В январе 2025 года NVIDIA представила новую линейку видеокарт RTX 5000. Вместе с ней компания анонсировала целый набор графических технологий для игр, объединенный в пакет под названием RTX Kit. Что в него входит, как это работает и как сильно сможет повлиять на графику в будущих игровых проектах?
За свою историю компания NVIDIA не раз становилась первопроходцем в разработке новых графических технологий. Причем нередко они работали только на видеокартах самой компании. Наиболее известным примером является движок PhysX, аппаратно ускоряемый только чипами NVIDIA. Но и задолго до него было немало интересных реализаций, которые так и не прижились в играх. К примеру, движок NVIDIA Shading Rasterizer в GeForce 2, который умел смешивать текстуры для реализации эффектов, похожих на шейдеры. Или технология RT-Patches в GeForce 3, являющаяся одним из предков современной тесселяции.
В последние годы основным направлением развития графики в играх является трассировка лучей и все, что с ней связано тем или иным образом. Новый пакет технологий RTX Kit предназначен для того, чтобы сделать трассировку качественнее, доступнее и эффективнее. Причем некоторые его составляющие будут совместимы не только с видеокартами NVIDIA, но и с моделями от AMD и Intel.
Итак, что же входит в состав RTX Kit? Рассмотрим по порядку.
Нейронные шейдеры
Нейросети, выполняющиеся локально на графических процессорах, уже несколько лет используются для работы технологий повышения производительности. Глядя на то, как они дорисовывают недостающие детали при задействовании масштабирования и помогают уменьшить артефакты при генерации кадров, у NVIDIA родилась новая идея: а что, если использовать возможности нейросетей не только для обработки готовых кадров, но и для их создания? Так появилась концепция нейронных шейдеров. На данный момент она предлагает следующие приемы:
RTX Neural Texture Compression — технология сжатия текстур с помощью нейросети. По сравнению с традиционными методами сжатия позволяет увеличить качество текстур, одновременно уменьшая объем занимаемой ими памяти.
RTX Texture Filtering — фильтрация текстур на основе стохастической (случайной) точечной выборки. Предназначена для уменьшения алиасинга и муара при использовании сжатых текстур. В первую очередь тех, что сжимались с помощью нейросети. Для большей эффективности может комбинироваться с традиционными методами фильтрации.
RTX Neural Materials — применение нейросети для создания сложных материалов, которые требуют много работы от шейдеров (мех, шелк, фарфор, и т.п). С помощью ее обработки можно сделать подобные поверхности реалистичнее, а их влияние на производительность при этом будет заметно меньше.
Глобальное освещение
Набор техник RTX Global Illumination (RTXGI), предназначенный для улучшения работы глобального освещения при использовании трассировки лучей, впервые появился в 2020 году. В 2024 году NVIDIA анонсировала для него обновление в виде RTXGI 2.0, в которое было добавлено несколько новых функций. Теперь эти функции вошли и в RTX Kit.
Neural Radiance Cache (NRC) — технология, призванная снизить влияние трассировки пути на производительность и одновременно улучшить ее качество. При ее задействовании блоками трассировки просчитывается только один или два первичных отскока луча от объектов. Они помещаются в кэш, на основе информации из которого дальнейшими расчетами траекторий лучей занимается нейросеть.
Spatial Hash Radiance Cache (SHaRC) — аналогичный алгоритм, отличающийся способом расчетов. NRC использует для них тензорные ядра, а SHaRC — шейдерные процессоры.
Dynamic Diffuse Global Illumination (DDGI) — технология рассеянного освещения, использующая динамическое переотражение лучей в реальном времени. В отличие от запеченных карт освещенности, позволяет исключить «утечки» света и тени, тем самым сделав картинку реалистичнее. Однако по сравнению с ними требует для работы больше ресурсов.
Динамическое освещение
Для реализации качественного динамического освещения при рейтрейсинге вместе с RTXGI NVIDIA предлагает схожий набор RTX Dynamic Illumination (RTXDI). В версии 2.0 в него было включено несколько новых алгоритмов пространственно-временной передискретизации ReSTIR, которые теперь являются одними из составляющих RTX Kit:
ReSTIR Direct Illumination — алгоритм прямого освещения. Использует объединенные данные вместо больших объемов сложной информации для расчетов отражений одновременно от множества источников света.
