Многие годы разработчики программного и аппаратного обеспечения фокусировались на краеугольном камне 3D-рендеринга: трассировке лучей или Ray Tracing в реальном времени. Но до сих пор вычислительной производительности для этого попросту не хватало. Даже в профессиональном сегменте при использовании нескольких дорогих видеокарт класса рабочих станций рендеринг в реальном времени не представлялся возможным.
В прошлом году NVIDIA объявила расширение технологии OptiX. Она должна ограничить технологию трассировки лучей до необходимых областей, отбросив остальные. Что сэкономит аппаратные ресурсы. Для устранения шума будет использоваться алгоритм глубокого обучения. Расчет нескольких тысяч или даже миллионов световых лучей требует определенного времени даже на современном "железе". И области, в которых расчет еще не произведен, представлены шумом. Поскольку рендер не знает, какие объекты на сцене более важны, он рассчитывает лучи в логическом порядке. Чтобы уменьшить время подготовки финального изображения и быстрее устранить шумы, алгоритм глубокого обучения выделяет важные области кадра, рассчитывая их в первую очередь.
В любом случае, на расчет всех лучей на одном кадре требуется от нескольких секунд до нескольких часов. Все же речь идет от нескольких миллионов лучей на кадр до нескольких миллионов на пиксель. И раньше расчет в реальном времени оставался лишь в мечтах. При рендеринге анимации на вычисление каждого кадра нередко уходило несколько часов. Понятно, что даже кинематографическая индустрия была заинтересована в альтернативных подходах.
NVIDIA RTX и Microsoft DXR
На Games Developer Conference NVIDIA Microsoft и другие партнеры представили реализацию, которая позволит активировать Ray Tracing в играх в реальном времени.
NVIDIA показала технологию под названием RTX, которая реализована в виде программного интерфейса и работает на архитектуре Volta. Она позволяет выполнять на видеокартах новое графическое API под названием DXR или DirectXR. Соответственно, данным API могут пользоваться игровые движки, приложения и инструменты. В разработке участвовали не только NVIDIA и Microsoft, но и создатели Unreal Engine, Unity, Frostbite и Allegorithmic. Все они показали на GDC свои реализации. С стороны игровых разработчиков участие принимали EA, Remedy и 4A Games.
NVIDIA подключила к DXR несколько библиотек GameWorks. Помимо всего прочего, они улучшают расчет теней, общего освещения и отражений. Соответствующие библиотеки GameWorks можно получить тем, у кого имеется ранний доступ. Позднее NVIDIA откроет доступ к библиотекам всем разработчикам.
RTX только на Volta - DXR через Direct Compute
Технология NVIDIA RTX опирается на архитектуру Volta и задействует соответствующие аппаратные и программные ресурсы. На предыдущих архитектурах NVIDIA технология RTX работать не будет. Так что сегодня придется довольствоваться лишь NVIDIA Titan V (тест). Впрочем, NVIDIA не комментирует, какие будущие архитектуры или видеокарты будут поддерживать технологию. Если верить слухам, на GPU Technologies Conference NVIDIA как раз может представить новую вычислительную архитектуру под названием Ampere, хотя игровой вариант Turing появится не раньше третьего квартала.
NVIDIA не комментирует причины, по которым технология работает только на архитектуре Volta. Вероятно, суть в аппаратных блоках Volta с фиксированными функциями. Также и тензорные ядра могут ускорять трассировку лучей. Устранение шума через глубокое обучение, описанное выше, тоже выполняется на тензорных ядрах.
Технология RTX, по сути, представляет собой интерфейс разработчика. Поэтому с помощью Direct Compute и Microsoft DXR расчет трассировки лучей в реальном времени возможен и на других GPU. В таком случае технология уже не будет ограничиваться NVIDIA Titan V, но будет работать, например, на видеокартах с GPU AMD.
На GDC разработчики будут показывать различные демо в реальном времени. Первые игры, использующие RTX и DXR, выйдут уже в конце года.
Обновление 1:
Вместе со стартом GDC появилась новая информация. Microsoft в своем блоге представила подробности нового расширения API. Electronic Arts показала проект PICA PICA на основе движка Seeds Halcyon, трассировка лучей в реальном времени продемонстрирована на видеоролике YouTube.
AMD тоже высказалась по поводу DXR:
"AMD работает с Microsoft над тем, чтобы сформировать и улучшить DirectX12 и трассировку лучей в будущем. AMD остается технологическим лидером по новым моделям программирования и инновациям Application Programming Interface (API), опираясь на свою ориентированную на будущее фундаментальную компетенцию в сфере графического программирования. Мы смотрим в будущее и готовы обсуждать технологию трассировки лучей на ПК, улучшающую качество изображения, эффекты и производительность, с игровыми разработчиками".
На GDC многие игровые разработчики будут рассказывать о NVIDIA RTX и Microsoft DXR. Нас также ждут весьма интересные технологические демонстрации.
Обновление 2:
Между тем AMD тоже объявила поддержку трассировки лучей в реальном времени. Но, в отличие от NVIDIA, пока аппаратного ускорения не предлагается. Но с программной стороны AMD адаптирует ProRenderer и Radeon GPU Profiler 1.2. То есть AMD пока концентрируется на разработчиках соответствующего контента. Впрочем, геймерам до конца года все равно ожидать нечего.