Microsoft julkistaa DirectX 12 Ultimaten: uuden standardin uuden sukupolven peleille GeForce RTX:n tuella

Vuonna 2018 julkistetut GeForce RTX -näytönohjaimet esittelivät ensimmäisenä maailmassa lukuisia grafiikkateknologioita, kuten laitteistokiihdytetyn säteenseurannan, VRS- ja Mesh Shading -varjostukset ja monia muita ominaisuuksia. Nämä teknologiat edustivat suurinta edistysaskelta grafiikan alalla vuonna 2002 esiteltyjen ohjelmoitavien varjostimien jälkeen. Uusien teknologioiden ansiosta pelien heijastukset, varjot ja valaistus voidaan luoda nyt elokuvatasoisina. Nyt Microsoft on julkistanut uuden grafiikka-API:nsa, DirectX 12 Ultimaten, joka tekee näistä Turing-arkkitehtuurin innovatiivisista teknologioista standardeja eri pelijärjestelmien välisiin seuraavan sukupolven peleihin.

DirectX 12 Ultimate antaa sovelluskehittäjien käyttöön valmiita työkaluja ja esimerkkiratkaisuja sekä aikaa säästäviä väliohjelmia, joiden avulla he voivat kehittää sisältöä eri käyttöjärjestelmässä toimivaa laajaa laitteistopohjaa varten. Se nopeuttaa ja helpottaa pelien kehittämistä, ja antaa yhä useammalle kehittäjälle mahdollisuuden lisätä näitä innovatiivisia teknologioita peleihinsä. Monet kehittäjät ovat jo luoneet näitä teknologioita hyödyntäviä seuraavan sukupolven pelikokemuksia. Säteenseurantaa käyttäviä DirectX-pelejä on julkaisuputkessa tai julkistettuna jo 30 kappaletta, ja DirectX 12 Ultimaten julkaisun myötä näiden teknologioiden käyttö tulee yleistymään nopeasti.

GeForce RTX on ensimmäinen ja ainoa PC-laitteisto, joka tukee näitä pelaamisen mullistavia ominaisuuksia, joten sitä käyttävät pelaajat ovat jo nyt valmiita nauttimaan tänä vuonna ja tulevina vuosina julkaistavista kehittyneistä ja graafisesti vaativista peleistä.

Säteenseuranta

DirectX 12 Ultimaten ydinteknologia on säteenseuranta, jonka avulla valon kulkua voidaan simuloida realistisesti niin, että valaistus, varjot ja heijastukset saadaan toteutettua tarkkuudella, joka oli aiemmin mahdollista vain suuren budjetin elokuvissa. NVIDIA on auttanut säteenseurannan tuomisessa esimerkiksi Battlefield V-, Call of Duty: Modern Warfare-, Control-, Metro Exodus- ja Shadow of the Tomb Raider -peleihin julkaisemalla ensimmäisenä tätä teknologiaan tukevia laitteita ja ohjelmistoja. Tuemme säteenseurannan lisäämistä myös tuleviin, innolla odotettuihin hittipeleihin, kuten Minecraft, Cyberpunk 2077, Vampire: The Masquerade - Bloodlines 2 ja Watch Dogs: Legion.

Säteenseurantatuki löytyy nyt DirectX 12 Ultimatesta, kaikista merkittävistä pelimoottoreista ja uuden sukupolven konsoleista, joten kuluvasta vuodesta on tulossa todellinen säteenseurannan voittokulku. Sitä hyödyntävät tehosteet näyttävät parhaimmilta GeForce RTX -grafiikkasuorittimen tuottamana, sillä siinä on erilliset RT-ytimet säteenseurantalaskentaa varten ja suorituskykyä parantava DLSS-teknologia.

VRS-varjostus

VRS eli Variable Rate Shading on mukautuva varjostusteknologia, joka parantaa suorituskykyä antamalla kehittäjille mahdollisuuden renderöidä kuvan eri osat eri laatuisina. Vulkan-pelimoottoria hyödyntävässä Wolfenstein: Youngbloodissa käyttämämme VRS-varjostusvariantti eli NVIDIAN mukautuva varjostus paransi suorituskykyä keskimäärin 15 % ilman näkyvää vaikutusta kuvanlaatuun. DirectX 12 Ultimaten VRS-tuen ansiosta entistä useampi sovelluskehittäjä saa lisättyä tämän monella tapaa hyödyllisen teknologian peleihinsä vaivattomasti.

