Как передовые графические технологии изменили современный гейминг: DLSS 4, Multi Frame Generation, Ray Traicing, Path Tracing

Прогресс в компьютерных технологиях нередко начинается с геймерского мира, а инновационный игровой опыт в значительной степени развивается благодаря современным решениям, предлагаемым NVIDIA. Сегодня мы поговорим об актуальных графических технологиях в рамках DLSS 4, которые предоставляют дополнительные преимущества в игровом опыте. Также проведем тесты и сфокусируемся на технологиях трассировки лучей (RT) и Path Tracing (PT), которые внедрили совершенно новые правила игры в визуальном восприятии игровых проектов. 

Архитектура NVIDIA GeForce RTX 50 Blackwell

Компания NVIDIA в новом поколении видеокарт GeForce RTX 50 существенно подняла планку качества изображения, производительности и плавности игр. Такой прирост был обусловлен комплексом технологических и архитектурных обновлений. Прежде чем говорить о нейронных и софтверных технологиях стоит перечислить основные «козыри» новой линейки видеокарт:

• NVIDIA DLSS 4 повышает частоту кадров до 2 раз по сравнению с предыдущими версиями DLSS 3 и улучшает оригинальное качество изображения;
• Тензорные Ядра 5-го поколения с возможностями FP4 удваивают пропускную способность искусственного интеллекта, уменьшая требования к памяти;
• SM-блоки увеличивают возможности нейронной визуализации благодаря RT Core и Tensor Core;
• Процессор управления искусственным интеллектом (AMP) позволяет встраивать ИИ модели в процесс классического рендеринга и параллельно использовать GPU для графических нагрузок;
• RT ядра позволяют использовать новые технологии трассировки лучей и нейронной визуализации;
• Память GDDR7 обеспечивает значительно более высокий показатель пропускной способности по сравнению с GDDR6.

Если взять для примера флагманское решение, то NVIDIA GeForce RTX 5090 содержит в себе 21 760 CUDA ядер, что в сочетании с 680 тензорными ядрами 5-го поколения и 170 RT ядрами 4-го поколения позволяет достигать ультимативной производительности. В свою очередь улучшенная память GDDR7 обеспечивает пропускную способность, которая может достигать до 1,8 ТБ/с, что более чем на 30% превышает показатели предыдущего флагмана NVIDIA GeForce RTX 4090. Благодаря такой скорости система способна обрабатывать гораздо больший объем данных за меньшее время, снижая задержки и дополнительно повышая качество изображения наряду с игровым опытом.

И самое главное, что новые RT ядра обеспечивают двойную пропускную способность для трассировки лучей. Это означает, что современные игры с поддержкой технологии Path Tracing получают более реалистичное освещение и тени

Тестируем технологии NVIDIA на Gigabyte GeForce RTX 5080 GAMING OC

Чтобы наиболее полно оценить преимущества DLSS 4, а также визуальное совершенство технологий трассировки лучей и трассировки пути в этой статье мы будем использовать предтоповую видеокарту — Gigabyte GeForce RTX 5080 GAMING OC.

Она станет удачным выбором для придирчивых геймеров и энтузиастов, которые наравне с высоким быстродействием ценят тишину, низкие температуры и не готовы платить вдвое больше за NVIDIA GeForce RTX 5090. Видеокарта прекрасно подходит для гейминга в разрешении 4К на самых высоких графических пресетах.

DLSS 4 — эволюция или революция?

С выходом видеокарт GeForce RTX 50 компания NVIDIA анонсировала целый ряд фирменных технологий DLSS 4 (Deep Learning Super Sampling), которые по своей ценности для игрового процесса стали не менее важны, чем архитектурные особенности Blackwell на физическом уровне графических чипов.

NVIDIA DLSS 4 — совокупность технологий нейронного рендеринга на базе тензорных ядер видеокарт GeForce RTX 50. К ним относится DLSS Multi Frame Generation, DLSS Super Resolution, DLSS Ray Reconstruction и DLAA (Deep Learning Anti Aliasing).

Они повышают частоту кадров, обеспечивая четкое и высококачественное изображение, не уступающее рендерингу с родным разрешением в сотнях играх и приложениях с RTX количество которых увеличивается с каждым днем. В некоторых случаях нейронные технологии даже выглядят лучше нативного рендеринга.

Возьмем для примера хит от GSC Game World — S.T.A.L.K.E.R. 2. Без использования апскейла изображение в нем выглядит хуже, чем при использовании DLSS. К тому же оно заменяет собой классическое сглаживание, которое требовало дополнительных ресурсов видеокарты.

