Игра Metro Exodus стала одной из первых в начале 2019 года с поддержкой реалистичного освещения через трассировку лучей вместо отражений. Освещение улучшило погружение в игровой мир Metro, реализация была вполне убедительной. 4A Games решила перевыпустить Metro Exodus, с технической точки зрения разработчик улучшил производительность PC Enhanced Edition и обновил движок рендеринга с улучшенными эффектами трассировки лучей. Их мы как раз и рассмотрим.
Все покупатели оригинальной игры смогут скачать PC Enhanced Edition бесплатно. Однако для запуска необходима видеокарта GeForce RTX на основе архитектуры Turing или Ampere, либо видеокарта из линейки Radeon RX 6000.
Глобальное освещение через трассировку лучей
4A Games реализовала в игре глобальное освещение через трассировку лучей (Ray Traced Global Illumination, RTXGI). 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 реалистичной симуляцией освещения.
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).
Подписывайтесь на группы Hardwareluxx ВКонтакте и Facebook, а также на наш канал в Telegram (@hardwareluxxrussia).
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.
Технология Ray Traced Global Illumination в первой версии Metro Exodus использовалась только для одного отражения света. То есть процесс трассировки выполнялся только для первого контакта луча. Но даже при таком условии освещение было весьма сложным для расчета, в зависимости от эффекта и сцены. Кроме того, 4A Games изначально разрабатывала игру под освещение HBAO, поддержка RTXGI была добавлена позже. Поэтому разработчикам пришлось уделять внимание не одному способу освещения, а двум. Что вполне логично, поскольку пока не все видеокарты поддерживают трассировку лучей.
Слева: Metro Exodus, справа: Metro Exodus PC Enhanced Edition
Слева: Metro Exodus, справа: Metro Exodus PC Enhanced Edition
Для PC Enhanced Edition данный подход остался в прошлом, разработчики сфокусировались на одном пути рендеринга с трассировкой лучей. В Metro Exodus PC Enhanced Edition больше не применяются такие трюки, как несуществующие источники освещения. Каждый источник света, который дает тень объектов, теперь вычисляется через трассировку. Раньше даже сильные источники света освещали только поверхности, на которые они были направлены. Однако новый расчет выполняется и с учетом нескольких отражений луча, то есть свет может проникать буквально "за угол". Свет по-разному рассеивается, в зависимости от поверхности, а также принимает цвет поверхности.
Расчеты освещения уже были весьма хороши в Metro Exodus, но в PC Enhanced Edition они стали еще лучше. Темные области остаются темными. Но те области, которые должны освещаться отраженным светом, теперь выглядят намного ярче. В итоге глобальное освещение сцены стало еще более реалистичным.
Слева: Metro Exodus, справа: Metro Exodus PC Enhanced Edition
Слева: Metro Exodus, справа: Metro Exodus PC Enhanced Edition
В PC Enhanced Edition источники света не только точечные, они могут иметь определенную форму и площадь, влияющую на свойства освещения. Данная технология называется Ray Traced Emissive Lights. Возьмем в качестве примера цилиндрическую лампу дневного света, которые в Metro Exodus применяются во многих сценах внутри помещений. Благодаря трассировке лучей они уже не рассматриваются как точечный источник света, а как излучающий объект. Поэтому тени от подобного источника света рассчитываются более реалистично.
Слева: Metro Exodus, справа: Metro Exodus PC Enhanced Edition
Слева: Metro Exodus, справа: Metro Exodus PC Enhanced Edition
4A Games также добавил и отражения через трассировку лучей. До сих пор использовались только отражения в экранном пространстве и кубические карты. Теперь геймер может переключаться между гибридной и полной реализацией отражений через трассировку лучей. Ray Traced Global Illumination тоже рассчитывает отражения, но для источников света. Сейчас же добавлены прямые отражения от поверхностей, наиболее сильно эффект будет заметен на металлических поверхностях и жидкостях.
Впрочем, и здесь разработчикам пришлось пойти на некоторые трюки. Например, для стеклянных поверхностей все равно используются отражения в экранном пространстве. Отражения через трассировку лучей рассчитываются, если только они попадают в поле зрения игрока. На периферии по-прежнему применяются отражения в экранном пространстве и кубические карты.
