Трассировка лучей в реальном времени в Battlefield V

Студия DICE хорошо известна тем, что создаёт невероятно увлекательные игры, основанные на реализме. Теперь благодаря её стараниям в серии Battlefield впервые появится трассировка лучей в реальном времени. Технический директор DICE Кристиан Холмквист расскажет о том, как с помощью этой технологии игроки смогут насладиться по-настоящему реалистичными динамическими отражениями в Battlefield™ V на ПК.

Источники света, тени и отражения — визуальные эффекты, имеющие огромную важность в дизайне любой игры. Они используются как для усиления атмосферы, в которую погружает игроков окружение, так и для создания важных зрительных ориентиров, указывающих на форму и материал трёхмерных объектов.

Данные элементы всегда добавляли слой сурового реализма играм серии Battlefield . Только представьте, насколько эффектнее благодаря им стали выглядеть опустошённый ландшафт и истерзанные руины Пашендейля в Battlefield 1.

Серия Battlefield всегда могла похвастаться потрясающей графикой, однако DICE хотелось расширить творческие границы, выйдя за пределы традиционных технологий растеризации.

«Растеризация — это превращение сетки из треугольников, что формирует трёхмерные модели объектов, в пиксели, которые вы видите на экране», — поясняет технический директор DICE Кристиан Холмквист.

Находящиеся на сетке треугольники взаимодействуют друг с другом при помощи своих углов (или вершин). Отвечающий за растеризацию процессор определяет, с какими пикселями в текущем изображении пересекается каждый из треугольников, и просчитывает цвет всех пикселей при прорисовке для отображения на экране.

Однако, как указал Кристиан, «растеризация иногда серьёзно затрудняет взаимодействие объектов, поскольку для корректной прорисовки каждого треугольника нужно просчитывать всю сцену».

Трассировка лучей в реальном времени представляет собой новый подход к созданию реалистичной графики. Данная технология обычно используется при создании CG-анимации. Благодаря ей можно увидеть в игре графику невиданного прежде качества.

Кристиан с волнением описывает её как «то, чего нам очень давно не хватало». «Нам удалось достичь отличных результатов при отрисовке изолированных объектов, которые выглядят почти идеально, однако при взаимодействии разных объектов уже требуется трассировка лучей для отображения отражений, теней и общего освещения», — говорит Холмквист.

В перспективе трассировка лучей также может помочь преодолеть ограничения в использовании отражений, непрямого освещения, объемного света и линзы Френеля, а также в просчёте различных вариантов отражения в зависимости от угла падения света на дифракционную решётку.

«Когда мы в первый раз опробовали трассировку лучей в реальном времени на картах "Полярный фьорд" и "Роттердам", результат был просто невероятным!» — увлечённо вспоминает Кристиан.

Суть технологии заключается в том, что особый алгоритм просчитывает путь света с множества разных ракурсов и симулирует его взаимодействие с находящимися на сцене трёхмерными объектами. Пересекая сцену, луч света накапливает цветовую и иную информацию при встрече с находящимися у него на пути объектами. По итогам этого взаимодействия просчитывается финальный цвет пикселя, который отображается на экране.

Благодаря трассировке гладкие поверхности — например, окна, машины, танки, фонарные столбы, плитка, лужи и оружие — точно отражают находящиеся поблизости элементы окружения.

К изогнутым и прозрачным трёхмерным объектам, а также тем из них, что обладают микроструктурой или подструктурой либо имеют шероховатую поверхность, отражения применяются соответствующим образом. Как и в реальной жизни, «поверхности всегда что-то отражают независимо от движения игрока», — добавляет Кристиан. «Какой бы сложной ни была сцена или поверхность, благодаря трассировке всегда удаётся достичь правильного результата».

«Хотя отражения не всегда будут идеально резкими, игроки точно смогут заметить произошедший у них за спиной взрыв благодаря отражению разлетающихся от него частиц — скажем, на поверхности машины», — поясняет Холмквист.

Растеризация не позволяет корректно отражать отсутствующие на экране объекты, что является ограничением стандартной технологии экранных отражений (Screen Space Reflection или SSR). При использовании SSR отражения просчитываются на основе имеющихся на экране пикселей — это позволяет создавать лёгкие отражения на влажном полу или в лужах — вспомните мокрую лётную палубу в Battlefield™ 3, когда лейтенант Дженнифер Хокинс садится в свой F18 (уровень «На охоту»).

Однако при просчёте отражений в игре в реальном времени с учётом всех освещённых поверхностей и излучающих свет материалов игровой процесс становится гораздо реалистичнее и правдоподобнее. Как сказал Кристиан, «Мир Battlefield V должен ощущаться как настоящий — и точка».

Внедрение новой технологии не обошлось без трудностей. Как объяснил Кристиан, «обеспечение прозрачности и полупрозрачности всегда было одним из самых сложных элементов прорисовки, а внедрение трассировки лучей ещё больше усугубило ситуацию. Со взрывами тоже всегда приходится возиться довольно долго из-за большого числа частиц, которые нужно обсчитывать вместе для корректной визуализации». После создания эффекта в полном объёме луч света уже может получить точную цветовую информацию — специалисты DICE по визуализации приложили немало усилий, чтобы добиться такого результата.

Кристиан сравнивает успехи в использовании трассировки лучей в реальном времени с «прорывами, которые происходят примерно раз в 10 лет — нечто подобное мы видели в 1990-е, когда появилась трёхмерная графика с аппаратным ускорением».

На просьбу поделиться своими мыслями относительно будущего данной технологии Кристиан ответил, что, по его мнению, «игрокам предстоит увидеть графику гораздо лучшего качества в сценах с взаимодействием». В динамичных эпизодах будут использоваться ещё более реалистичные отражения и повысится общая детализация. Кроме того, трассировка лучей будет использоваться при отрисовке теней, построении объемного и рассеивании глобального освещения.

Благодаря ультрасовременной архитектуре трассировки лучей и самоотверженной работе студийной команды визуализации Battlefield V на ПК можно смело назвать одной из самых инновационных игр во всей серии Battlefield. Кристиан добавляет: «Трассировка лучей в реальном времени позволяет создать невероятно реалистичный, захватывающий и поразительный внешне игровой процесс. Мы крайне рады, что Battlefield V станет первой игрой, которая использует эту технологию. Благодаря тесному сотрудничеству с NVIDIA нам удалось порадовать наших поклонников эффектами трассировки лучей. В дальнейшем мы приложим все усилия, чтобы улучшить и оптимизировать DXR».

Вы сможете лично увидеть в игре первую версию трассировки лучей в реальном времени DXR, играя в Battlefield V с видеокартами NVIDIA серии GeForce RTX 20.

______________________

DICE постоянно ищет талантливых и целеустремлённых людей, способных и желающих достигать выдающихся результатов. Подробную информацию об открытых вакансиях студии можно найти здесь.

Будьте в курсе новостей EA: читайте наш блог, подписывайтесь на нас в Twitter и Instagram и оставайтесь с нами в Facebook.