Первой игрой, которая начала поддерживать DLSS 4 стала Cyperpunk 2077. На ее примере можно увидеть, как можно поднять количество кадров в разы по сравнению с DLSS 3. На сравнительном изображении наблюдается меньшее количество шумов в модели Transformer по сравнению с CNN (Convolutional Neural Networks).

Модель CNN отслеживала изменения в областях от кадра к кадру, чтобы в нужных местах генерировать новые пиксели. В то время как модель Transformer работает иначе. Она «просматривает» кадры с помощью анализа оптического потока. Объединяя информацию из текущего кадра и последовательности предыдущих нейросетей определяет важность каждого пикселя в сцене.

После этого ее ресурсы по обработке прицельно направляются только на нужные области кадра. Используя суперсемплинг, система рендерит сцену в пониженном разрешении (в зависимости от выбранных в игре настроек) с последующим использованием AI — алгоритма для масштабирования изображения до нативного размера.

Такое решение минимизирует нагрузку на графический процессор и позволяет сохранить высокий уровень детализации и плавности даже при включенной трассировке лучей. Как и в предыдущей версии существует несколько вариантов масштабирования:

• NVIDIA DLAA — 100% 
• Качество — 66%;
• Баланс — 58%;
• Производительность — 50%;
• Ультрапроизводительность — 33%.

Такой подход к генерации кадров стал совершенно новым. В отличие от DLSS 3, которая использовала более простую систему интерполяции и порой ошибалась в сложных сценах, DLSS 4 применяет многоступенчатый анализ с задействованием нескольких нейронных сетей одновременно.

При этом качество работы настолько высокое, что отличить сгенерированный кадр от реального практически невозможно. В иллюстрацию к этому я привел сравнительные кадры жемчужины французского геймдева — Clair Obscur: Expedition 33. Слева изображение рендерится видеокартой слева NVIDIA GeForce RTX 5080 в разрешении 66% от 4К, а справа в нативном разрешении.

MFG (Multi Frame Generation) позволяет создавать до трех дополнительных кадров на каждый обработанный, что обеспечивает значительный рост частоты кадров. Как результат, NVIDIA GeForce RTX 5090 с включенным DLSS 4 может достигать до 240+ кадров в секунду при разрешении 4K в более 100 игр, которые поддерживают эту технологию. Это понравится в первую очередь владельцам современных скоростных 240-герцовых мониторов, как вот, например MSI MPG 272URX QD-OLED, который недавно побывал на нашем редакционном обзоре.

DLSS 4 не только повышает производительность, но и позволяет уменьшить задержки при генерации изображений. За последние годы технология DLSS в прямом смысле изменила способ обработки изображений, обеспечивая игровому процессу невероятный прирост производительности без ущерба для качества

Multi Frame Generator — больше кадров, меньше задержек

MFG представляет собой следующий шаг в развитии кадровой генерации. Благодаря способности генерировать до трех дополнительных кадров на каждый вычисленный, эта технология не только увеличивает производительность, но и снижает задержку ввода (input lag).

Это, по сути, предсказательная система, которая создает промежуточные кадры, анализируя предыдущие. Нейронная сеть фактически «дополняет» то, что должно произойти между двумя последовательными кадрами. Стоит отметить, что FG и MFG имеют разные особенности. Если FG акцентируется на приросте количества кадров, при чем во время гейминга порой проявлялись артефакты.

В свою очередь MFG фокусируется на оптимизации задержек и обеспечении стабильности в условиях интенсивных сцен. В рамках тестовых сценариев, сочетание технологий позволяет достичь баланса в соотношении качественного изображения и быстрого обновления кадров.

Некоторые игровые проекты, такие как Half-Life: RTX вообще невозможно играть без использования DLSS4 + MFG. Ведь в нативном разрешении нас будет ждать всего лишь 20 FPS на GeForce RTX 5080. Зато включив помощь нейронных технологий от NVIDIA, счетчик кадров взлетает до 186 кадров в секунду!

Также при этом достигается уменьшение времени отклика системы благодаря технологии NVIDIA Reflex, которая интегрируется с алгоритмами MFG, обеспечивая минимальную задержку и быстрое реагирование даже в самых динамичных играх.