Недостатки и проблемы
Трассировка лучей - очень тяжелая задача для видеокарты. Поэтому 4A Games предусмотрела три настройки качества. В нормальном качестве все эффекты трассировки лучей рассчитываются в одной четвертой разрешения от родного. Для разрешения 3.840 x 2.160 пикселей это означает расчет в 1.920 x 1.080 пикселей. В высоком качестве для трассировки используется шахматное заполнение. И только в режиме качества ультра эффекты RT рассчитываются в родном разрешении.
Слева: нормальное качество RT, справа: высокое качество RT
При нормальном качестве на первое место выходят проблемы с шумом. Он явно виден на эффектах трассировки лучшей. Поэтому мы бы рекомендовали играть, как минимум, на высоком качестве трассировки лучей. В режиме ультра разница с высоким качеством уже не такая заметная.
Хотя речь идет о трассировке лучей в реальном времени, не все эффекты так рассчитываются. В первой версии игры глобальное освещение было ограничено одним отражением, а теперь рассчитываются несколько отражений луча. Но в следующем кадре используется только одно отражение. Поэтому если условия освещения меняются быстро, дополнительные отражения будут рассчитываться не с первого кадра.
DLSS 2.1
Без DLSS
Слева: DLSS качество, справа: DLSS баланс
Слева: DLSS производительность, справа: DLSS ультра производительность
В версии PC Enhanced Edition игры Metro Exodus была добавлена и новая реализация DLSS. В версии DLSS 2.1 качество картинки было существенно улучшено. Здесь мы хотим привести видеоролик наших коллег Digital Foundry, которые подробно разобрали качество картинки.
Теперь мы перейдем к тестам. Мы выполняли тесты на нашей системе для видеокарт с процессором Core i9-10900K, 32 GB RAM (DDR4-2933) и свежими драйверами (GeForce 466.27 и Adrenalin 21.4.1).
Сравнение разных режимов графики
Слева: низкое качество, справа: среднее
Слева: высокое качество, справа: ультра
Качество экстрим
Сначала позвольте рассмотреть разные режимы качества, которые предлагает игра.
Metro Exodus PC Enhanced Edition
2.560 x 1.440 пикселей - масштабирование качества (RT: нормальное, отражения: гибридные)
GeForce RTX 3080 в режиме высокого качества дает больше fps, чем даже Radeon RX 6900 XT. Как мы упомянули, эффекты трассировки лучей остаются активными даже с низким качеством графики, то есть они не зависят от пресета.
Metro Exodus PC Enhanced Edition
2.560 x 1.440 пикселей - масштабирование качества RT (качество: ультра)
Настройки качества трассировки лучей влияют на производительность. Для PC Enhanced Edition, как мы отметили выше, минимально приемлемым является высокое качество RT.
Metro Exodus PC Enhanced Edition
2.560 x 1.440 пикселей - масштабирование качества отражений RT (качество: Ultra)
Для отражений есть отдельная настройка. И между гибридным вариантом и трассировкой лучей есть отличия по производительности. Здесь NVIDIA выходит вперед, причем даже на самом высоком качестве NVIDIA оказывается быстрее, чем AMD на самом низком.
Metro Exodus PC Enhanced Edition
2.560 x 1.440 пикселей- режимы качества DLSS (качество: экстрим)
Мы также рассмотрели отличия между разными режимами DLSS. На скриншотах приведены отличия DLSS, что позволяет оценить разницу по качеству. И выбрать компромисс между качеством и производительностью.
AMD против NVIDIA в разрешениях 1080p, 1440p и 2160p
Metro Exodus PC Enhanced Edition
1.920 x 1.080 пикселей (качество ультра)
Metro Exodus PC Enhanced Edition
2.560 x 1.440 пикселей (качество ультра)
Metro Exodus PC Enhanced Edition
3.840 x 2.160 пикселей (качество ультра)
Наконец, мы провели тесты PC Enhanced Edition на разных видеокартах. Отличия по производительности с первой версией, которая вышла в 2019 году, имеются. И две версии игры нельзя сравнивать 1:1.