Teknologia hyödyntää sovelluskehittäjän laatimia algoritmeja, jotka tunnistavat käyttäjälle heikosti näkyvät tai harvoin muuttuvat ja päivittyvät pikselit. VRS-varjostusta käyttämällä tällaisten pikselien renderöintitiheyttä (varjostuksen piirtonopeutta) voidaan pienentää. Esimerkiksi varjojen mustat pikselit eivät muutu lainkaan, vaikka varjostuksen piirtonopeutta pienennetään. Koska lukuisien varjopikselien piirtonopeutta voidaan laskea, grafiikkasuorittimen kuormitus pienenee, mikä parantaa suorituskykyä.

Alla oleva visualisointikuva esittelee, miten VRS voi käyttää erilaisia piirtonopeuksia kuvassa. Oikeanpuoleisessa värillisessä peittokuvassa näkyy freimin piirtonopeus: auto, taivas ja lehvistö (eli sininen alue) on varjostettu täydellä piirtonopeudella, jotta kaikki yksityiskohdat näkyvät varmasti. Auton viereisen (vihreän) alueen varjostus on piirretty kerran neljää pikseliä kohti ja äärivasemmalle ja oikealla laidalla olevien (keltaisten) alueiden vastaavasti kerran kahdeksaa pikseliä kohti.

Nämä kuva-alueet ovat liikesumennettuja nopeuden tunnun lisäämiseksi, joten pelaajan on vaikeaa erottaa niistä yksityiskohtia pelaamisen aikana. VRS-varjostusta käytettäessä alueiden piirtonopeutta voidaan siis laskea ilman, että se vaikuttaa näkyvään kuvanlaatuun, mutta pelin suorituskyky paranee välittömästi.

Lisätietoja tästä jännittävästä suorituskykyä parantavasta teknologiasta on VRS-varjostusta ja NVIDIAN mukautuvaa varjostusta esittelevässä artikkelissamme.

Mesh Shading -varjostus

Jos olet pelannut avoimen maailman pelejä ja leikkinyt niiden grafiikka-asetusten kanssa, tiedät varmasti, että geometristen yksityiskohtien määrän nostaminen voi heikentää suorituskykyä merkittävästi. Yleensä tämä johtuu siitä, että grafiisia yksityiskohtia pelikuvaan lisättäessä suorittimien vastaanottamien piirtokäskyjen määrä kasvaa ylitsevuotavan suureksi, mikä rajoittaa suorittimen suorituskykyä niin, että siitä tulee pullonkaula grafiikkasuorittimelle. Mesh Shading -varjostuksen avulla kehittäjät voivat korjata tämän ongelman ja parantaa samanaikaisesti sekä kuvanlaatua että suorituskykyä hyödyntämällä uusia renderöintitekniikoita, jotka kykenevät täyttämään pelimaailman lähes silmänkantamattomiin ulottuvilla yksityiskohdilla.

Loimme Mesh Shading -varjostuksen esittelemistä varten Asteroids-demon, jossa varjostimet renderöivät ja säätelevät dynaamisesti jopa 350 000 yksittäisen asteroidin yksityiskohtia pikselin osien tarkkuudella ja suorituskyvyllä, joka on mahdotonta millään muulla piirtotekniikalla.

Voit katsastaa Asteroids-demon täällä.

DirectX 12 Ultimaten myötä kehittäjät pystyvät ottamaan Mesh Shading -varjostimet käyttöön nopeasti ja helposti. Voit siis odottaa pelimaailmoja, jotka ovat täynnä elävältä tuntuvia metsiä, koko kuvan peittäviä yksityiskohtaisia megakaupunkeja sekä tietenkin massiivisten avaruusasemien ja vaikuttavien asteroidikenttien täyttämiä avaruusmaisemia.

