Як передові графічні технології змінили сучасний геймінг: DLSS 4, Multi Frame Generation, Ray Traicing, Path Tracing

Прогрес в комп’ютерних технологіях нерідко починається з геймерського світу, а інноваційний ігровий досвід значною мірою розвивається завдяки сучасним рішенням, що пропонує NVIDIA. Сьогодні ми поговоримо про актуальні графічні технології в рамках DLSS 4, які надають додаткові переваги в ігровому досвіді. Також проведемо тести й сфокусуємось на технологіях трасування променів (RT) і Path Tracing (PT), які впровадили абсолютно нові правила гри у візуальному сприйнятті ігрових проєктів. 

Архітектура NVIDIA GeForce RTX 50 Blackwell

Компанія NVIDIA у новому поколінні відеокарт GeForce RTX 50 суттєво підняла планку якості зображення, продуктивності та плавності ігор. Такий приріст був обумовлений комплексом технологічних та архітектурних оновлень. Перш ніж говорити про нейронні та софтверні технології варто перелічити основні «козирі» нової лінійки відеокарт: 

• NVIDIA DLSS 4 підвищує частоту кадрів до 2 разів у порівнянні з попередніми версіями DLSS 3 та покращує оригінальну якість зображення;
•  Тензорні Ядра 5-го покоління з можливостями FP4 подвоюють пропускну здатність штучного інтелекту, зменшуючи вимоги до пам’яті; 
• SM блоки збільшують можливості нейронної візуалізації завдяки RT Core і Tensor Core;
• Процесор керування штучним інтелектом (AMP) дає змогу вбудовувати АІ моделі в процес класичного рендерингу та паралельно використовувати GPU для графічних навантажень;
• RT ядра дають змогу використовувати нові технології трасування променів і нейронної візуалізації;
• Пам’ять GDDR7 забезпечує значно вищий показник пропускної здатності в порівнянні з GDDR6.

Якщо взяти для прикладу флагманське рішення, то NVIDIA GeForce RTX 5090, містить в собі 21 760 CUDA ядер, що у поєднанні з 680 тензорними ядрами 5-го покоління та 170 RT ядрами 4-го покоління дозволяє досягати ультимативної продуктивності.

Своєю чергою покращена пам’ять GDDR7 забезпечує пропускну здатність, яка може сягати до 1,8 ТБ/с, що більш як на 30% перевищує показники попереднього флагмана NVIDIA GeForce RTX 4090. Завдяки такій швидкості система здатна обробляти набагато більший обсяг даних за менший час, знижуючи затримки та додатково підвищуючи якість зображення на ряду з ігровим досвідом.

І найголовніше, що нові RT ядра забезпечують подвійну пропускну здатність для трасування променів. Це означає, що сучасні ігри з підтримкою технології Path Tracing отримують реалістичніше освітлення та тіні. 

Тестуємо технології NVIDIA на Gigabyte GeForce RTX 5080 GAMING OC

Щоб найбільш повно оцінити переваги DLSS 4, а також візуальну досконалість технологій трасування променів та трасування шляху в цій статті ми використовуватимемо перед топову відеокарту —  Gigabyte GeForce RTX 5080 GAMING OC.

Вона стане вдалим вибором для прискіпливих геймерів та ентузіастів, які на рівні з високою швидкодією цінять тишу, низькі температури та не готові платити вдвічі більше за NVIDIA GeForce RTX 5090. Відеокарта чудово підходить для геймінгу у роздільній здатності 4К на найвищих графічних пресетах. 

DLSS 4 — еволюція чи революція?

З виходом відеокарт GeForce RTX 50 компанія NVIDIA анонсувала цілу низку фірмових технологій DLSS 4 (Deep Learning Super Sampling), які за своєю цінністю для ігрового процесу стали не менш важливі, ніж архітектурні особливості Blackwell на фізичному рівні графічних чипів. 

NVIDIA DLSS 4 — сукупність технологій нейронного рендерингу на базі тензорних ядер відеокарт GeForce RTX 50. До них відноситься DLSS Multi Frame Generation, DLSS Super Resolution, DLSS Ray Reconstruction та DLAA (Deep Learning Anti Aliasing).

Вони підвищують частоту кадрів, забезпечуючи чітке та високоякісне зображення, що не поступається рендерингу з рідною роздільною здатністю у сотнях ігор та програмах з RTX, кількість яких збільшується щодня. В деяких випадках нейронні технології навіть виглядають краще за нативний рендеринг.

Візьмемо для прикладу хіт від GSC Game World — S.T.A.L.K.E.R. 2. Без використання апскейлу зображення в ньому виглядає гірше, ніж при використанні DLSS. До того ж воно заміняє собою класичне згладжування, яке потребувало додаткових ресурсів відеокарти.

