Jak důležitý je ray tracing pro příští generaci herních konzolí PS5 a XSX?

Ray-tracing se stalo zaklínadlem pro příští generaci herních konzolí, jakou bude vlastně hrát roli na PS5 a XSX a kdy a jak moc se této technologické „novinky“ vlastně dočkáme?

Světlo se odráží v kalužích vody, skleněné stěny odrážejí postavy a stíny se táhnou podél nábytku, takový je ray tracing. Technologickou ukázkou toho čeho všeho lze s ray tracingem ve hrách dosáhnout je bezesporu hra Control od Remedy, bohužel však všechny efekty si aktuálně užijete jen na PC, ale ne na dlouho.

Brzy bude sledování paprsků dostupné i na nových konzolí společností Sony a Microsoft. Obě konzole budou poháněny grafickými čipy AMD, které tyto sofistikované světelné efekty budou umožňovat. To zní slibně. Zároveň však vyvstává řada otázek.

Například, kolika ray tracingu je skutečně možné u nových konzolí dosáhnout a která z těchto dvou konzolí nakonec přinese lepší světelné efekty? A skutečně zvyšuje sledování paprsků herní zážitek, jak výrobci slibují nebo jsou další grafické parametry (snímková frekvence, rozlišení atd.) důležitější.

Ray tracing oč přesně jde?

Naše vize je určena tím, jak světlo dopadá na určité objekty – ať už je absorbováno, odrazeno nebo lomeno. Sledování paprsků simuluje tento proces: sleduje cestu mezi imaginárním okem diváka a každým jednotlivým bodem v digitální scéně.

Vypočítá se tedy, jakým způsobem tyto paprsky předměty přijaly. Například, zda se světlo odrazilo od barevného povrchu nebo odklonilo přes skleněnou tabuli. Tímto způsobem lze prostředí zobrazovat velmi realisticky s odrazy, stíny a vyzařující barvy.

Ray tracing není nic nového, ale konečně je to připraveno pro široký trh

Ray tracing je technologie vyvíjená po celá desetiletí, takže se opravdu nejedná o nic nového a převratného. Sledování paprsků však nebylo možné prezentovat v reálném čase velmi dlouhou dobu, protože hardware a software to zkrátka nedokázaly. V posledních letech však výrobci jako Nvidia udělali s grafickými kartami významný pokrok a výsledek je možné obdivovat právě ve hrách jako je Control.

Mnoho her však v současnosti stále používá hybridní přístup, tj. Kombinaci dvou metod. Některé grafické efekty jsou nahrazeny efekty trasování paprsků. „Doposud byly například odrazy lesklých povrchů počítány u tzv. Shaderů,“ sdělil Lars Weinand v rozhovoru pro 1E9.

Senior produkt manažer společnosti Nvidia ve střední Evropě vysvětluje, že tento předvýpočet je rovněž znám pod pojmem „Baking“. „V hybridním přístupu je trasování paprsků aplikováno na velmi specifické objekty, jako jsou reflexní povrchy. To bylo například použito u hry Battlefield 5. “

Bez trasování paprsků musely být stíny ve hrách obvykle předem vypočteny – pomocí tzv. Stínových map nebo měkkých stínů. „Ale tyto stíny ve skutečnosti nereagují na změny ve scéně v reálném čase. Kromě toho musí 3D umělec hry udělat spoustu přípravných prací,“ říká Weinand.

Sledování paprsků v reálném čase je proto jasným krokem vpřed

Činí realitu světla a stínu realističtější a tím i věrohodnější herní svět. Mimochodem, sledování paprsků prospívá nejen grafice, ale příští generace bude těžit i z ray tracing audia.

Jaké jsou rozdíly v sledování paprsků u PS5 a XSX?

Po dlouhou dobu se spekulovalo o tom, jak moc silné budou nové konzole, ale naštěstí již byly klíčové techniské specifikace obou konzolí odhaleny a tak víme, že obě budou poháněny grafickými čipy AMD používající mikroarchitekturu RDNA 2, která ray tracing podporuje. To znamená, že výpočet sledování paprsků přebírá speciální hardware a nezatěžuje tak další výkon konzole, jako by tomu bylo například u softwarového trasování paprsků.

Jaké jsou však rozdíly mezi konzolami při sledování paprsků? Zde je několik faktů:

• GPU PS5 má celkem 36 výpočetních jednotek, tj. 2 304 shaderových jednotek. Shadery jsou hardwarové moduly, které jsou zodpovědné za určité grafické efekty, jako je trasování paprsků.
• GPU Xbox série X má celkem 52 výpočetních jednotek, tj. 3 328 shaderových jednotek. Teoreticky je to téměř o 44 procent více energie pro sledování paprsků než u PS5. Ale ALU (aritmeticko-logické jednotky) jsou u PS5 výrazně rychlejší.

