интеллекта, что дополнительно увеличивает производительность. Это позволяет запускать игры с включенной трассировкой лучей даже на ультранастройках, сохраняя плавный игровой процесс.
Помимо игр, RTX находит применение в профессиональных приложениях. Архитекторы, дизайнеры и аниматоры используют трассировку лучей для создания фотореалистичных визуализаций и анимаций в реальном времени. Это стало возможным благодаря значительному улучшению вычислительных мощностей и развитию инструментов, интегрирующих RTX в рабочие процессы.
Заключение
Технология RTX кардинально изменила представления о том, какой должна быть современная графика в играх и профессиональных приложениях. С момента своего появления в 2018 году она прошла значительный путь, принеся трассировку лучей и искусственный интеллект в массы. Внедрение этой технологии на консолях, расширение ее возможностей с новыми видеокартами и архитектурами, а также поддержка во все большем количестве игр демонстрируют, что RTX – это не просто временное явление, а будущее индустрии компьютерной графики. С каждым годом мы будем наблюдать за тем, как RTX становится стандартом для высококачественной графики, продолжая открывать новые горизонты в играх и за их пределами.
Читайте также
Изображение на обложке: NVIDIA
Комментарии