Сегодня в нашу тестовую лабораторию поступила первая игра с поддержкой RTX и DLSS. В статье мы не будем рассказывать о геймплее Metro: Exodus, а акцентируем внимание на технологиях. Благодаря RTX освещение в Metro: Exodus должно стать еще более реалистичным, а поддержка DLSS обеспечит достаточную частоту кадров для плавной игры.
До сих пор аппаратная трассировка лучей через RTX или DXR поддерживалась только в Battlefield V. Однако освещение через трассировку лучей не просчитывалось, только отражения. В Metro: Exodus, с другой стороны, мы как раз получаем более реалистичную симуляцию освещения. По сути, мы наблюдаем вторую сферу применения аппаратного ускорения трассировки лучей. Почему же разработчики до сих пор не реализовали и отражения, и освещение вместе? Ответ очевиден: вычислительная производительность современных GPU недостаточна. В случае Battlefield V, максимум, 40% пикселей рассчитываются через трассировку лучей. И сочетание различных эффектов трассировки лучей упирается в доступную вычислительную производительность.
Перед тем, как мы перейдем к тестам и рассмотрению эффектов трассировки лучей, позвольте сказать пару слов о технической реализации в протестированной нами версии. Мы получили предварительную версию игры, которая оказалась довольно "сырой".
Metro: Exodus станет первой игрой, которая поддерживает DXR и DLSS с самого начала, но в наших тестах мы столкнулись с многочисленными проблемами. Изменение настроек DXR приводило к повторяемым вылетам игры, ее приходилось запускать заново. NVIDIA рекомендует использовать не последнюю версию GeForce 418.81, а более старую GeForce 417.17.
Глобальное освещение через трассировку лучей
4A Games реализовала в игре глобальное освещение через трассировку лучей. Расчет света и тени без трассировки лучей довольно сложен и является лишь приближением к идеальному результату. Многие эффекты, подобные рассеиванию света, вычисляются не в реальном времени, а задаются заранее как свойство материала. Основные и вторичные тени вычисляются с помощью фильтров, что тоже нельзя назвать симуляцией освещения в реальном времени.
Разработчики могут использовать такие технологии, как Ambient Occlusion (AO), чтобы создавать тени на основе одного или больше источников света. В самом простом виде AO формирует жесткую тень от точечного источника света. Чем больше будет источник света, тем мягче должен быть переход между тенью и остальной сценой. Screen Space Ambient Occlusion (SSAO) - дальнейшая доработка метода AO, она ограничивает вычисления видимой областью экрана. Действительно, какой смысл рассчитывать тени, которые не будут видны? Один из многих алгоритмов SSAO - Horizon Based Ambient Occlusion (HBAO). Для снижения вычислительной нагрузки HBAO рассчитывает сцену не в полном разрешении, а в меньшем, то есть семпл создается не для каждого пикселя. Однако это может привести к появлению артефактов освещения, которые могут раздражающе мерцать. HBAO+ рассчитывает свет и тени в полном разрешении.
В Metro: Exodus освещение просчитывается через упомянутую технологию Ray Traced Global Illumination. Поскольку задействуется трассировка лучей, то необходим DXR API в составе DirectX 12. NVIDIA интегрировала соответствующее аппаратное ускорение в архитектуру Turing, что позволяет видеокартам с GPU Turing справляться с вычислениями намного быстрее.
Эффекты Ray Traced Global Illumination
Эффекты глобального освещения через трассировку лучей лучше всего оценивать на скриншотах и видео.
Слева - без RTX, справа - с RTX.
На скриншотах разница еле видна, поэтому мы рекомендуем посмотреть видеоролик.
Отдельные эффекты глобального освещения через трассировку лучей видны не так хорошо, как отражения в Battlefield V. Лучше всего посмотреть видео. При прямом сравнении заметно, что освещение становится ближе к реальности. Области, которые должны быть темными, действительно оказываются темными, здесь предварительные расчеты освещения не сбоят. Все это хорошо видно на ролике.