ReSTIR Global Illumination — алгоритм непрямого освещения. Преобразует каждую поверхность, в той или иной степени отражающую лучи, в дополнительный источник света.
ReSTIR Path Tracing — алгоритм выборки при трассировке пути. Определяет наиболее эффективные пути распространения света с целью улучшить качество изображения по сравнению со стандартным методом Монте-Карло.
Геометрия
Две технологии в составе RTX Kit, которые призваны улучшить работу с геометрическими деталями.
RTX Mega Geometry — технология, кратно ускоряющая построение иерархии ограничивающих объемов (Bounding Volume Hierarchy, BVH) при трассировке лучей. Это достигается за счет объединения и обработки полигонов в BVH группами, а не по одиночке. Использование Mega Geometry позволяет обрабатывать в десятки раз больше треугольников с трассировкой лучей, открывая доступ к построению более сложных сцен.
Opacity Micro-Map — микрокарта непрозрачности, накладываемая на полупрозрачные объекты с целью определить и отбросить невидимые полигоны. Благодаря ей трассировка лучей на листве деревьев, траве, огне, сетках заборов и прочих полупрозрачных элементах заметно ускоряется.
Шумоподавление
Шумы, возникающие в кадре из-за относительно малого количества лучей в сцене, нуждаются в подавлении. В RTX Kit входит библиотека Real-Time Denoisers (NRD), которая объединяет для этого несколько разных методов:
ReBLUR — пространственно-временная фильтрация на основе накопления и объединения информации о лучах из нескольких кадров.
ReLAX — подавление шума, возникающего при работе RTX Dynamic Illumination. Использует механизм стационарного вейвлет-преобразования.
SIGMA — алгоритм, предназначенный для качественного подавления шума в тенях.
Рендеринг персонажей
Нейросети нашли применение не только в концепции нейронных шейдеров, но и в новой технологии рендеринга лиц персонажей RTX Neural Faces. Ее модель обучается на наборе изображений, созданных с помощью реальных фотографий лиц людей, чтобы потом максимально «живо» перенести их в 3D. Эти данные комбинируются с заранее подготовленными расчетами освещения и мимики, обеспечивая персонажу реалистичный внешний вид и передачу эмоций.
Помимо Neural Faces, пакет RTX Kit предоставляет целый набор технологий для создания реалистичной кожи и волос (RTX Hair):
Subsurface Scattering (SSS) — алгоритм подповерхностного рассеивания света, который точно визуализирует освещение и прозрачность кожи.
Linear Swept Spheres (LSS) —при расчетах трассировки лучей на волосах использует сферические примитивы вместо треугольных, за счет чего повышается производительность.
Disjoint Orthogonal Triangles Strips (DOTS) — схожая технология для графических процессоров, не поддерживающих сферические примитивы. Сохраняет основные преимущества LSS при использовании треугольных примитивов.
Enhanced analytical Bi-Directional Scattering Distribution Function (BSDF) — техника двунаправленного рассеяния света, обеспечивающая реалистичное затенение прядей волос.
Поддержка оборудованием
Основная масса технологий из пакета RTX Kit может работать с любыми графическими процессорами, совместимыми с графическим API DirectX 12 Ultimate. Его поддержка начинается с линеек видеокарт NVIDIA RTX 2000, AMD RX 6000 и Intel Arc Alchemist. Часть технологий совместима только с картами NVIDIA RTX, а для некоторых понадобятся наиболее «свежие» карты серий RTX 4000 и RTX 5000.
Однако поддержка любым современным ГП не означает, что технологии будут работать на всех видеокартах одинаково. Для хорошей производительности при использовании нейронной компрессии текстур NVIDIA рекомендует видеокарты линейки RTX 4000. И неспроста — именно у них появилась поддержка вычислений с плавающей запятой в формате FP8, удваивающая производительность по сравнению с более распространенными вычислениями FP16. То же самое касается и прочих алгоритмов, основанных на нейросетевых расчетах: чем выше темп вычислений с плавающей запятой, тем быстрее они должны работать. И лидер тут, неожиданно, именно последняя линейка RTX 5000 с поддержкой FP4.
