Battlefield V: Ray Tracing w czasie rzeczywistym

Ekipa DICE nie od dziś znana jest z tworzenia wyjątkowej, realistycznej rozgrywki. Najnowszy tytuł z serii Battlefield to pierwsza gra, w której zaimplementowaliśmy system śledzenie promieni w czasie rzeczywistym. Dyrektor techniczny w DICE, Christian Holmquist, opowiada o tym, w jaki sposób wpłynie to na oddanie realistycznych i dynamicznych odbić w Battlefield™ V na PC.

Światła, cienie i odbicia to najważniejsze efekty wizualne przy tworzeniu gier. Pozwalają one na uwydatnienie atmosfery miejsc, w których znajdują się gracze, i dają ważne wskazówki wizualne na temat kształtów i materiałów obiektów 3D.

Od początków serii Battlefield czynniki te dodawały rozgrywce dodatkowej warstwy realizmu. Przypomnijcie sobie tylko, jak podkreślały dramatyzm zniszczonego krajobrazu i ruin na mapie „Passchendaele” w Battlefield 1.

Choć grafika gier z serii Battlefield zawsze zachwycała graczy, DICE chciało pójść jeszcze dalej, odchodząc od tradycyjnych technik rasteryzacji.

„Rasteryzacja to proces, podczas którego siatka składających się na model 3D danego obiektu trójkątów zamieniana jest na piksele widoczne na ekranie” – tłumaczy Christian Holmquist, dyrektor techniczny w DICE.

Trójkąty te mają wierzchołki, które współdziałają z pozostałymi wierzchołkami na siatce. Rasteryzacja określa, które piksele mają być przysłaniane przez trójkąty z aktualnej perspektywy, a następnie wyznacza kolor wszystkich pikseli, które zostają wyświetlone na ekranie.

Christian podkreśla jednak, że „rasteryzacja może utrudniać obiektom interakcje, ponieważ każdy z trójkątów musiałby mieć dostęp do całości informacji o danej scenie, aby został odpowiednio narysowany”.

Śledzenie promieni w czasie rzeczywistym przyniosło jednak nowe możliwości stworzenia realistycznej grafiki. Ta technika, związana z filmami animowanymi komputerowo, pozwoli graczom doświadczyć rozgrywki w środowisku odwzorowanym z niespotykaną dotychczas wiernością.

Christian stwierdził, że to coś, czego „od dawna wyczekiwano”. „Udało nam się dojść niemal do perfekcji w modelowaniu pojedynczych obiektów, ale gdy obiekty te zaczynają na siebie oddziaływać, dopiero śledzenie promieni pozwala osiągnąć odbicia, cienie i światło naprawdę wysokiej jakości”.

Śledzenie promieni ma potencjał, by znieść dotychczasowe ograniczenia w zakresie odbicia obrazu, świateł pośrednich, oświetlenia rozproszonego oraz współczynnika Fresnela – tego, jak światło o różnym stopniu natężenia odbija się pod różnymi kątami.

„Kiedy pierwszy raz zaimplementowaliśmy śledzenie promieni w czasie rzeczywistym na mapach „Arktyczny Fiord” i „Rotterdam”, byliśmy w szoku” – z zachwytem wspomina Christian.

W skrócie, działanie technologii opiera się na algorytmie, który śledzi ścieżkę światła z wielu różnych perspektyw i symuluje jej oddziaływanie z trójwymiarowymi obiektami w danej scenie. Promień przecinający scenę zbiera informacje o kolorach i oświetleniu wszystkich obiektów, które napotyka. Informacje zebrane dzięki wszystkim tym interakcjom używane są następnie do wygenerowania ostatecznego koloru piksela, który zostanie wyświetlony na ekranie.

W wyniku tego procesu na płaskich powierzchniach, takich jak szyby, karoserie samochodów i czołgów, latarnie, płytki, kałuże czy bronie, można faktycznie zaobserwować odbicia elementów otoczenia.