Но перейдем к тестам. Мы использовали встроенный тест Metro: Exodus со следующими настройками:
- Качество: Ultra
- Фильтрация текстур: 16x
- Motion Blur: High
- Тесселяция: Full
- Advanced PhysX: Off
- Hairworks: Off
Мы тестировали разрешения 3.840 x 2.160, 2.560 x 1.440 и 1.920 x 1.080 пикселей. Чтобы показать разницу, мы изменяли общие настройки качества и качество DXR. Мы проводили тесты на видеокартах GeForce RTX 2060, GeForce RTX 2070, GeForce RTX 2080 и GeForce RTX 2080 Ti от NVIDIA. "Красный" лагерь был представлен Radeon RX 590, Radeon RX Vega 64 и Radeon VII.
Metro: Exodus
1.920 x 1.080 пикселей - Ultra (Avg/Min)
Metro: Exodus
2.560 x 1.440 пикселей - Ultra (Avg/Min)
Metro: Exodus
3.840 x 2.160 пикселей - Ultra (Avg/Min)
В первых трех тестах мы оценивали производительность видеокарт в разных разрешениях. Мы также тестировали видеокарты GeForce RTX с активированными эффектами DXR в качестве "High". В дуэли между Radeon VII и GeForce RTX 2080 побеждает NVIDIA, хотя разница невелика. Здесь также стоит отметить, что Metro: Exodus редко использует даже 6 Гбайт видеопамяти. Так что 16 Гбайт у Radeon VII не играют никакой роли даже на высоких настройках качества.
Теперь перейдем к тестам уровня качества. Мы сравнивали Radeon VII с видеокартой GeForce RTX 2080:
Metro: Exodus
2.560 x 1.440 пикселей (Avg/Min)
На уровнях качества "Extreme" и "Ultra" лучше всего показывает GeForce RTX 2080. В случае настроек "Low", "Medium" и "High" вперед выходит Radeon VII.
Metro: Exodus
2.560 x 1.440 пикселей - Качество DXR (Avg/Min)
Наконец, мы протестировали три настройки DXR ("Off", "High" и "Ultra") на четырех настройках Turing.
Поскольку многие читатели по-прежнему не совсем понимают принцип работы Deep Learning Super Sampling, позвольте его еще раз прояснить.
Для поддержки DLSS NVIDIA выполнила тренировку сети глубокого обучения на суперкомпьютере SATURN V. Для тренировки использовались кадры в разных игровых сценах, и процесс тренировки продолжается, сеть глубокого обучения совершенствуется.
Движок Temporal Stable Convolutional Autoencoder выполняет 500 млрд. операций FP16 в секунду, он создает 64 семпла, то есть просчитанных кадра. Полученные "идеальные" кадры затем оптимизируются по алгоритму суперсемплинга 64x (64xAA). Расчет сглаживания суперсемплинга 64x на настольном ПК вряд ли возможен, поскольку он займет слишком много времени. Именно поэтому использовался SATURN. Вместо обработки каждого пикселя на потоковом процессоре один раз, операция выполнялась 64 раза, каждая с небольшим смещением.
Результаты в виде идеальных кадров хранятся в тренированной сети глубокого обучения, к которой обращается система с видеокартой GeForce RTX. Для запросов используются выходные кадры видеокарты, сеть NGX и ядра Tensor. На первой стадии реализации NVIDIA поддерживает DLSS 1X со снижением целевого разрешения. То есть видеокарта просчитывает кадры с меньшим разрешением, после чего обращается в сеть глубокого обучения для получения кадра в полном разрешении. Например, если в игре выставлено разрешение 3.840 x 2.160 пикселей, то видеокарта будет выполнять расчет в разрешении 2.560 x 1.440 пикселей, после чего будет получен кадр в целевом разрешении 3.840 x 2.160 пикселей. Финальное разрешение составляет 3.840 x 2.160 пикселей, но видеокарте придется просчитывать картинку в разрешении 2.560 x 1.440 пикселей, что позволит ей получить существенно больше кадров в секунду. Благодаря использованию сети глубокого обучения кадр будет масштабирован до целевого разрешения. Таким образом, технология DLSS должна обеспечить более плавную игру в высоких разрешениях без ущерба качеству картинки.
