Průvodce světem technologií NVIDIA: Čím ray tracing posouvá herní grafiku zase o kus dál | Kapitola 2
Seznam kapitol
Na ray tracing jedni nedají dopustit kvůli tomu, jak může pozvednout kvalitu herní grafiky, a jiní jeho přítomnost ve hrách nesou nelibě kvůli jeho dopadu na výkon. Podíváme se, proč a k čemu má smysl ray tracing ve hrách využívat.
Ray Reconstruction
Při tradičním ray tracingu (resp. path tracingu) se v prvním kroku vytvářejí materiály a geometrie objektů. Ve druhém kroku se přidává osvětlení rozdělené na odrazy a rozptýlené globální osvětlení. Pro snížení náročnosti se nepočítají všechny body, ale jen část. Výsledkem je spíše šum. Denoisery se pak pokoušejí malý počet vzorků z posledního snímku doplnit vzorky ze snímků předchozích.
Po rekonstrukci mapy odrazů a stínů se oba výstupy složí do snímku v nižším rozlišení, který se následně rekonstruuje s předchozími na nativní rozlišení.
Kvalitě obrazu, nebo přesněji zobrazovaným detailům však neprospívá, že prochází dvojím filtrováním. První filtr odstraňuje šum u ray tracingu. Efekty, které prošly filtrem, se přidají do snímku, aby prošly druhým filtrem při rekonstrukci obrazu u DLSS.
Jak funguje skládání vzorků z více snímků (akumulace), ilustruje video od Nvidie v čase 1:28. Rekonstrukce je rozdělená do dvou částí – na interpolaci mezi více snímky (temporální) a na interpolaci na jednom aktuálním snímku (spatial).
Během skládání se „zásobník“ musí zbavit i špatných (neaktuálních) vzorků – třeba u objektů v pohybu, aby po nich nezůstávaly duchy. Při interpolaci na aktuálním snímku se pak snaží prázdná místa zaplnit barvou vzorků z okolí. Vývojáři musí interpolaci správně nastavit; pokud bude obraz vyhlazený příliš, bude bez detailů a neostrý, pokud málo, zůstane zrnitý.
Příklady chyb, k nimž může docházet a je třeba je opravovat, jsou na následujícím snímku. V prvním páru obrázků „odšumovač“ skládá data z více snímků, ale pod vozem ujíždí silnice, na níž se promítá světlo z reflektoru a stín zrcátka. I když algoritmus při skládání starých a nového snímků posune silnici ve správném směru, posune se s ní i světlo reflektoru a stín zrcátka, a to musí denoiser retušovat.
V druhém páru vidíte, že může algoritmus u stínů s nízkým počtem vzorků scénu vyhladit tak, že je stín nevýrazný.
A třetího s mříží plotu v odrazu se může stát, že bude odšumování vysokofrekvenční data u detailních mříží považovat za šum a pokusí se je vyhladit, takže výsledkem je horší kvalita odrazů a ztráta detailů.
Ray Reconstruction ztrátu detailů mírní tím, že algoritmy pro odstranění šumu během procesu renderingu, které se používají u ray tracingu a druhé filtrování kvůli DLSS nahradí jedním modelem, který využívá neuronovou síť natrénovanou na scénách s intenzivním využitím ray tracingu.
Proti DLSS 3 je nový model trénovaný na pětinásobném množství dat. Využívá doplňková data ze scény o barvách, mapy pohybových vektorů a normálové mapy. Rozezná vzory u efektů počítaných ray tracingem, rozezná správné pixely od těch zastaralých a rozpozná i vysokofrekvenční data jako zmiňované mříže a nepokouší se je „opravovat“.
A má to i pozitivní vliv na stabilitu obrazu. S tím, jak se při klasickém denoisingu obměňují data v zásobníku, kolísá i intenzita světel a stínů. Nvidia tomuto efektu říká „boiling“, nejspíš proto, že připomíná vařící se vodu. Naproti tomu s DLSS 3.5 už je obraz docela stabilní.
Jak pomůže ray tracing přiblížit scénu ve hře blíže k realitě, se podíváme dále.
Komentáře naleznete na konci poslední kapitoly.
