PlayStation 5: czego oczekujemy od ray tracingu w nowej generacji
Liderami Gran Turismo 7, Ratchet & Clank i Pragmata.
Po ujawnieniu niemal trzydziestu produkcji na niedawnym pokazie PlayStation 5, mamy w Digital Foundry materiał na sporo rozważań. Największą i najprzyjemniejszą niespodzianką była jednak lista deweloperów - zewnętrznych i wewnętrznych - którzy zdecydowali się skorzystać z wbudowanego w urządzenie, sprzętowego ray tracingu. Co dokładnie pokazano i skąd pewność, że to RT? Jakie zastosowano efekty? Jak działają i - zapewne najważniejsze, patrząc w przyszłość - co możemy na tej podstawie wywnioskować na temat ogólnego podejścia do ray tracingu w nowej generacji konsol?
Na początek słowa uznania. Sprzętowo napędzany ray tracing debiutował w grze wideo w listopadzie 2018 roku, za sprawą aktualizacji, jaką studio DICE przygotowało dla Battlefield 5. Efekty nie były zbyt optymalne, ale nadal imponujące. Kilka miesięcy później kolejna łatka znacznie poprawiła wydajność, jako początek większej fali gier ze wsparciem RT. Chodzi nam o to, że zaadaptowanie takiej nowinki technologicznej przez konsole, w tak krótkim czasie i w takiej liczbie już podczas pierwszej prezentacji, zakrawa na cud. Zwłaszcza biorąc pod uwagę, jak wymagające są to obliczenia.
Jak wymagające? Dwa lata temu na PC szybko dowiedzieliśmy się, że jeden efekt ray tracingu w pełnej rozdzielczości - jak odbicia w 4K - nawet na najpotężniejszej karcie graficznej na rynku oznaczają - procentowo - dwucyfrowe spadki liczby klatek na sekundę. Inne efekty, jak ray tracing cieni, mogą być mniej obciążające, lecz nadal kłopotliwe dla sprzętu. Konsole są tymczasem zaprojektowane z myślą o maksymalnych możliwościach w określonej cenie, więc twórcy na pewno muszą ostrożnie planować RT, by rozdzielczość i płynność pozostały na zadowalającym poziomie. Pierwsza fala tytułów PS5 ze wspominanego pokazu rodzi pogląd na to, jak deweloperzy dostosują się do tych warunków.
Zacząć można choćby od Gran Turismo 7. Nie da się ukryć, że gra stosuje ray tracing, z odbiciami widocznymi na wielu powierzchniach, w tym na karoseriach samochodów. Dzisiejsza naczelna technologia do obić - mapowanie sześcienne, jak choćby w Forza Horizon 4 - stawia na rejestrowanie przybliżonego wyglądu otoczenia, a następnie mapowanie go na aucie, z przesuniętą perspektywą, brakiem wielu niuansów i detali. GT7 to wyższy poziom - otoczenie jest w poprawny sposób mapowane na pojazdach, łącznie z innymi maszynami, samochodem gracza i elementami, które znajdują się poza ekranem. To znaczny postęp w sferze materiałów, obejmujący także powierzchnie takie jak szyby. To także pierwsza odsłona Gran Turismo, w której lusterko wsteczne odbija także elementy wnętrza i samego kierowcę. W GT Sport prezentowany jest po prostu obraz znajdujący się za autem.
Rozdzielczość wygląda na 4K, więc osiągnięcie takiego poziomu RT przy 60 klatkach na sekundę wymaga innowacyjnego podejścia. Po pierwsze, odbicia to najwyraźniej ćwierć rozdzielczości, co pozwala znacznie obniżyć wymagania obliczeniowe. Do tego ciekawy element: przemieszczające się krawędzie na odbiciach pełne są ząbków, jakby były skalowane szachownicowo. To pozwala zastanawiać się, czy jakaś forma rekonstrukcji obrazu w ramach odbić nie służy do dalszej optymalizacji. Coś podobnego widzieliśmy już w globalnej iluminacji na bazie ray tracingu w czasie rzeczywistym w Matro Exodus na PC.
