Vývoj grafiky v posledních třiceti letech – kam směřujeme? | Kapitola 4
Seznam kapitol
Vypadá to hnusně a ty textury jsou mázlý! Proč to neběží v pěti stech snímků na 16K? Támhle vidím zub i s vyhlazováním, vraťte mi peníze! Ten odraz na skle není dokonalý, ray tracing je k ničemu! A tak dále a tak dále...
Grafika je v současné době dosti na výši i bez ray tracingu. Jde to tak daleko, že často ani není poznat rozdíl mezi vysokými a nízkými detaily jinak než pod mikroskopem. Příkladem budiž Dead Island 2 níže, které běží na Unreal Engine 4 a vypadá tak skvěle, jak jen všudypřítomné shnilé zkrvavené mátohy dovolí. Rozdíl mezi ultra a nízkou kvalitou je vizuálně zanedbatelný, ale snímková frekvence se s vyššími detaily propadla o 50 snímků za sekundu.
Kudy se ubíráme dnes? V posledních letech se hojně skloňuje ray tracing, jelikož má výrazný vliv na celkovou realističnost obrazu. Do her se dostal až v posledních letech, ačkoliv se o něm mluvilo už v minulém tisíciletí. Poukazovalo se na to, že teprve ray tracing, nikoli rasterizace a polygony, bude ta správná technika pro realistické hry.
Trvalo bohužel dalších dvacet let, než výkon hardware stoupl natolik, aby se RT dal považovat za zajímavý a užitečný. Velmi výrazně je to vidět na hře Metro Exodus Enhanced Edition, kde je v podstatě celý svět v péči RT díky globálnímu nasvícení. Původní Metro Exodus počítalo totiž pouze s jedním odrazem paprsku, což sice scénu vylepšilo, ale ne dostatečně. Novější edice už simuluje odrazy všech světelných zdrojů (teoreticky) do nekonečna, čili výsledek scény je na míle, lokty a kilometry vzdálený původnímu RT, o rasterizaci nemluvě.
Další hrou, která je naditá efekty RT až k prasknutí, je Control. Jsou tu všechny běžně používané techniky využívající ray tracing - stíny, odrazy, nasvícení, dokonce i trosky budovy mají vlastní RT odrazy na podlaze. Sáhodlouhé povídání, ukázky využití těchto efektů a možnosti si je porovnat je v článku na stránkách Nvidie.
Při této příležitosti nemůžeme opomenout Quake 2 RTX, který nám všem před pár lety vyrazil dech. Nám i grafickým kartám. Jde o oficiální implementaci RTX a mohutnou modernizaci starého Quake 2 od NVIDIE.
Díky celkem jednoduché a nenáročné struktuře hry mohla NV použít ray tracing takzvaně na „fullgas“, což u nových her úplně nejde, protože jsou komplikované a sežerou dost výkonu i bez RT, ale původní Q2 by fungoval i na vypsané propisce a nebyl problém jej do hry s otevřenými kódy implementovat.
Quake 2 RTX je navíc velice modulární, můžete si v něm s ray tracingem pohrát, nastavit hromadu parametrů včetně denní doby, což zásadně změní vizuál, jelikož je zde RT globální nasvícení. Nebo dokonce ať se doba ve hře řídí podle skutečných hodin, takže paříte v noci a ve hře je také tma. Quake 2 RTX je perfektním příkladem, jak ray tracing dokáže neuvěřitelným způsobem změnit celkový vzhled, je-li umně použit. Samosebou byly vylepšeny i další aspekty jako textury nebo modely, tudíž celek je nablýskaná pařba nové generace.
Pořádný rozdíl je pak i v jiných starých hrách s aplikovaným RT, v nichž bylo kdysi vizuální zpracování omezeno dobou a hardwarem. Nu a s poslední generací ray tracingu se dostala veřejnosti do ruky mocná zbraň od NVIDIE. Zelení hoši vyvinuli platformu RTX Remix (zatím Beta), jež dovolí napasovat ray tracing i na prastaré hráčské artefakty. Tak jsme byli zatím svědky ukázek ray tracingu v NFS Underground, Max Payne, Tomb Raider 1 nebo Half-Life 2. Platforma Remix dovolí nejen ray tracing, ale umí vylepšit i herní assety, což vyžaduje samozřejmě trochu více práce.
Není to uplně snadné, potíž je v tom, že například takový Tomb Raider (a vůbec všechny staré hry) nebyl vytvořen pro reálná světla, a tak jsou prostory navrženy a osvětleny uměle tak, aby to nevypadalo příliš nesmyslně. S pochodní v ruce pak v jeskyni vidíte sto metrů daleko. Pokud na takovou hru narveme ray tracing „na sílu”, některá místa bez zdroje světla jsou temné kobky, jiné zase září jak supernova a celek je na míle vzdálený původní verzi. S tím se Remix ovšem umí vypořádat, neboť dokáže přidat zdroj světla tam, kde dosud žádný nebyl. Pak bude záležet na vývojáři, jak s pomocí Remixu osvítí temná místa, aby to příliš nemlátilo do očí (jako třeba táborák v sudu uprostřed zatopené jeskyně).