Першою грою, яка почала підтримувати DLSS 4 стала Cyperpunk 2077. На її прикладі можна побачити, як можна підняти кількість кадрів у рази порівняно з DLSS 3. На порівняльному зображенні спостерігається менша кількість шумів у моделі Transformer порівняно з CNN (Convolutional Neural Networks). 

Модель CNN відстежувала зміни в областях від кадру до кадру, щоб у потрібних місцях генерувати нові пікселі. В той час, як модель Transformer працює інакше. Вона «переглядає» кадри за допомогою аналізу оптичного потоку. Поєднуючи інформацію з поточного кадру та послідовності попередніх нейромереж визначає важливість кожного пікселя в сцені. Після цього її ресурси з обробки прицільно спрямовуються лише на потрібні області кадру.

Використовуючи суперсемплінг, система рендерить сцену у зниженій роздільній здатності (залежно від обраних у грі налаштувань) із подальшим використанням AI — алгоритму для масштабування зображення до нативного розміру.

Таке рішення мінімізує навантаження на графічний процесор та дозволяє зберегти високий рівень деталізації й плавності навіть при увімкненому трасуванні променів. Як і в попередній версії існує декілька варіантів масштабування:

• NVIDIA DLAA — 100% 
• Якість — 66%;
• Баланс — 58%;
• Продуктивність — 50%;
• Ультрапродуктивність — 33%.

Такий підхід до генерації кадрів став абсолютно новим. На відміну від DLSS 3, яка використовувала простішу систему інтерполяції й часом помилялася в складних сценах, DLSS 4 застосовує багатоступеневий аналіз із залученням кількох нейронних мереж одночасно.

При цьому якість роботи настільки висока, що відрізнити згенерований кадр від реального практично неможливо. В ілюстрацію до цього я навів порівняльні кадри перлини французького геймдеву — Clair Obscur: Expedition 33. 

Зліва зображення рендериться відеокартою NVIDIA GeForce RTX 5080, в роздільній здатності 66% від 4К, а справа у нативній роздільній здатності.

MFG (Multi Frame Generation) дозволяє створювати до трьох додаткових кадрів на кожен оброблений, що забезпечує значне зростання частоти кадрів. Як результат, NVIDIA GeForce RTX 5090 з увімкненим DLSS 4 може досягати до 240+ кадрів на секунду при роздільній здатності 4K в більш як 100 іграх, які підтримують цю технологію. Це сподобається в першу чергу власникам сучасних швидкісних 240-герцових моніторів, як от, наприклад MSI MPG 272URX QD-OLED, який нещодавно побував на нашому редакційному огляді.

DLSS 4 не лише підвищує продуктивність, а й дозволяє зменшити затримки при генерації зображень. За останні роки технологія DLSS в прямому сенсі змінила спосіб обробки зображень, забезпечуючи ігровому процесу неймовірний приріст продуктивності без шкоди для якості. 

Multi Frame Generator — більше кадрів, менше затримок

MFG являє собою наступний крок у розвитку кадрової генерації. Завдяки здатності генерувати до трьох додаткових кадрів на кожен обчислений, ця технологія не лише збільшує продуктивність, але й знижує затримку введення (input lag).

Це, по суті, передбачувальна система, яка створює проміжні кадри, аналізуючи попередні. Нейронна мережа фактично «доповнює» те, що має відбуватися між двома послідовними кадрами.

Варто зазначити, що FG і MFG мають різні особливості. Якщо FG акцентується на прирості кількості кадрів, при чому під час геймінгу часом проявлялися артефакти. Своєю чергою MFG фокусується на оптимізації затримок і забезпеченні стабільності в умовах інтенсивних сцен. У рамках тестових сценаріїв, поєднання технологій дозволяє досягти балансу у співвідношенні якісного зображення та швидкого оновлення кадрів.

Деякі ігрові проєкти, як от Half-Life: RTX взагалі неможливо грати без використання DLSS4 + MFG. Адже в нативній роздільній здатності нас чекатиме всього лише 20 FPS на GeForce RTX 5080. Зате увімкнувши допомогу нейронних технологій від NVIDIA лічильник кадрів злітає до 186 кадрів на секунду!  

Також при цьому досягається зменшення часу відгуку системи завдяки технології NVIDIA Reflex, яка інтегрується з алгоритмами MFG, забезпечуючи мінімальну затримку та швидке реагування навіть у найдинамічніших іграх. 

Прикладом може слугувати Doom: The Dark Ages, в якій дуже важлива швидкість реакції. На рідній роздільній здатності нас чекає 15,6 мілісекунди проти кіберспортивних 0,3 мс з використанням DLSS 4 + MFG.

