Тестирование трассировки лучей и DLSS в Shadow of the Tomb Raider

Прошло уже немало времени с тех пор, как на рынке появились первые графические карты на чипах семейства Turing. В данный момент каталог «зеленых» ускорителей включает четыре модели, способных выполнять трассировку лучей в реальном времени, но NVIDIA не остановится на достигнутом — уже в середине апреля поддержку интерфейсов DXR и Vulkan RT обретут видеокарты серии GeForce GTX 16 и большинство ускорителей на чипах Pascal, начиная с GeForce GTX 1060 с объемом RAM 6 Гбайт. Вот только игры, уже использующие DXR или технологию DLSS, основанную на машинном обучении и тензорных ядрах архитектуры Turing, пока можно пересчитать по пальцам одной руки. А по пальцам другой — грядущие проекты с такими возможностями.

Слава первопроходцев уже досталась Battlefield V и Final Fantasy XV, а недавно прогремела Metro Exodus. Shadow of the Tomb Raider ушла на золото еще в сентябре прошлого года, и большинство поклонников серии не стали ждать, пока команда Eidos в сотрудничестве с Crystal Dynamics наделит игру поддержкой DXR и DLSS. Не стали ждать и мы, когда выпустили групповой тест видеокарт в Shadow of the Tomb Raider. Но вот появилось обещанное обновление, а значит — наша работа с этой игрой еще не окончена.

⇡#Трассировка лучей в примерах

В августе прошлого года NVIDIA продемонстрировала впечатляющий отрезок из Shadow of the Tomb Raider, в котором трассировка лучей буквально преображает картинку. Но тем геймерам, которые не спешат в магазин за видеокартами нового поколения или отложили знакомство с игрой до недавнего патча с поддержкой DXR, лучше скорректировать свои ожидания. Ведь термин Ray Tracing в Shadow of the Tomb Raider с самого начала относился только к теням от объектов, находящихся в лучах прямых источников света.

Если учесть, что добрая часть приключений Лары Крофт проходит под землей, в Shadow of the Tomb Raider можно найти немало подобных сцен. Без DXR движок использует динамические карты теней (shadow maps) для рендеринга эффектов прямого освещения. Этот метод в какой-то мере похож на трассировку, так как карты теней формируются путем отдельной проекции сцены из точки обзора, совпадающей с источником света, но имеет известные недостатки. Так, карты теней не отличаются высокой точностью, работают только с точечными источниками света и не формируют силуэты с мягкими очертаниями без дополнительной операции краевого размытия. А с целью экономии вычислительных ресурсов в карты теней, как правило, помещают лишь избранные объекты сцены. Трассировка лучей лишена этих издержек, и в подходящих ситуациях Shadow of the Tomb Raider меняется чрезвычайно сильно — тем, кто уже прошел игру, стоит повторить путешествие, чтобы увидеть это своими глазами.

Но увы, влияние DXR в Shadow of the Tomb Raider ограничивается прямыми источниками света. Отраженный свет по-прежнему реализован статичными методами, «запеченными» (baked) в редакторе карт, с динамической надстройкой в виде Ambient Occlusion. После Metro Exodus, где разработчики перевели всю модель глобального освещения на трассировку лучей, с половинчатым подходом Shadow of the Tomb Raider уже трудно смириться. Кроме того, по скриншотам легко заметить, как сильно меняется глубина теней в зависимости от настроек DXR. В иных сценах трудно увидеть разницу между трассировкой на уровне Medium и стандартными картами теней. Вдобавок, даже на высоких уровнях качества DXR бросаются в глаза ступенчатые силуэты как следствие низкой плотности лучей.

DXR Off		DXR Medium		DXR High		DXR Ultra
DXR Off		DXR Medium		DXR High		DXR Ultra
DXR Off		DXR Medium		DXR High		DXR Ultra
DXR Off		DXR Medium		DXR High		DXR Ultra
DXR Off		DXR Medium		DXR High		DXR Ultra
DXR Off		DXR Medium		DXR High		DXR Ultra
DXR Off		DXR Medium		DXR High		DXR Ultra

