Новый патент Microsoft обещает более эффективную трассировку лучей для

Исследовательское подразделение Microsoft упорно работает над тем, чтобы сделать трассировку лучей более доступной функцией для игр будущего. Новый патент одного из старших архитекторов команды описывает, как можно снизить нагрузку на память и кэш для иерархий граничных объемов (BVH) – структур, используемых для ускорения трассировки лучей, – используя подход, аналогичный применению текстур Level of Detail (LOD).

Хотя консоли Xbox от Microsoft будут главным бенефициаром этой техники, графические процессоры AMD, традиционно слабые для трассировки лучей, и видеокарты, не обладающие большим объемом VRAM, также являются потенциальными победителями.

Как и во всех подобных патентах, детали, содержащиеся в нем, сложны, но в то же время широки с точки зрения того, где они могут быть использованы. Его автор, Марк Гроссман, является старшим архитектором в исследовательском подразделении Microsoft, специализирующемся на разработке чипов, и имеет долгую и успешную карьеру в области GPU (начиная с Silicon Graphics, затем перейдя в ATI Technologies, затем AMD и, наконец, Microsoft).

В прошлом году он получил патент на уменьшение занимаемой памяти мешлетами – небольшими группами полигонов, используемыми в меш-шейдерах. Его последний патент (через Tom’s Hardware) имеет почти идентичный формат. Чтобы ускорить процесс трассировки лучей, в играх используются структуры BVH, которые немного напоминают блок-схему объемов, занимаемых объектами в 3D-мире. BVH делятся на большую общую карту, называемую ускоряющей структурой верхнего уровня (TLAS), и несколько меньших структур нижнего уровня (BLAS).

В Cyberpunk 2077, средний размер TLAS составляет около 15-20 МБ, но общий BLAS во много раз превышает этот размер, исчисляясь сотнями или тысячами мегабайт. Если Ваша видеокарта имеет 16 ГБ или более VRAM, это не является проблемой, но если у Вас 8 ГБ или меньше, то нетрудно понять, почему это может стать проблемой. И это особенно актуально для консолей с общим пулом памяти.

Техника Microsoft позволяет избежать использования всей BVH за один раз. Вместо этого за один раз используются небольшие фрагменты, а детали этого использования и соответствующая часть BVH (называемая узлом) хранятся в двух списках в памяти GPU. С каждым последующим кадром алгоритм трассировки лучей обновляет эти списки, гарантируя, что в VRAM будут храниться только те узлы, которые необходимо использовать в сцене (остальные просто не видны или не стоят использования).

Note , что эта система не только снижает нагрузку на память видеокарты и кэш GPU, но и уменьшает количество необходимых проверок трассировки лучей. Вместо того, чтобы постоянно просматривать всю структуру BVH, чтобы увидеть, какие лучи взаимодействуют с какими объектами, необходимо проверять только те, которые находятся в списках (называемых картой остатков и картой записи).

Это важно для графических процессоров AMD, поскольку, в отличие от GPU Nvidia, они не имеют специального оборудования для ускорения процесса обхода. Вместо этого все решается с помощью вычислительных шейдеров. Оба производителя имеют специализированные блоки для тестирования пересечений лучей и треугольников, поэтому они оба проверяют эти вещи очень быстро, но RDNA 2 и более новые GPU тратят довольно много времени на работу с BVH.

И хотя вся эта работа идет на пользу Xbox, она также станет благом для любого игрового ПК, оснащенного видеокартой Radeon и работающего на графическом процессоре RDNA 2 или RDNA 3.

Да, это все очень сложно, и я почти наверняка слишком упрощаю, но единственное, чем в изобилии обладают лучшие игровые ПК и консоли, – это вычислительная мощность. Поэтому имеет смысл использовать что-то, что, хотя и предполагает множество дополнительных, но основных вычислений, снижает нагрузку на память и трассировку лучей.

Хотя патент Microsoft в первую очередь направлен на улучшение производительности трассировки лучей на консолях Xbox Series X, эта технология может быть реализована на любой платформе, поскольку она не ориентирована на конкретное оборудование. Так что если у Вас есть видеокарта основного класса, например, GeForce RTX 4060 или Radeon RX 7600, то у Вас вполне может появиться шанс насладиться трассировкой лучей в игре уже в недалеком будущем.