Strategia wydaje się polegać na osiągnięciu jak najlepszych rezultatów graficznych z ograniczonych zasobów sprzętowego RT. W prawdziwym świecie, jeśli nie mamy do czynienia z idealnym lustrem, odbicia na delikatnie chropowatych powierzchniach stają się bardziej rozproszone i zaciemnione, w zależności od kątów widzenia. Błyszczące odbicia wymagają śledzenia większej liczby promieni, które są odbijane na wiele kierunków. Jednym ze sposobów na optymalizację takiego stanu rzeczy jest po prostu zignorowanie tego efektu i dostarczenie idealnych odbić lustrzanych, a następnie symulowanie tego bogatszego podejścia za pomocą efektów post-processingu. Ostrość odbić jest w GT7 spójna, co sugeruje właśnie podobną optymalizację: odbicia nie zmieniają ostrości na przestrzeni tego samego materiału, a jedynie na różnych powierzchniach.
Dobrze było też zobaczyć ray tracing - wymieniony nawet z nazwy - w Ratchet & Clank: Rift Apart od Insomniac. Deweloperzy powiedzieli, że odbicia RT stosowane są na Clanku (jego korpus widać na przykład na brodzie). Patrząc jednak na materiał z pokazu, wydaje się, że ray tracing zastosowano na większej liczbie tych najbardziej lśniących powierzchni w grze, jak metaliczne pokrycie podłogi w jednym z fragmentów. Niestety, nie mamy dostępu do wideo w wyższej jakości, ale nawet przy tak niskiej rozdzielczości widać interesującą optymalizację.
Jak w GT7, poziom odbić wydaje się być równy na całej powierzchni, bez różnicy w ostrości. Inny interesujący aspekt to - jak się wydaje - nie branie pod uwagę szeregu obiektów. Nie mamy pewności, czy to nie wynik błędu, czy też próby oszczędzenia mocy obliczeniowych poprzez uproszczenie struktury odbijania. Nie widać też części dynamicznych elementów, takich jak cząstki niszczonych przedmiotów. Powodem na takie zmiany we wczesnej wersji może być fakt, że przenoszenie obiektów lub nagłe ich zmienianie wymaga przebudowania struktury obliczania ray tracingu (BVH) w karcie graficznej - a to dodatkowy koszt obliczeniowy, ponad zwykłą kalkulację obić. Pisząc w skrócie, obiekty w ruchu są dużo większym obciążeniem dla GPU niż te statyczne, co potwierdza właśnie trailer Ratchet & Clank.
Poza zespołami first party, również niezależni twórcy wydają się stawiać na ray tracing, w grach takich jak Stray od Blue Twelve. Ten projekt bazuje na Unreal Engine 4, który to silnik ma własny zestaw wbudowanych opcji RT. Z tego, co dotychczas wiedzieliśmy, są to opcje wysokiej jakości, ale także wymagające pod względem obliczeniowym. Dla przykładu, odbicia uwzględniają ściemnianie, rozciąganie i inne aspekty zgodne z fizyczną symulacją prawdziwego świata. Widać to w trailerze Stray, w scenie z fryzjerem-robotem i jego klientem. Nie brakuje tu precyzyjnych odbić na lustrze, także tych znajdujących się poza kadrem. Co więcej, lustro nie jest idealnie czyste, więc jego fragmenty odbijają obraz inaczej, co wygląda świetnie. Po wyjściu na zewnątrz takie przywiązanie do detali widać na szerszą skalę. Być może również cenie bazują na RT, lecz obecnie trudno to określić - UE4 ma bowiem świetny zestaw narzędzi do prerenderowanych cieni.
Podobna niepewność dotyczy innych pokazanych gier, jak remake Demon's Souls. Na oficjalnym blogu PlayStation dowiadujemy się, że za cienie odpowiada ray tracing. Nie jest jednak jasne, czy mowa o pośrednich, czy bezpośrednich cieniach. Również opublikowany trailer nie oferuje wskazówek. Na temat tego projektu można mówić sporo, czym zajmiemy się wkrótce. Warto też wspomnieć, że słynne już kałuże w Marvel's Spider-Man: Miles Morales mają być wspierane przez ray tracing, lecz - ponownie - na razie nie ma na to dowodów. W obu przypadkach nie możemy się doczekać, by samemu zagrać.