Jos haluat yksityiskohtaista tietoa Mesh Shading -varjostuksen toiminnasta, kannattaa tutustua Turing-arkkitehtuurin grafiikkaratkaisuja ja teknologiaa käsittelevään artikkeliimme.

Sampler Feedback

Sampler Feedback noudattaa samaa logiikka kuin VRS-varjostus: grafiikkasuorittimen kuormitusta pienennetään ja suorituskykyä parannetaan grafiikkalaskentaa järkeistämällä. Sen mahdollistaa Turing-arkkitehtuurimme laitteisto-ominaisuus, jota kutsutaan tekstuuritilavarjostukseksi (TSS, Texture Space Shading).

Lähes kaikki nykyaikaiset pelit renderöivät uudet freimit "tyhjästä" eli ne eivät hyödynnä edeltävän freimin renderöintiä varten tehtyjä laskelmia (poikkeuksia tästä ovat ajallinen reunanpehmennys, NVIDIA DLSS ja muutamat jälkikäsittelytekniikat). Useimmissa peleissä freimikohtaiset muutokset ovat kuitenkin suhteellisen vähäisiä – reaalimaailman tapaan. Kun katsot ulos ikkunasta, näet ehkä puiden huojuvan tuulessa ja ohikulkevia jalankulkijoita tai kaukaisuudessa lentäviä lintuja. Mutta valtaosa maisemasta pysyy muuttumattomana. Suurin näkemääsi kuvaa muuttava tekijä on, kun vaihdat näkökulmaa päätäsi liikuttamalla.

Kun vaihdat näkökulmaa, osa kuvan kohteista muuttuu – erityisesti kiiltävät kohteet. Mutta valtaosa näkemästäsi muuttuu varsin vähän, kun liikutat päätäsi. On siis aivan järjetöntä heittää grafiikkasuorittimen arvokkaita laskentasyklejä hukkaan laskemalla uudelleen sellaisten kohteiden värejä, jotka pysyvät muuttumattomina freimistä toiseen. Kuvittele esimerkiksi puinen puhelinpylväs. Se näyttää käytännössä samalta siitä riippumatta, miten liikutat päätäsi tai silmiäsi sitä katsoessasi.

Sampler Feedback -teknologian avulla voimme laskea tällaisten kohteiden varjostukset harvemmin (esimerkiksi vain joka kolmanteen tai jopa tätä harvempaan freimiin) ja käyttää aiempia freimejä varten laskettuja kohteen värejä (tai "tekseleitä", kuten niitä myös kutsutaan). Tätä tehdyn työn kierrätystä voidaan hyödyntää säteenseurantalaskennassa erityisesti laskettaessa yleistä valaistusta, joka on malliesimerkki hitaasti muuttuvasta, mutta runsaasti laskentatehoa vaativasta varjostuslaskennasta.

Lisätietoa teknologian toteutukseen käytetyistä tekniikoista saat täältä.

Me NVIDIALLA olemme innoissamme siitä, että insinööriemme ja laiteteknikkojemme luomat ja kehittämät, Turing-arkkitehtuurin osana ensimmäistä kertaa esitellyt teknologiat, tehosteet ja ominaisuudet on otettu osaksi DirectX 12 Ultimate -APIa.

Olet jo nähnyt säteenseurannan tehon ja mahdollisuudet monissa hittipeleissä ja VRS-varjostuksen edut Wolfensteinissa. Tulevaisuudessa voit odottaa entistä yksityiskohtaisempia pelikokemuksia Mesh Shading -varjostuksen yleistyessä ja entistäkin parempaa suorituskykyä Sampler Feedbackin ansiosta.

Nämä ominaisuudet ovat tällä hetkellä käytössä täysimääräisesti vain GeForce RTX -näytönohjaimissa ja -kannettavissa, joten niiden omistajana olet automaattisesti valmis nauttimaan DirectX 12 Ultimate -API:a hyödyntävistä uusista peleistä.

Jos haluat tietoa tällaisista tulossa olevista peleistä, sinun kannattaa lisätä GeForce.com kirjanmerkkeihisi. Sieltä löydät yksityiskohtaisia katsauksia uusimmista peliteknologioista ja grafiikkasuorittimista sekä NVIDIAN peli- ja grafiikkasuoritinparannuksista.