Примером может служить Doom: The Dark Ages, в которой очень важна скорость реакции. На родном разрешении нас ждет 15,6 миллисекунды против киберспортивных 0,3 мс с использованием DLSS 4 + MFG. Таким образом геймеры получают возможность наслаждаться максимальной производительностью, что особенно важно в соревновательных играх, где каждая миллисекунда имеет значение

Pathtracing — raytracing «на максималках»

Технология трассировки лучей (Ray Tracing) уже не первый год существует на рынке и стала золотым стандартом для создания реалистичного визуального ряда. Однако классическая трассировка лучей имеет свои ограничения, особенно при высоких разрешениях и ультранастройках. Здесь на сцену выходит Path Tracing, обеспечивающая еще более точное моделирование световых эффектов.

Path Tracing является усовершенствованной формой Raytracing, которая учитывает многочисленные взаимодействия света со сценой, позволяя достичь кинематографического уровня качества изображения. При тестировании современных игр, в частности Cyberpunk 2077 и других требовательных тайтлов, сочетание DLSS 4 с Path Tracing позволяет получать изображение с превосходной детализацией, при этом производительность почти не страдает.

Копирование процессов работы света в реальном мире — очень сложный и требовательный к вычислительным ресурсам процесс. Если в реальной жизни фотоны движутся самостоятельно, то в играх их контролирует видеокарта. И для этого нужна не только талантливая рука дизайнера, но и аппаратная поддержка со стороны графического ускорителя.

Разработка эффектов затенения всегда была непростой задачей для специалистов, часто вызывая проблемы и несоответствия. Например, простейшие тени представляют собой лишь проекции объектов с четко определенными краями, созданными в виде обычной текстуры.

Существуют также более детализированные варианты, известные как мягкие тени, которые включают определенный переход между тенями и полутенями для создания лучшего визуального эффекта. Однако даже эти усовершенствованные классические методы все еще далеки от реализма, который мы наблюдаем в реальной жизни.

А вот при использовании метода Path Tracing для создания теней, виртуальные лучи, излучаемые от источника света, самостоятельно формируют области затенения, соприкасаясь с объектами. При этом учитывается не только интенсивность самого источника света, но и дополнительные световые эффекты, создаваемые другими объектами в сцене. Благодаря этому достигается максимально реалистичный результат.

DLSS Ray Reconstruction

Использование Ray Reconstruction (RR) в DLSS 4, помогает уменьшить шум и другие артефакты, которые могут появляться при вычислении трассировки. Все это происходит в несколько основных этапов:

• Геометрическая обработка сцены анализирует положение объектов, их перемещение и взаимодействие между собой;
• Текстурная обработка фильтрует шумы и артефакты, но при этом сохраняет детали.
• Постобработка выполняет интеллектуальное сглаживание и устраняет возможные артефакты предыдущих этапов.

В играх с высокой интенсивностью модель Transformer для RR получает еще большее повышение качества, особенно для сцен со сложным освещением

Заключение

Современные графические технологии, такие как DLSS 4, Multi Frame Generation, Ray Reconstruction, Ray Tracing и Path Tracing, кардинально изменили игровой опыт, подняв планку качества изображения и производительности на новый уровень. Благодаря их помощи геймеры получают не только удивительную детализацию и реалистичность освещения, но и значительный прирост частоты кадров даже в самых требовательных игровых проектах.

Технологии вроде MFG позволяют обеспечить плавность в динамичных сценах, что особенно важно для соревновательных игр, тогда как Path Tracing выводит визуальные эффекты на кинематографический уровень, имитируя реальное поведение света с невероятной точностью.

Однако эти инновации не только об эстетике — они открывают новые горизонты для разработчиков и игроков, позволяя создавать и наслаждаться играми, которые ранее казались недостижимыми из-за аппаратных ограничений. Хотя такие технологии требуют мощного оборудования и оптимизации, их влияние на индустрию неоспоримо: от уменьшения нагрузки на GPU благодаря разумному масштабированию до обеспечения киберспортивного уровня отклика.

В будущем, с дальнейшим развитием нейронных сетей и аппаратных решений, мы можем ожидать еще большего погружения в игровые миры, где граница между виртуальным и реальным станет почти незаметной.

В ближайшее время мы подготовим следующую статью. В ней мы разберемся, возможно ли пользоваться преимуществами технологий NVIDIA новой линейки видеокарт GeForce RTX 50 при этом используя процессорные сокеты и оперативную память предыдущего поколения.

Gigabyte GeForce RTX 5080 GAMING OC, а также многие другие модели серии NVIDIA GeForce RTX 50 можно приобрести в Telemart.ua.