Ray tracing: как видеокарты рисуют реалистичный свет

Вы включали новую игру и в настройках видели переключатель «Ray Tracing» с двумя-тремя вариантами: выкл, средне, ультра. Что он меняет и почему с ним картинка иногда начинает тормозить?

Разберёмся, что такое трассировка лучей, зачем она нужна и стоит ли ради неё менять видеокарту.

Как игры рисуют свет без ray tracing

Обычный способ, которым игры рисуют картинку последние двадцать лет, можно сравнить с аппликацией. Видеокарта строит поверхности, накладывает текстуры, а свет «приклеивает» сверху по упрощённым правилам: вот тут ярко, тут темнее, тут тень.

Получается быстро. Сотни кадров в секунду на средней видеокарте. Но свет при этом приблизительный.

Отражения в луже выглядят так, будто на них наклеили мутную фотографию. Тени от деревьев всегда одинаковой формы, независимо от того, где стоит солнце. Стеклянная дверь не преломляет свет, и за ней видно плоскую картинку, как за оконным стеклом в старом доме.

Это не плохо. Это компромисс: скорость в обмен на точность. Большинство игр так и работают, и выглядят отлично. Но фонарик в подворотне, закатное солнце в окне, блики на мокром асфальте остаются «нарисованными», а не настоящими.

Что делает ray tracing

Трассировка лучей работает иначе. Вместо того чтобы клеить аппликацию, видеокарта прослеживает путь каждого луча света от источника до вашего глаза.

История каждого луча: вылетел из лампочки, ударился о стену, отразился от стола, попал в камеру. Если луч на пути встретил стекло, он преломился. Если воду, изменил направление. Если поверхность блестящая, отразил соседние предметы.

Раньше так рендерили только фильмы и мультики: на один кадр уходили минуты и часы. Потом появились видеокарты с аппаратной поддержкой трассировки, и тот же принцип стал работать в реальном времени, прямо во время игры.

Представьте разницу между фотографией сцены и аппликацией из цветной бумаги. Обе изображают одно и то же, но фотография передаёт свет честно.

Что меняется на экране

Вот что вы заметите, если включить ray tracing в игре, которая его поддерживает:

• Отражения. Витрины магазинов, мокрый асфальт, кузов машины отражают окружение по-настоящему. Не размытая «подложка», а реальные предметы вокруг.
• Тени. Тени становятся мягкими у краёв, как в жизни. Дерево даёт сложную тень с листвой, а не один сплошной кружок.
• Преломление. Стекло, вода, линзы работают физически правильно. Рыба под водой не висит в пустоте, а действительно видна сквозь толщу.
• Глобальное освещение. Красная стена в коридоре отбрасывает розоватый отсвет на потолок. Солнечный луч из окна подсвечивает пылинки в воздухе.

Всё вместе даёт эффект «как в кино». Сцена выглядит не нарисованной, а сфотографированной.

Какая видеокарта нужна

Для трассировки лучей нужна видеокарта с аппаратными блоками, которые специально занимаются подсчётом лучей. Не любая карта это умеет.

NVIDIA. Серии RTX 20, 30 и 40 поддерживают ray tracing «железно», а не программной эмуляцией. RTX 2060 уже справится с трассировкой в нетребовательных играх. RTX 3060 и выше потянут большинство современных проектов на средних настройках. Карта 40-й серии берёт ray tracing увереннее: там аппаратные блоки нового поколения и выше частоты.

AMD. Начиная с RX 6000 (архитектура RDNA 2) появилась поддержка трассировки. RX 6600 XT и выше справляются с базовой трассировкой. Серия RX 7000 работает с лучами лучше, но в целом у AMD ray tracing пока уступает NVIDIA при той же цене.

Встроенные видеокарты Intel и AMD: трассировка лучей доступна на отдельных моделях, но практического смысла почти не имеет. Слишком медленно для реальной игры.

Если покупаете карту специально ради ray tracing, мы рекомендуем смотреть на NVIDIA RTX 4060 или выше. Это тот уровень, где эффект виден без мучений.

Почему с ray tracing падает FPS

Каждый луч света требует расчётов. Десятки, иногда сотни лучей на каждый пиксель экрана. Чем их больше и чем точнее трассировка, тем тяжелее видеокарте.

Результат: частота кадров падает. Игра выглядит красивее, но движется рывками. В динамичном шутере, где важна реакция, это может стоить вам матча. В атмосферной одиночной игре, где вы рассматриваете пейзажи, падение FPS менее критично.

Компромисс между красотой и скоростью, и решать вам. В соревновательных играх мы советуем отключать трассировку, в сюжетных включать.

DLSS и FSR: как вернуть скорость

Производители видеокарт знают о проблеме и придумали решение. Вместо того чтобы рисовать каждый пиксель честно, видеокарта рендерит картинку в пониженном разрешении, а потом «дорисовывает» до нужного размера умным алгоритмом.

DLSS от NVIDIA работает на картах RTX. Картинка получается почти неотличимой от честного рендера, а FPS возвращается к комфортным значениям.

FSR от AMD работает на любых видеокартах, не только собственных. Чуть менее качественно, но зато универсально.

Обе технологии развиваются быстро. Идея одна: трассировка лучей делает картинку красивее, апскейлинг делает её быстрее. В сумме вы получаете и реализм, и комфортную частоту кадров.

Что запомнить

Ray tracing это не маркетинговый термин, а другой способ считать свет. Включаете, когда хотите красоты в одиночной игре. Выключаете, когда нужна скорость в соревновательной. Карта уровня RTX 4060 или RX 7600 XT потянет базовую трассировку без мучений, а DLSS или FSR помогут не пожертвовать FPS.