Трассировка лучей стала новым этапом развития игрового рендеринга, позволяя перейти к более реалистичному освещению и отражениям. Впервые аппаратная поддержка трассировки была реализована в видеокартах GeForce RTX 20 на архитектуре Turing, а первой игрой с трассировкой стал шутер Battlefield V 2018 года. После этого технология активно развивалась, и постепенно разработчики перешли к более продвинутой трассировке пути. Все это время NVIDIA активно ищет способы по оптимизации трассировки, чтобы снизить ресурсоемкость технологии и упростить ее интеграцию. Одним из направлений стало появление RTXGI для реализации глобального освещения на основе трассировки.

Данная технология не стала массовой, но получила реализацию с нескольких играх. Etraction-шутер ARC Raiders стал последним проектом, где используется освещение с RTXGI. При этом сама игра стала образцом правильного использования Unreal Engine 5, предлагая оптимальный баланс между качественной графикой и производительностью. И это хороший повод познакомиться с RTXGI поближе.

Что такое NVIDIA RTXGI

Технология RTX Global Illumination (RTXGI) является готовым программным решением для разработчиков, чтобы они могли реализовать глобальное освещение на основе трассировки в играх и трехмерных сценах. Это оптимизированная технология, которая работает на любых GPU с поддержкой трассировки. Первая версия SDK RTXGI 1.0 появилась в 2020 году. Эти инструменты позволяли реализовать динамическую систему для непрямого освещения и теней на основе просчета лучей от датчиков (probes) в трехмерном пространстве.

Далее было несколько обновлений, а в 2024 году вышел SDK RTXGI 2.0 с поддержкой трассировки пути и дополнительных нейронных технологий для оптимизации процесса рендера, включая Neural Radiance Cache (NRC), Spatial Hash Radiance Cache (SHRC). Также в этой версии представлен алгоритм Dynamic Diffuse Global Illumination (DDGI) для более точного просчета отраженного света, хотя первая его версия упоминалась еще при релизе SDK 1.3.

В конечном счете главная задача RTXGI — учитывать отраженный и непрямой рассеянный свет без тонких нюансов. Например, это свет, который отражается от стен или каких-то поверхностей. Он может влиять на затенение других объектов и менять их оттенок. Все это происходит в реальном времени, учитывая любые изменения солнца или других источников света.

Технология не затрагивает отражения. И в целом она не является универсальным комплексным решением. Например, у NVIDIA есть еще RTX Direct Illumination (RTXDI) для более точного просчета прямого света. То есть RTXGI лишь улучшает определенные визуальные аспекты затенения. Может использоваться в сочетании с другими технологиями RTX или самостоятельно в качестве альтернативы для других методов Global Illumination.

Первой игрой с RTXGI была китайская MMO Justice (2020 год), потом она появилась в выживалке ICARUS. Обе эти игры предлагали широкую интеграцию трассировки с другими технологиями RTX. Также была малоизвестная, но симпатичная игра Escape from Naraka.

RTXGI в ARC Raiders

Технологию взяли на вооружение разработчики из Embark Studios. Они использовали RTXDI вместо глобального освещения на основе Lumen в Unreal Engine 5. Технология была интегрирована в соревновательный шутер The Finals, а потом появилась в ARC Raiders. В этой игре доступно несколько режимов RTXGI. Статический режим использует предварительно просчитанные данные (запечённое освещение), то есть RTXGI фактически выключен. Низкое, среднее, высокое или эпичное качество уже предполагают использование трассировки лучей для просчета отраженного света.

Игра полагается на одну из старых версий RTXGI. В материалах упоминался алгоритм DDGI, что намекает на использование версии 1.3 или чуть новее. Пресеты качества, вероятно, влияют на количество лучей от датчиков, что определяет точность работы RTXGI.