Co to znamená? V tomto okamžiku není jednoduše jasné, která konzola bude mít navrch při sledování paprsků. Účinnost trasování paprsků závisí také na dalších faktorech: Například, na které konzoli budou vývojáři her lépe využívat dostupné zdroje. Je jisté že exkluzivity na tom budou vždy mnohem lépe, než hry třetích stran. Jedno je jisté v okamžiku, kdy se začne ray tracing používat na nových konzolích, budou z toho těžit všichni zúčastnění, včetně PC. Právě proto je sledování paprsků celkově důležitou funkcí, díky tomu bude snazší přenášet hry mezi jednotlivými platformami a urychlí se tak i jejich vývoj.

Jedna otázka tu však zatím zůstává

Kolik sledování paprsků budou vlastně nadcházející konzole schopny skutečně nabídnout, zejména v porovnání s PC? Názory se zde liší – samozřejmě také proto, že stále existuje jen málo konkrétních ilustrativních materiálů. Nové konzole pravděpodobně budou v současných hrách umožňovat pouze sledování jediného paprsku. Jejich grafický výkon nebude pravděpodobně na více stačit. V závislosti na hře by mohly být možné stíny, odrazy nebo omezené globální osvětlení.

Jak vývojáři chtějí používat sledování paprsků?

Ray tracing dává studiím příležitost učinit herní světy jejich titulů ještě realističtějšími. Jsou však lidé, jako Jonathan Cooper (animátor TLoU), který považuje fyziku vlasů za mnohem důležitější vlastnost ve hře, než sledování světelných paprsků. Naproti tomu David Cage (šéf studia Quantic Dream) považuje ray tracing za nejdůležitější grafický rys příští generace konzolí. A studio The Coalition (Gears 5) je potěšeno tím, že se o sledování paprsků bude starat samostatný hardware.

Které žánry těží z trasování paprsků?

Nejvíce z této technologie mohou těžit hry s hororovými aspekty, kdy vytvoří skvělý kontrast mezi světlem a tmou. Příkladem může být připravovaná hra Dying Light 2 od Techlandu, ve které stíny budou vypadat realisticky i za slunečného počasí, mimo jiné proto, že zohledňují velikost slunce na obloze. „Díky sledování paprsků je hra ještě děsivější“, říká Rendering Director Tomasz Szalkowski z Techlandu.

Může ray-tracing znevýhodnit jiné hry?

Jinými slovy, budou hráči nějak zvlášť vyhledávat tituly, obsahující sledování paprsků, protože si na tento standard zvyknou? Zcela jistě se naleznou takový, kteří budou ray tracing považovat za nutnost a proto si budou takové hry aktivně vybírat, ovšem převládat budou uživatelé, pro které bude tato technologie mít druhořadý význam a půjde jim o zcela jiné aspekty, jako jsou: příběh, hratelnost a celková zábava.

Je jisté, že ray tracing pomůže ještě více zvýraznit AAA tituly a jejich vlastnosti ve srovnání s levnějšími nezávislými hrami. Ovšem jednou v budoucnu se tato technologie stane standardem pro všechna studia.

Unreal Engine 5 a jeho technologie Lumen

Epic Games nedávno představil svůj nejnovější Unreal Engine 5, jehož součástí je osvětlovací systém Lumen, nabízející globální osvětlení, které dynamicky reaguje na změny okolí a světla. Odrazy, odlesky  rozptýlené světlo se počítají hladce v reálném čase. To zní hodně jako to co dělá ray tracing na hardwarové straně. Zbývá však zjistit, jak oba systémy budou spolupracovat. Usgamer.net správně poukazuje na to, že by to mohlo nějakou dobu trvat. Unreal Engine 5 bude k dispozici jako náhled na jaře 2021 a bude vydán koncem tohoto roku. Vývojáři her musí v současné době pracovat s Unreal Engine 4 do kterého se doplňují se další funkce. Podle Usgamer.net je engine zpětně kompatibilní. Vývojáři tedy mohou začít s UR4 a později přepínat své projekty na UR5. To však znamená, že hry se softwarovým řešením Lumen a Unreal Engine 5 neuvidíme před rokem 2022.

Celkově však lze říci, že sledování paprsků u příští generace může hry značně vylepšit. Vyhrazený hardware ušetří potřebný výkon konzole v maximální možné míře. A s plným příchodem Unreal Engine 5 by mohlo sledování paprsků udělat na konzolích další krok vpřed, ovšem to už bude nová generace minimálně dva roky na trhu.