Таким чином геймери отримують можливість насолоджуватись максимальною продуктивністю, що особливо важливо в змагальних іграх, де кожна мілісекунда має значення. 

Pathtracing — raytracing «на максимумі»

Технологія трасування променів (Ray Tracing) вже не перший рік існує на ринку і стала золотим стандартом для створення реалістичного візуального ряду. Проте класичне трасування променів має свої обмеження, особливо при високих роздільних здатностях і ультраналаштуваннях. Тут на сцену виходить Path Tracing, що забезпечує ще точніше моделювання світлових ефектів.

Path Tracing є удосконаленою формою Raytracing, яка враховує численні взаємодії світла зі сценою, дозволяючи досягти кінематографічного рівня якості зображення. При тестуванні сучасних ігор, зокрема Cyberpunk 2077 та інших вимогливих тайтлів, поєднання DLSS 4 з Path Tracing дає змогу отримувати зображення з чудовою деталізацією, при цьому продуктивність майже не страждає. 

Копіювання процесів роботи світла в реальному світі – дуже складний та вимогливий до обчислювальних ресурсів процес. Якщо в реальному житті фотони рухаються самостійно, то в іграх їх контролює відеокарта. І для цього потрібна не лише талановита рука дизайнера, а й апаратна підтримка з боку графічного прискорювача.

Розробка ефектів затінення завжди була непростим завданням для спеціалістів, часто викликаючи проблеми та невідповідності. Наприклад, найпростіші тіні являють собою лише проєкції об’єктів із чітко визначеними краями, створеними у вигляді звичайної текстури. 

Існують також більш деталізовані варіанти, відомі як м’які тіні, які включають певний перехід між тінями та півтінями для створення кращого візуального ефекту. Однак навіть ці вдосконалені класичні методи все ще далекі від реалізму, який ми спостерігаємо в реальному житті.

А ось при використанні методу Path Tracing для створення тіней, віртуальні промені, що випромінюються від джерела світла, самостійно формують області затінення, стикаючись з об’єктами. При цьому враховується не лише інтенсивність самого джерела світла, а й додаткові світлові ефекти, що створюються іншими об’єктами в сцені. Завдяки цьому досягається максимально реалістичний результат.

DLSS Ray Reconstruction

Використання Ray Reconstruction (RR) у DLSS 4, допомагає зменшити шум та інші артефакти, що можуть з’являтися при обчисленні трасування. Все це відбувається в декілька основних етапів:

• Геометрична обробка сцени аналізує положення об’єктів, їх переміщення та взаємодію між собою;
• Текстурна обробка фільтрує шуми та артефакти, але водночас зберігає деталі.
• Постобробка виконує інтелектуальне згладжування та усуває можливі артефакти попередніх етапів.

У іграх з високою інтенсивністю модель Transformer для RR отримує ще більше підвищення якості, особливо для сцен зі складним освітленням. 

Висновок

Сучасні графічні технології, такі як DLSS 4, Multi Frame Generation, Ray Reconstruction, Ray Tracing і Path Tracing, кардинально змінили ігровий досвід, піднявши планку якості зображення та продуктивності на новий рівень. Завдяки їхній допомозі геймери отримують не лише дивовижну деталізацію та реалістичність освітлення, а й значний приріст частоти кадрів навіть у найвимогливіших ігрових проєктах. Технології на кшталт MFG дозволяють забезпечити плавність у динамічних сценах, що особливо важливо для змагальних ігор, тоді як Path Tracing виводить візуальні ефекти на кінематографічний рівень, імітуючи реальну поведінку світла з неймовірною точністю.

Проте ці інновації не лише про естетику — вони відкривають нові горизонти для розробників і гравців, дозволяючи створювати та насолоджуватися іграми, які раніше здавалися недосяжними через апаратні обмеження. Хоча такі технології вимагають потужного обладнання та оптимізації, їхній вплив на індустрію незаперечний: від зменшення навантаження на GPU завдяки розумному масштабуванню до забезпечення кіберспортивного рівня відгуку. 

У майбутньому, з подальшим розвитком нейронних мереж і апаратних рішень, ми можемо очікувати ще більшого занурення в ігрові світи, де межа між віртуальним і реальним стане майже непомітною.

Найближчим часом ми підготуємо наступну статтю. В ній ми розберемось, чи можливо користуватися перевагами технологій NVIDIA нової лінійки відеокарт GeForce RTX 50 водночас використовуючи процесорні сокети та оперативну пам’ять попереднього покоління.

Gigabyte GeForce RTX 5080 GAMING OC, а також багато інших моделей серії NVIDIA GeForce RTX 50 можна придбати у Telemart.ua.