Trójwymiarowe obiekty, które posiadają skomplikowaną strukturę, nierówną powierzchnię, są wklęsłe lub przezroczyste, również oddziałują z otoczeniem. Zupełnie jak w prawdziwym życiu, gdzie „odbicia występują niezależnie od tego, w którym miejscu jesteśmy” – dodaje Christian. „Nieważne jak skomplikowana jest dana scena czy powierzchnia, ponieważ dzięki śledzeniu promieni zawsze osiągamy prawidłowy efekt”.

„Choć odbite elementy nie zawsze będą idealnie ostre, w odbiciu powierzchni np. pojazdu będziecie mogli z łatwością zauważyć, że za waszymi plecami nastąpił wybuch”.

Rasteryzacja nie pozwala na wydajne odbijanie obiektów znajdujących się poza ekranem. Ograniczenie to wynika z zastosowania standardowej techniki Screen Space Reflections (SSR). SSR wykorzystuje informacje o lokalizacji pikseli na ekranie do obliczania ich odbicia. Rozwiązanie to stosowane jest często przy tworzeniu subtelnych odbić, np. na mokrej powierzchni lub w kałuży. Przypomnijcie sobie mokry lotniskowiec w Battlefield™ 3, z którego porucznik Jennifer Hawkins wsiadała do swojego F18 w misji „Polowanie”.

Dzięki renderowaniu odbić w czasie rzeczywistym możemy brać pod uwagę przeróżne źródła światła, co pozwala nam na osiągnięcie bardziej realistycznej i wiarygodnej rozgrywki. Jak ujął to Christian: „Świat w Battlefield V musi dawać poczucie realizmu, kropka”.

Rzecz jasna były też i wyzwania. „Przejrzystość i przezroczystość zawsze sprawiają problemy podczas renderowania, a śledzenie promieni wcale tego nie ułatwia. Wybuchy także stanowią duże wyzwanie, ponieważ do osiągnięcia pożądanego efektu wizualnego potrzebne jest połączenie ogromnej ilości cząsteczek”. Gdy efekty działają prawidłowo, promień może dostarczyć odpowiednich informacji o kolorze. To jeden z aspektów, którym zespół grafików w DICE poświęcił najwięcej czasu.

Dzięki ciężkiej pracy udało się nam osiągnąć zamierzony efekt. Christian opisuje rozwój śledzenia promieni w czasie rzeczywistym jako „jeden z tych szczególnych, rzadkich momentów, jak rozwój w grafice w latach dziewięćdziesiątych, który nastąpił dzięki opracowaniu akceleracji sprzętowej 3D”.

Zapytany o przyszłość technologii śledzenia promieni Christian stwierdził, że „gracze zauważą wyższą jakość interakcji”. Dynamiczne sceny jeszcze lepiej obsługiwać będą odbicia, podniesiony zostanie poziom szczegółów, zaś śledzenie promieni wykorzystane zostanie przy cieniach, oświetleniu rozproszonym oraz świetle globalnym.

Dzięki nowoczesnej technologii śledzenia promieni i ciężkiej pracy zespołu grafików z DICE, Battlefield V na PC to jedna z najbardziej innowacyjnych gier z serii Battlefield. Christian dodaje: „Śledzenie promieni w czasie rzeczywistym zapewnia najlepsze, najprawdziwsze i najdoskonalsze wizualnie doświadczenia. Cieszymy się, że to właśnie Battlefield V jako pierwszy wykorzystuje tę technologię. Współpracowaliśmy ramię w ramię z firmą NVIDIA po to, by fani serii mogli zobaczyć na własne oczy, jak działa mechanizm śledzenia promieni. Chcemy stale usprawniać i optymalizować technologię DXR”.

Gracze mogą doświadczyć pierwszej wersji śledzenia promieni odbitych w czasie rzeczywistym (DXR) w grze Battlefield V dzięki kartom graficznym z serii NVIDIA GeForce RTX 20

______________________

DICE zawsze poszukuje utalentowanych, ambitnych ludzi, mających umiejętności i potrzebę, by tworzyć coś niezwykłego. Więcej informacji na temat miejsc pracy w naszej firmie znajdziesz tutaj.

Trzymaj rękę na pulsie wydarzeń związanych z EA: czytaj nasz blog, obserwuj nas na Twitterze oraz Instagramie i polub na Facebooku.