Пора взглянуть на реальную графику в игре. Сразу отмечу, что речь идет о ARC Raiders версии 2.3.0. За год с момента релиза игра перешла с движка UE 5.3 на UE 5.7 и получила много изменений. И мне кажется, что разработчики улучшили освещение и затенение в некоторых закрытых локациях. Не могу утверждать это точно, поскольку пристально не следил за игрой. Но есть ощущение, что туннели в статическом режиме теперь выглядят лучше.

Сконцентрируемся на разнице между статическим режимом (RTXGI выключен), режимом низкого качества RTXGI и режимом максимального «эпичного» качества RTXGI. Видеосравнение проведено в разрешении 4K с DLSS Quality на видеокарте GeForce RTX 5070.

Ниже отметим важные нюансы на отдельных скриншотах.

Тренировочная локация хорошо подходит для сравнения графики в отдельных режимах, поскольку тут не меняется освещение, нет динамических погодных эффектов и облаков. За основу взят «кинематографический» режима качества, менялись лишь настройки RTXGI.

При переходе от статического режима к простому варианту RTXGI заметно изменение теней в комнатках и разных расщелинах. Тени вокруг деревьев становятся больше, но мягче. Но некоторые затененные зоны становятся светлее. RTXGI Epic дополнительно усиливает некоторые тени, но в целом делает картинку ближе к статическому режиму.

Если сконцентрироваться на дальних помещениях, то можно отметить больше нюансов. В обычном режиме все помещение в тени, простой RTXGI пытается разделить потолок и стены по уровню освещенности, а максимальный RTXGI делает это освещение мягче, добавляя полутень на некоторые объекты, которые ранее выглядели светлее. Большая тень под плитой в обычном режиме и с RTXGI Epic действительно очень похожи. Тени за деревьями с RTXGI становятся более мягкими и размытыми. Также можно отметить небольшой оранжевый оттенок на костюме героя после включения трассировки.

Глобальное освещение с трассировкой неплохо меняет общий интерьер внутри старого автобуса. Пол и некоторые поверхности с RTXGI меняют оттенок с желтого на синий, меняется восприятие самой фактуры поверхности. Внутренняя тень менее насыщенная, но RTXGI Epic усиливает тени под сиденьями и добавляет теневую зону напротив героя

RTXGI не просто меняет фактуру металлического пола, он лучше выделяет неровности и царапины. Еще проявляются складки на водительском сиденье.

Детальнее посмотрим на внутреннее помещение с боковым освещением.

Тут переход от статического режима к низкому качеству RTXGI сразу погружает в тень всю левую зону, которая максимально удалена от внешнего света. Так же намного интенсивнее затенение потолка в дальней зоне. RTXGI Epic делает потолок светлее в близи и добавляет светлое пятно в самом дальнем участке локации на втором этаже. Максимальное качество RTXGI немного корректирует интенсивность теней в левой части. Элементы конструкции в правой части кадра погружаются в тень только с RTXGI Epic. Хотя блики на балках внизу остаются даже в таком режиме, а ведь эта зона полностью закрыта от света.

Если сравнивать графику без RTXGI и с RTXGI, то второй вариант лучше передает направленный боковой свет и делает темнее те зоны, которые максимально закрыты от лучей света. Также технология немного меняется общий цветовой оттенок всех стен.

Технология RTXGI обеспечивает явные улучшения в теневых зонах, лучше передавая неравномерность затенения на рельефе и земле, делая некоторые поверхности более объемными.

RTXGI подчеркивает все неровности на камнях и скалах, усиливая тени в углублениях и трещинах.

Также всегда присутствуют изменения в цветовом оттенке. В сцене, где герой между двух крупных камней, присутсвует желтоватый оттенок от солнца в обычном режиме, но RTXGI корректирует его в сторону более холодных синих цветов для объектов в тени.

Эффект от включения RTXGI на открытых пространствах едва заметен. Вы замечаете изменения лишь в тенях на крупных объектах. Но при определенных условиях влияние трассировки более глобальное.