Тесты DLSS
Технология Deep Learning Super Sampling работает в Metro: Exodus только в разрешениях 1.920 x 1.080, 2.560 x 1.440 и 3.840 x 2.160 пикселей. Другие разрешения не поддерживаются. Кроме того, выбор доступных разрешений зависит от видеокарты. Все три разрешения поддерживаются только на GeForce RTX 2070 и GeForce RTX 2080. В случае GeForce RTX 2060 активировать DLSS получится только в 1080p и 1440p. На GeForce RTX 2080 Ti, с другой стороны, доступны только 1440p и 2160p.
| 1.920 x 1.080 пикселей | 2.560 x 1.440 пикселей | 3.840 x 2.160 пикселей | |
| GeForce RTX 2080 Ti | ✘ | ✔ | ✔ |
| GeForce RTX 2080 | ✔ | ✔ | ✔ |
| GeForce RTX 2070 | ✔ | ✔ | ✔ |
| GeForce RTX 2060 | ✔ | ✔ | ✘ |
Metro: Exodus
GeForce RTX 2060 с DLSS (Avg/Min)
Metro: Exodus
GeForce RTX 2070 с DLSS (Avg/Min)
Metro: Exodus
GeForce RTX 2080 с DLSS (Avg/Min)
Metro: Exodus
GeForce RTX 2080 Ti с DLSS (Avg/Min)
Прирост производительности от активации Deep Learning Super Sampling вполне ощутим, он составляет от 20% до 50% в зависимости от разрешения и видеокарты. Конечно, здесь все зависит и от сцены. DLSS позволяет более слабым видеокартам достичь порога плавности fps в нужном разрешении. Например, GeForce RTX 2060 с DXR в 1440p обеспечит почти 60 fps вместо 45 fps. В случае GeForce RTX 2070 можно вполне комфортно играть в 2160p. Видеокарты GeForce RTX 2080 и GeForce RTX 2080 Ti вполне ожидаемо обеспечивают более высокую частоту кадров.
Качество картинки DLSS
В тестах Final Fantasy XV после активации DLSS мы обнаружили мерцание горизонтальных и вертикальных кромок (заборы, провода, тонкие структуры и т.д.). Да и меньшее разрешение, в котором просчитывается DLSS, время от времени было заметно.
.
.
Слева - без DLSS, справа - с DLSS.
В Metro: Exodus активация DLSS приводит к заметно более размытой картинке. Размывание видно почти во всех сценах, но особенно на него обращаешь внимание в неподвижном положении персонажа.
.
.
Слева - без DLSS, справа - с DLSS.
При увеличении можно заметить мерцание вертикальных и горизонтальных кромок. Кстати, если вы заметили размывание, то будете постоянно заострять на этом внимание. Прирост производительности от активации DLSS существенный, но и потеря качества заметная.
На видеоролике, с другой стороны, подобная расфокусировка едва заметна, поскольку персонаж находится в постоянном движении.
Игра Metro: Exodus действительно становится более атмосферной благодаря расчетам Ray Traced Global Illumination. Многие места, ранее казавшиеся слишком светлыми, теперь выглядят достаточно темными. Впрочем, что работает в одном направлении, действует и в обратном. Если, например, посмотреть в темной комнате на яркое окно, то оно будет заглушать все остальное - обстановку в комнате будет едва видно. Но такое представление ближе к реальности, и именно его геймер получит в Metro: Exodus.
Технология Ray Traced Global Illumination обеспечивает намного более реалистичное отображение освещения. Но "вау"-эффекта, который возникал от отражений в Battlefield V, здесь нет. Metro: Redux просто создает атмосферу благодаря более реалистичному освещению.
Что касается реализации Deep Learning Super Sampling, то здесь критических замечаний уже больше. Конечно, видеокарты получают заметный прирост производительности в зависимости от разрешения. С другой стороны, качество картинки тоже заметно падает. И если на какой-то недостаток один раз обратил внимание, то он постоянно будет бросаться в глаза. Это касается и размытия, и мерцания кромок.
Причина кроется в том, что расчет картинки выполняется в меньшем разрешении, что и дает прирост производительности. Нынешняя реализация DLSS 1x предусматривает масштабирование: кадр высчитывается в меньшем разрешении, после чего он масштабируется до целевого. В случае реализации DLSS 2x переход на меньшее разрешение уже не потребуется. Но и прироста производительности не будет.
В любом случае, нам следует дождаться финальной версии игры. Возможно, обновленный драйвер тоже обеспечит улучшения. Пока что состояние драйвера и игры можно назвать "сырыми".