Трассировка лучей в реальном времени и аппаратная обработка данных сетями машинного обучения — вот направление, в котором должны развиваться компьютерные игры. По крайней мере, именно в этом стремится убедить игроков компания NVIDIA. Не все геймеры согласны с этой точкой зрения, особенно в свете того, что новые видеокарты серии GeForce RTX оказались дороже своих предшественников, а в большинстве игр передовые алгоритмы рендеринга появятся еще нескоро.

И правда, единственным примером трассировки лучей в игровой графике долгое время была Battlefield V, а ведь прошло без малого полгода после анонса первых моделей GeForce RTX. В Shadow of the Tomb Raider собственный метод взаимодействия с DXR (расширением API Direct3D 12 для трассировки лучей) все еще не созрел. Metro Exodus — первый проект, способный переубедить скептиков. В нем Ray Tracing используется наиболее интенсивно и с самого начала есть поддержка DLSS — проприетарной технологии, которая поможет графическим процессорам NVIDIA в этой чрезвычайно требовательной игре.

Настройки качества графики

В отличие от Battlefield V и большинства других проектов, в которых мы проводили массовые тесты GPU, игры серии Metro скрывают от пользователя большинство параметров графического движка, и Metro Exodus не стала исключением. Игра даже не содержит предустановленных режимов детализации изображения, хотя они есть в утилите, запускающей встроенный бенчмарк, — от низкой до ультравысокой. Среди индивидуальных настроек можно отрегулировать только общее «качество» изображения, размер выборки пикселов для анизотропной фильтрации, интенсивность размытия движущихся объектов, а также глубину тесселяции геометрических примитивов. В качестве основного метода полноэкранного сглаживания игра использует собственную разновидность временнóго алгоритма (TAA — Temporal Anti-Aliasing) — его нельзя отключить, но, судя по сведениям от NVIDIA, TAA здесь работает очень мягко и наверняка мало влияет на общее быстродействие.

Metro Exodus создана в тесном сотрудничестве с NVIDIA и задействует целый набор закрытых библиотек «зеленой» компании. В их числе есть PhysX и скандально известная HairWorks. И ту и другую опцию можно активировать на видеокартах AMD, но мы не заметили, чтобы PhysX и HairWorks заметно вредили «красным» GPU в этой игре, — казус третьего «Ведьмака» точно не повторится. Но главное достоинство Metro Exodus — это, конечно же, возможность трассировки лучей с помощью расширения DXR для Direct3D 12. Последняя работает в двух режимах — High и Ultra. Разработчики не раскрывают такой информации, как плотность лучей в каждом из них, но сама NVIDIA рекомендует ограничиться опцией High даже владельцам GeForce RTX 2080 Ti.

Наконец, Metro Exodus с момента выпуска обладает поддержкой DLSS — еще одной проприетарной технологии NVIDIA, которая должна компенсировать неизбежное падение быстродействия, связанное с трассировкой лучей. О ней мы уже писали не меньше, чем о DXR, но не грех еще раз повторить, что означает эта аббревиатура. DLSS (Deep Learning Super Sampling) позволяет графическому процессору выполнять рендеринг при сниженном разрешении, а с помощью нейронной сети, обученной на серверах NVIDIA, кадр масштабируется до целевого размера, к примеру из 1440p в 2160p. Алгоритм DLSS адаптируется под каждую отдельно взятую игру, а обработка исходного кадра выполняется тензорными ядрами, которые есть только в чипах архитектуры Volta и Turing.

Надо заметить, что в данный момент DLSS в Metro Exodus реализован с ограничениями. Так, из всего семейства GeForce RTX лишь старшие модели, начиная с RTX 2070, могут пользоваться DLSS при разрешении 2160p. GeForce RTX 2060, в свою очередь, привязан к режимам 1080p и 1440p. А включить DLSS отдельно от трассировки лучей можно только на видеокартах не слабее RTX 2070 и в единственном экранном режиме — 2160p. Но главное, NVIDIA сообщила, что нейросеть, которая предназначена для Metro Exodus, еще не полностью готова — в игре используется предварительная версия, и, как мы увидим, это хорошо заметно по изображению.