Metro Exodus PC Enhanced Edition
2.560 x 1.440 пикселей- сравнение версий (качество: ультра, отражения: гибридные)
Несмотря на существенно более сложный расчет трассировки лучей, 4A Games смогла оптимизировать игру таким образом, чтобы эффект на производительность был минимальным. Мы проводили тесты с настройкой качества ультра и качеством трассировки лучей высокое и ультра. И кое-где PC Enhanced Edition обеспечивала больше fps.
Первая оценка
Лишь вопрос времени, когда игры начнут переходить на обязательное требование аппаратного ускорения трассировки лучей в системе. Пока слишком велика доля наследственного "железа", чтобы сделать этот шаг. На ПК и консолях слишком много видеокарт, не опирающихся на архитектуру NVIDIA Turing и Ampere, либо AMD RDNA 2. Нынешний статус-кво не позволяет разработчикам перейти исключительно на путь рендеринга с трассировкой лучей.
И Metro Exodus PC Enhanced Edition является отличным примером такого перехода. Версия 2019 года позволяла заглянуть в будущее через поддержку глобального освещения с трассировкой лучей. В версии PC Enhanced Edition был добавлен расчет с многократным отражением лучей, что тоже позволяет заглянуть в будущее. Как и во многих играх с трассировкой лучей, можно долго спорить о том, какие методы расчета являются достаточными. Здесь все же подход автора субъективен, каждый геймер воспринимает 3D-мир игры по-своему. Автор занимается тестами видеокарт, поэтому глаз у него наметанный. В любом случае, достаточно поиграть с глобальным освещением методом трассировки лучей, после чего в обычный режим возвращаться не хочется. То же самое касается отражений, хотя оптимизированные отражения в экранном пространстве ранее были реализованы очень хорошо. Однако они кое-где ошибались, а с трассировкой лучей подобных артефактов уже не возникает, поскольку физическая модель стала более реалистичной.
Metro Exodus PC Enhanced Edition выигрывает во многих сценах от рассеяния света, которое просчитывается через оптимизированное глобальное освещение. Вроде бы темных сцен стало меньше, но если присмотреться, то сцены действительно стали реалистичнее. В реальном мире именно такое освещение мы бы и получили, а не полностью темную комнату. И фонарик с многократным отражением света оказывается достаточен, чтобы осветить все стены в комнате, даже если он направлен на одну из них.
Как и в 2019 году, наш вывод по поводу расчета освещения в Metro Exodus остается прежним: нет игры, которая справляется с этим лучше!
С отражениями ситуация не такая хорошая, поскольку они просчитываются через трассировку лучей не для всех поверхностей. В частности, для стекла используется старый способ отражений в экранном пространстве (Screen Space Reflections). Кроме того, объекты с альфа-компонентом не учитываются в расчетах. Здесь 4A Games пришлось пойти на компромиссы между качеством и производительностью.
DLSS теперь реализована в версии 2.1, в технологию встроен временной компонент. Он значительно улучшил качество масштабирования на основе искусственного интеллекта. Теперь движущиеся объекты выводятся без раздражающего мерцания. У DLSS есть проблемы с нормальным (то есть самым низким) качеством трассировки лучей в одной четвертой от родного разрешения. Здесь выполняется реконструкция кадра, но из-за отсутствия информации остается слишком много шума и артефактов. В итоге там, где должны работать эффекты освещения, появляется характерная "рябь"
По производительности мы получаем привычную картину. GeForce RTX 3080 работает быстрее Radeon RX 6800 в двух самых высоких режимах качества. GeForce RTX 3070 располагается между Radeon RX 6800 XT и Radeon RX 6800. Radeon RX 6700 XT проигрывает GeForce RTX 3060 Ti, но все же обгоняет GeForce RTX 3060. Metro Exodus в версии PC Enhanced Edition хорошо идет и на видеокартах семейства GeForce RTX 20. Более сложные эффекты освещения почти не повлияли на производительность при прямом сравнении. Так что разработчик 4A Games справился на совесть.
Владельцы Metro Exodus получат версию PC Enhanced Edition бесплатно. И если у вас есть видеокарта с поддержкой трассировки лучей, то можно будет пройти игру еще раз с новым качеством эффектов.