⇡#Качество изображения: DLSS vs TAA

Трассировка лучей, даже в ограниченном формате, как это сделано в Shadow of the Tomb Raider, сильно влияет на быстродействие GPU, а ведь это и без того весьма требовательный проект при высоких настройках качества графики. Чтобы компенсировать неминуемый удар по частоте смены кадров, одновременно с DXR разработчики игры внедрили поддержку DLSS. Мы уже не раз писали о проприетарной технологии NVIDIA, которая позволяет GPU выполнять рендеринг в сниженном разрешении, а затем масштабировать кадр с помощью нейронной сети на тензорных ядрах архитектуры Turing. Однако практический опыт, который дали Battlefield V, Final Fantasy XV и Metro Exodus, уже разрушил все иллюзии по поводу качества DLSS на первоначальном этапе ее распространения. Из трех игр-первопроходцев только в Final Fantasy XV продукт работы DLSS сопоставим с прямым рендерингом в целевом разрешении, да и то с массой оговорок.

Надо ли говорить, что от DLSS в Shadow of the Tomb Raider мы не ожидали выдающихся результатов? Однако игра преподнесла нам приятный сюрприз. В нескольких кадрах, которые мы сняли с применением DLSS и TAA — широко распространенного и нетребовательного метода полноэкранного сглаживания, — на первый взгляд трудно заметить какую-либо разницу в четкости. Особенно хорошо DLSS справляется с деталями текстур на крупных поверхностях. Даже в таких объектах, как листва растений и волосы, практически нет размытия. Для сравнения приведем аналогичные скриншоты, сделанные в режиме 1440p и просто увеличенные до целевого разрешения 2160p силами игрового движка (для этого нужно отключить опцию эксклюзивного полноэкранного режима).

TAA		DLSS		1440p
TAA		DLSS		1440p
TAA		DLSS		1440p
TAA		DLSS		1440p
TAA		DLSS		1440p
TAA		DLSS		1440p

Впрочем, мы уже успели убедиться, что во всех играх, использующих DLSS, не найти двух одинаковых нейросетей. У алгоритма, свойственного Shadow of the Tomb Raider, есть странности, с которыми мы не сталкивались раньше. DLSS не по зубам элементы изображения с массой тонких линий, которые, по всей видимости, наложены поверх прозрачной текстуры — велосипедные спицы, плющ на стенах здания и тому подобное. Эти участки кадра выглядят так, будто DLSS даже не пытается увеличить разрешение.

Кроме того, в особенно сложных сценах (например, в глубине джунглей) нейросеть подчас дезориентируется и начинает размывать объекты, которые в иных случаях обрабатывает с эталонной четкостью (как, например, одежду и волосы главной героини). При резком движении камеры возникают ложные паттерны на крышах из гофрированного металла (впрочем, в движении их как раз-таки невозможно разглядеть). И наконец, DLSS заметно усиливает общий контраст вне зависимости от содержания кадра. Но это уже придирки. В общей сложности Shadow of the Tomb Raider достигла лучших результатов из четырех игр с поддержкой DLSS — смело рекомендуем включать эту опцию, особенно при разрешении 2160p в комбинации с DXR.

TAA		DLSS		1440p
TAA		DLSS		1440p
TAA		DLSS		1440p
TAA		DLSS		1440p
TAA		DLSS		1440p
TAA		DLSS		1440p

⇡#Тестовый стенд, методика тестирования

Тестирование производительности выполнено с помощью встроенного бенчмарка Shadow of the Tomb Raider с максимальными значениями всех графических опций (за исключением полноэкранного сглаживания и DXR, которые мы варьируем в тестах). Показатели средней и минимальной кадровых частот выводятся из массива времени рендеринга индивидуальных кадров, который игра записывает в файл результатов.

Средняя частота смены кадров на диаграммах является величиной, обратной среднему времени рендеринга кадра. Для оценки минимальной кадровой частоты вычисляется количество кадров, сформированных в каждую секунду теста. Из этого массива чисел берется значение, соответствующее 1-му процентилю распределения.

⇡#Участники тестирования

• NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti Founders Edition (1350/14000 МГц, 11 Гбайт);
• NVIDIA GeForce GTX 2080 Founders Edition (1515/14000 МГц, 8 Гбайт);
• NVIDIA GeForce RTX 2070 Founders Edition (1410/14000 МГц, 8 Гбайт);
• NVIDIA GeForce RTX 2060 Founders Edition (1365/14000 МГц, 6 Гбайт).