В этом примере заметно не только усиление теней на металлических конструкциях (особенно, внутри), но и изменения в рендере воды. RTXGI не должен влиять на воду, это побочный эффект от более интенсивного воздействия отраженного света. Вода сильнее отражает свет, это меняет рисунок на поверхности и снижает четкость отражений.

При этом сцена с RTXGI кажется контрастнее и симпатичнее. Надо сделать примечание, что облака тут влияют на общую освещенность объектов. Но скриншоты получены примерно в одно время, поэтому изменения связаны не с влиянием облаков на солнечный света, а именно с RTXGI.

Сравнение на зимней заснеженной локации демонстрирует резкое изменение общей цветовой гаммы. С технологией RTXGI меньше красного оттенка от солнца, хотя он сохраняется на вертикальных объектах. Трудно говорить, насколько это корректно. Стилистически первый вариант лучше передает ощущение близкого заката.

Производительность в разных режимах RTXGI

Проверим, как RTXGI с трассировкой лучей влияет на частоту кадров в ARC Raiders.

Тестовый стенд

• процессор: Intel Core i5-12600KF @5,1 ГГц
• материнская плата: Gigabyte Z690 UD AX
• видеокарта: ASUS Dual GeForce RTX 5070 12GB
• память: DDR5-5400 2x16 GB Kingston Fury
• накопитель: Adata XPG SX8200 Pro
• блок питания: Chieftec Polaris PPS-1050FC
• операционная система: Windows 10 22H2
• драйвер NVIDIA GeForce 617.14

Тесты проведены на тренировочном полигоне. Выбрано максимальное качество графики (Cinematic) с апскейлингом DLSS 4 Quality.

Переход от графики без трассировки к низкому качеству RTXGI дает падение fps на уровне 6-7%. Разница с максимальным уровнем RTXGI доходит до 13-14%. Но различия между промежуточными версиями RTXGI минимальные.

В разрешении 4K максимальное качество RTXGI дает падение производительности около 11%. Разница между промежуточными вариантами традиционно небольшая.

Выводы

Технология NVIDIA RTXGI позволяет реализовывать динамическое глобального освещение на базе трассировки лучей, в том числе для больших миров. Этот метод учитывает влияние отраженного света для более корректного затенения и более точной передачи теневых нюансов, а также для передачи цветовых оттенков, которые зависят от влияния прямого и отраженного света. Но RTXGI не является комплексным решением, которое заменяет полноценную трассировку лучей или трассировку пути в играх.

В игре ARC Raiders технология RTXGI используется в качестве альтернативы глобальному освещению на основе Lumen. Влияние технологии NVIDIA зависит от сцены и окружения. В основном это небольшие изменения в общем затенении и усиление темных участков, больше нюансов в темных зонах, где RTXGI лучше подчеркивает неровности рельефа и земли. В помещениях технология создает более корректное ощущение направленного света, но это заметно не всегда. Откровенно говоря, мне пришлось выбирать наиболее наглядные сцены для нашего сравнения. Часто на больших открытых локациях влияние RTXGI практически не заметно, хотя в зонах с водой и крупными обломками на карте «Голубые ворота» это внезапно меняло общее восприятие картинки. И всегда RTXGI корректирует цветовой оттенок окружения — иногда уменьшая «желтизну» от солнца, а иногда усиливая ее. Так что общий эффект сильно зависит от условий и окружения.

Влияние RTXGI на общую производительность небольшое. На видеокарте GeForces RTX 5070 даже самый качественный режим приводит к падению производительности на уровне 11-13%, что крайне мало. В целом можно говорить, что разработчики шли по пути баланса между качеством GI и производительностью. Поэтому вау-эффекта от RTXGI тут нет. И это не идет в сравнение с тем, какие улучшения способна обеспечить трассировка в некоторых других играх. При таких потерях производительности использование технологии вполне оправдано. Низкий или средний режим RTXGI тут не имеет особого смысла — сразу включайте Epic. Если же у вас очень слабая видеокарте, то и статический режим без RTXGI порадует вас хорошей графикой.