Настройки качества графики
	Low	Normal	High	Ultra	Extreme
Quality	Low	Medium	High	Ultra	Extreme
Texture Filtering	AF 4X	AF 4X	AF 16X	AF 16X	AF 16X
Motion Blur	Low	Low	Low	Normal	Normal
Tesselation	Off	Full	Full	Full	Full
Advanced PhysX	Off	On	On	On	On
Hariworks	Off	Off	On	On	On
Ray Trace	Off	Off	Off	Off	Off
DLSS	Off	Off	Off	Off	Off
Shading Rate	50%	100%	100%	100%	200%

Для измерения производительности GPU мы использовали профили настроек Low, Normal и Ultra, а в дополнение к этому сделали финальный тест в профиле Extreme. Последний задействует аналог полноэкранного сглаживания методом суперсемплинга —  разрешение рендеринга по вертикали и горизонтали в этом случае фактически удвоено (а в режиме Low оно, наоборот, вдвое меньше). Надо ли говорить, что среди участников сравнения лишь единицы имеют достаточную производительность для того, чтобы удержать частоту смены кадров выше 30 FPS при такой вычислительной нагрузке.

Ускорители серии GeForce RTX 20 прошли основную часть тестирования без трассировки лучей в реальном времени (DXR) и масштабирования кадров с помощью DLSS. Результаты бенчмарков с применением этих технологий NVIDIA приводятся в отдельном разделе статьи.

⇡#Качество графики в примерах

Как и в большинстве игр такого калибра, как Metro Exodus, движок позволяет масштабировать качество изображения в широких пределах, причем разница между низким, средним и ультравысоким профилями детализации выражена чрезвычайно сильно. Впрочем, уже при «нормальных» настройках игра выглядит весьма презентабельно — после изучения графиков с результатами тестирования владельцам графических карт средней ценовой категории стоит вспомнить об этом, чтобы не расстраиваться. Кстати, в режиме Low рендеринг происходит в половинном разрешении по горизонтали и вертикали, но в скриншотах мы не стали менять эту настройку, чтобы разглядеть влияние других параметров было проще.

Low		Normal		Ultra
Low		Normal		Ultra
Low		Normal		Ultra
Low		Normal		Ultra
Low		Normal		Ultra
Low		Normal		Ultra
Low		Normal		Ultra
Low		Normal		Ultra

Трассировка лучей в Metro Exodus, на первый взгляд, проявляется не так эффектно, как в Battlefield V, ведь она здесь не служит для рендеринга отражений. В то же время даже на минимальном уровне интенсивности Ray Tracing оставляет след буквально на каждой поверхности игровой сцены. Трассировка лучей в движке 4A Games заменяет все аспекты глобального освещения, которые в рендеринге методом растеризации тем или иным образом имитируются. Первое, что бросается в глаза, — это тени в нишах, углах и других закрытых пространствах на фоне ярко освещенных площадей. Стандартные карты теней в сочетании с Ambient Occlusion не дают такого контраста.

С другой стороны, DXR просчитывает отражение рассеянного света между поверхностями — в результате из кадра пропадают тени, которых, наоборот, быть не должно, а цвет одного объекта переливается на соседние.

Среди более тонких эффектов трассировки лучей обратите внимание на мягкие динамические тени, которые отбрасывают элементы интерьера на модели персонажей. Даже в режиме ультравысокого качества, но без DXR лица равномерно освещены и выглядят неестественно ярко на фоне темной комнаты. Благодаря трассировке лучей модели погружаются в правдоподобную полутень. Если присмотреться, можно заметить, что даже элементы экипировки персонажей отбрасывают тени на одежду.

А вот разница между двумя режимами DXR выражена слабо: опция RT High уже настолько преображает игру, что уловить отличия можно лишь в мелких деталях.

RT Off		RT High		RT Ultra
RT Off		RT High		RT Ultra
RT Off		RT High		RT Ultra
RT Off		RT High		RT Ultra
Обсудить на форуме -->