Z výše uvedeného vyplývá, že správně využitý RT umí celou hru náramně vylepšit a udělat mnohem realističtější. Ale i dnes jsme ještě limitováni výkonem hardwaru. Pro představu, v profesionální grafice se ray tracing používá už léta a mohutně, ale jen u filmového CGI, kde scény renderují farmy s gigantickým výkonem. Proto je konzumní ray tracing zatím omezen v podstatě na několik efektů, jako odrazy, stíny, či globální nasvíceni. Příkladem je ambientní okluze – zastínění v místech, kam se dostává méně světla. Dříve bývala předpočítaná a uměle nastrčená do rohů a koutů se všemi nevýhodami, co k tomu patří – třeba s tím, že se scéna nemůže změnit, protože stíny zůstanou. Ray tracing přesně spočítá, aby onen přechod mezi tmou a světlem byl jako skutečný a když vám mezitím zmizí jedna zeď, scénu prostě přepočítá podle aktuálních světelných podmínek.
Jak funguje ray tracing vysvětleno v pěti minutách
Hezky to ilustruje video se srovnáním ray tracingu s uměle vyrobeným globálním nasvícením, ve kterém jsou rozebrané rozdíly mezi klasickými technikami pro nasvícení scény, srovnání scény se „zapečeným“ předpočítaným osvětlením a renderingu s využitím ray tracingu pro přepočítávání osvětlení scény v reálném čase. Je už pět let staré, z doby, kdy bylo DXR i GeForce RTX 20 čerstvou novinkou, dnes už je ray tracing zase o kus dál jak díky výkonnostním optimalizacím softwaru, tak díky tomu, že máme k dispozici o dvě generace novější a výkonnější grafické karty.
Celý grafický vývoj by se dal shrnout tak, že prvních deset let (počítejme od roku 1990) vizuál a hardware rostl šíleným tempem. V novém tisicíletí jsme si již zvykli na akceleraci, všemožné efekty, detaily a plně 3D prostředí, přesto se grafika řítila stále vpřed, viz Crysis. A po dvou dekádách, kolem 2010, se grafika začala točit jen kolem toho, jak ji vylepšit. Jak udělat přirozenou vodu, jak reálně scénu nasvítit, jak zvýšit počet polygonů, jak udělat výbuchy ještě víc filmové a podobně. Už to není stylem vyvinutí kompletně nové technologie (Doom → Quake), ale ladění té současné a stavění na minulé. Takovým příkladem budiž série Far Cry od třetího dílu (2012), která používá engine Dunia 2 až do posledního Far Cry 6 (2021), do nějž nakonec narouboval i ten ray tracing.
Od jisté doby (2013 cca, viz Crysis 3 níže) AAA hry vypadají prostě dobře, tím spíše bylo stále těžší grafiku dále posouvat. RT je technika, která vývoj opět nakopla a posunula zase o kus vpřed.
Jakkoli je grafika to první, co na hře vidíme, nejdůležitější je pořád hratelnost a schopnost vtáhnout do děje. Já sám jsem se za poslední roky nejvíc pobavil u geniální hry System Shock Enhanced Edition (vylepšený originál z 1994), jejíž grafika se dnes vskutku nedá označit jako skvělá. Ale zábavností předčí 99 % současné produkce. A možná, že lidé ani nepotřebují extra reálnou grafiku a mozek drtící efekty, protože poslední roky jsou v kurzu retro pařby s pixelovou grafikou (Cultic, HROT, Boltgun) a na zábavnosti to nijak neubírá. Není však pochyb, že pokrok stále kráčí vpřed.
Na celou problematiku se ale dá pohlédnout i tak, že příliš realistická grafika a detailní prostředí hráče může rozptylovat. Místo aby se soustředil na hru samotnou, zkoumá odrazy na zrcadle, pátrá zda světlo správně proniká oknem, zkouší jestli fyzika objektů není odfláknutá, pídí se po nekvalitních texturách a srovnává celek s tím, co vidí ve skutečnosti. Může se dostavit efekt tísnivého údolí, kdy to sice vypadá líp než dřív, ale něco je na tom pořád špatně, a nedokáže přesně říct, co. A pak si stěžuje, že to pořád není ono, spílá na fórech, kterak za všechno můžou líní programátoři a nakonec jde zmlátit babičku. Inu, ještě pořád nenastala doba, kdy budou hry vypadat stejně jako filmy. Ale chceme to vůbec?
A na závěr poděkování firmám NVIDIA a Palit za podporu a možnost zastavit a zamyslet se nad vývojem a budoucnosti grafiky. Modely GeForce RTX 4080 SUPER a GeForce RTX 4070 SUPER Dual stojí za zvážení. Jaký je váš pohled na budoucnost, co nás čeká?