Ostatni przykład sprzętowego ray tracingu dotyczy gry Pragmata od Capcomu. Całość bazuje najpewniej na najnowszej wersji silnik RE Engine, który już w tej generacji odpowiadał za bardzo ładną grafikę. Widzimy dwa rodzaje RT. Najpierw widać odbicia, choćby billboardy w oczach dziewczynki, zmieniające się w czasie rzeczywistym. Jeśli przyjrzymy się bliżej, widać także, że w odbiciu odpowiednio zniekształcone są rzęsy i elementy twarzy. Ray tracing refleksów pokazuje swoją moc - bez względu jak blisko zbliżymy kamerę, poziom detali rośnie dramatycznie.
Interesującym aspektem tych odbić jest fakt, że funkcjonują w dużej mierze jak te z Battlefield 5, gdzie efekt pełnoekranowy jest połączony z RT w tej samej scenie. Jeśli włączymy niską lub średnią jakość ray tracingu w BF5, gra będzie starała się oszczędzić moce przerobowe poprzez wcześniejsze odcięcie efektu RT na rzecz pełnoekranowej symulacji, by nie pozbyć się odbić całkowicie. Właśnie to samo zauważyć można w Pragmata: w oczach postaci i w kałużach widzimy to ostre i bardziej wymagające podejście, a na ulicach już prostszy efekt. To mądre połączenie i - raz jeszcze - generuje świetne rezultaty przy ograniczonych zasobach.
Drugi efekt w opisywanym trailerze jest jeszcze bardziej interesujący. To jakaś forma globalnej iluminacji napędzanej przez RT, z subtelnym, lecz efektywnym rozpraszaniem światła w scenie. Gdy astronauta zbliża się do żółtej taksówki, kolor samochodu widać na jego kombinezonie. Gdy podnosi ręce, do tego dochodzi jeszcze ramię, rzucające cień na klatkę piersiową - niebywały poziom szczegółów. Są jednak pewne artefakty. Jeśli przyjrzeć się bliżej, to pośrednie oświetlenie na postaci jest wyjątkowo nieostre, jakby zbudowane z setek kropek. Tak zazwyczaj wygląda rayt racing, jeśli nie jest odpowiednio przefiltrowany. Nie mam jednak nic przeciwko, by oglądać takie artefakty we wczesnej wersji gry - widać przynajmniej, że to rzeczywista grafika.
Pragmata zaplanowane jest na 2022 rok, więc najpewniej jest na wczesnym etapie produkcji i wiele może się jeszcze zmienić. W naszej opinii takie połączenie efektów RT było najbardziej imponującym przykładem zastosowania technologii na pokazie PS5. Być może wskazuje na poziom, jaki zobaczymy za kilka lat: mądra optymalizacja dla kluczowych odbić przy rozsądnych wymaganiach obliczeniowych, a do tego zachowanie wystarczającej puli zasobów dla globalnej iluminacji w czasie rzeczywistym, co stanowi większą rewolucję.
Jako fani ray tracingu, byliśmy zadowoleni z prezentacji Sony, a nawet mocno zaskoczeni. Obecna generacja konsol od tak dawna używa przeróżnych „oszustw”, że się do nich przyzwyczailiśmy i często nie zauważamy nawet ich błędów i braków. Dla przykładu, nikt już nie zastanawia się, dlaczego prowadzona postać nie odbija się w lustrach (choć nawet Duke Nukem 3D radziło sobie z tym efektem). Ambient occlusion i globalna iluminacja wyewoluowały i wyglądają dobrze, ale nie dorównują ray tracingowi. Różnice przy porównaniu takich przybliżonych symulacji z prawdziwym RT są znaczące.
Z naszego punktu widzenia dobrą wiadomością jest, że prezentacja PS5 ujawniła, że twórcy nie ignorują nowych rozwiązań sprzętowych w celu osiągnięcia oczywistych oszczędności mocy przerobowych w układzie graficznym. Zamiast tego eksperymentują z RT i wygląda na to, że efekty prób zobaczymy już w okresie premiery urządzenia. Gdyby na początku roku powiedziano nam, że tak będzie, raczej byśmy nie uwierzyli. Jeśli dodać do tego pełny path-tracing w Minecrafcie włączonym na Xbox Series X, widzimy sprzętowe wsparcie RT, przynoszące efekty niemal natychmiast. A to przecież całkiem nowe narzędzia dla twórców. Nie możemy się doczekać, by zobaczyć, co będzie dalej.
Tłumaczenie: Daniel Kłosiński (Eurogamer.pl)