У моделей серии RTX 3000 темп подобных расчетов заметно меньше — от двух до трех раз по сравнению даже с RTX 4000. Но самый низкий он среди решений NVIDIA у линейки RTX 2000. Поэтому на производительность старых видеокарт задействование нейронных технологий будет влиять больше всего.
Текущие серии AMD RX 7000 и Intel Arc Battlemage имеют поддержку только формата FP16, из-за которого общий темп выполнения подобных вычислений у них довольно невысок. По идее, в этом плане они должны оказаться примерно на уровне серии RTX 3000. Вопрос лишь в том, как NVIDIA реализует работу расчетов на ГП конкурентов. Не исключено, что нейронные технологии будут работать на них медленнее предполагаемого. А вот алгоритмы, использующие для вычислений шейдеры, должны исполняться достаточно быстро.
Влияние на производительность
Некоторые технологии из пакета RTX Remix предназначены для упрощения расчетов. В теории, это должно помочь повысить производительность. Но на практике разработчики игр вряд ли будут пользоваться ими для этого. Наиболее вероятен сценарий, что за счет меньшей ресурсоемкости эффектов они предпочтут усложнить их, чтобы сделать картинку качественнее. Например, добавить реалистичности волосам героя при сохранении той же производительности, что была доступна ранее.
Ну а в играх, «напичканных» технологиями из RTX Kit, производительность при их активации будет заметно ниже. Тут играют роль не только сами технологии, но и то, что NVIDIA все больше делает ставку на трассировку пути вместо упрощенной трассировки лучей. Справиться с ней под силу лишь предтоповым и топовым картам двух последних поколений — RTX 4000 и RTX 5000. Впрочем, чтобы оставаться на острие прогресса современной 3D-графики, всегда нужно было иметь современную производительную видеокарту. И 2025 год тут не стал исключением.
Есть ли схожие технологии у AMD?
У компании AMD нет аналогичного пакета игровых технологий, но некоторые схожие решения все же имеются. Например, представленная в 2024 году AMD Neural Texture Block Compression (NTBC). Нейросеть NTBC обучена на сопоставлении несжатых текстур с их аналогами, сжатыми стандартными методами Block Compression (BC). Она используется вместо BC для сжатия текстур, кодируя одинаковые участки с помощью алгоритма Multi-Layer Perceptions (MLPs).
Такой подход позволяет экономить до 70 % места на диске. Используя его для проекта с большими объемами высококачественных 4К-текстур, можно значительно сократить размеры игры. Например, со 150 до 45 ГБ.
Работа нейросети NTBC вносит свою задержку в рендеринг. Но, по заявлениям AMD, она несущественна. При этом текстуры декодируются из сжатых данных с помощью стандартных методов BC. Это значит, что NTBC при желании можно интегрировать даже в существующие проекты, не говоря о будущих.
Однако пока игр с поддержкой NTBC анонсировано не было. Скорее всего, с распространением видеокарт новой линейки RX 9000 AMD представит больше собственных «нейронных» технологий. Текущая серия RX 7000, несмотря на наличие блоков матричных ускорителей, для этого подходит мало из-за небольшого темпа подобных вычислений.
Итоги
NVIDIA RTX Kit — крупный пакет графических технологий, объединяющий как совсем новые, так и недавно представленные компанией решения. Все они сфокусированы вокруг трассировки лучей и трассировки пути, стремясь сделать картинку с их использованием более приближенной к реальности. А чтобы снизить влияние трассировки на производительность, NVIDIA предлагает разработчикам игр внедрять технологию DLSS 4 и алгоритм уменьшения задержек Reflex 2.
По сути, RTK Kit является продолжателем дела набора NVIDIA GameWorks. Он был запущен 11 лет назад и принес в игры множество разных технологий, которые сделали графику заметно лучше: освещение методом HBAO+, сглаживание TXAA, моделирование волос HairWorks, а также многие другие.
Некоторые технологии из RTX Kit уже используются в графически продвинутых играх. Например, в Cyberpunk 2077 и Alan Wake 2. Со временем таких проектов будет становиться все больше. Но стоит помнить: как и в свое время в случае с набором GameWorks, чтобы увидеть все преимущества новых техник с достаточным FPS, потребуется производительная видеокарта NVIDIA из двух последних поколений.