Помните, как мы когда-то удивлялись первым пиксельным шейдерам, считая их вершиной технологического прогресса? А потом появился рей-трейсинг, и наши представления о возможностях графических процессоров снова изменились. Сегодня же мы находимся на пороге нового переворота в мире компьютерной графики. Инновационная разработка NVIDIA под названием Neural Rendering соединяет традиционные алгоритмы визуализации с возможностями искусственного интеллекта, закладывая основу принципиально иного подхода к созданию виртуальных миров.
История эволюции компьютерной визуализации: шейдерные технологии
Развитие игровой графики всегда шло непростым путем. Настоящий прорыв произошел с появлением программируемых шейдеров, позволивших разработчикам превращать плоские текстуры в объемные миры с эффектом реалистичности. С каждым новым поколением видеокарт открывались все более широкие возможности для визуальных инноваций.
К исходу первого десятилетия 2000-х прогресс в области шейдерных технологий заметно замедлился. Графика совершенствовалась постепенно, без радикальных изменений. Видеоускорители становились производительнее, но фундаментальный подход к рендерингу оставался прежним. Впрочем, даже легендарный Crysis, выпущенный почти два десятилетия назад, до сих пор способен впечатлить своей визуальной составляющей.
Следующий значительный скачок случился только в 2018 году с выходом первых видеокарт NVIDIA серии RTX 2000, поддерживающих трассировку лучей в реальном времени. Это кардинально изменило представление о реалистичном освещении в играх.
Впервые игроки смогли увидеть, как свет естественно взаимодействует с виртуальными предметами, создавая достоверные отражения и преломления. Физически точное моделирование световых эффектов позволило разработчикам избавиться от множества визуальных ограничений и приблизить игровую картинку к кинематографическому качеству. Однако обработка огромного количества световых лучей в каждом кадре требовала колоссальных вычислительных мощностей, и видеокарты первого поколения RTX справлялись с этой задачей не слишком эффективно.
По мере совершенствования аппаратной части RT-ядра становились мощнее, а рей-трейсинг обеспечивал все более высокий уровень реализма. К 2025 году технология стала настолько популярной, что практически все значимые игровые проекты включают поддержку трассировки лучей.
Даже такие ветераны игровой индустрии как Rockstar Games объявили о выпуске обновленных версий своих хитов с поддержкой RT. В текущем году ожидается релиз GTA V с трассировкой лучей, которая обещает не только реалистичные отражения на стеклянных и водных поверхностях, но и глобальное освещение с естественными тенями и полутенями.
Что такое Neural Rendering от NVIDIA
Neural Rendering представляет собой не единую технологию, а целый комплекс взаимосвязанных решений. Их главная цель — внедрить нейросетевые алгоритмы непосредственно в процесс создания графики. Если раньше тензорные ядра использовались преимущественно для масштабирования изображения и генерации дополнительных кадров, то теперь они активно задействованы в самом процессе рендеринга.
Одной из наиболее впечатляющих составляющих Neural Rendering является система RTX Neural Materials. При традиционном подходе создателям игр приходилось существенно упрощать физические модели сложных поверхностей для сохранения приемлемой производительности. Такие материалы как мех, шелк или фарфор требовали огромных вычислительных ресурсов для корректного отображения.
Применение тензорных ядер позволяет значительно ускорить вычисления при рендеринге комплексных поверхностей. Благодаря этому игры могут предложить существенно более реалистичные материалы без заметного снижения частоты кадров. Представьте животный мех, где каждая шерстинка динамически реагирует на свет и движение, или шелковую одежду с натуральными переливами — все это становится доступным с технологией Neural Materials.
Другим прорывным элементом является RTX Neural Radiance Cache. Эта разработка призвана оптимизировать трассировку пути (path tracing) — метод, обеспечивающий более совершенное освещение по сравнению с обычной трассировкой лучей. Основная сложность path tracing заключается в необходимости рассчитывать множество последовательных отражений света, что серьезно влияет на быстродействие.
Neural Radiance Cache предлагает элегантное решение: RT-блоки используются только для расчета первых нескольких отражений лучей, а дальнейшие вычисления передаются нейросети. Она обучается в режиме реального времени на основе уже обработанных данных и способна прогнозировать результаты сложных световых взаимодействий без полного физического моделирования.
Параллельно с этим, NVIDIA представила DLSS 4 — революционный апскейлер, использующий трансформерные нейросети для масштабирования изображения. Ключевая инновация — технология Multi-Frame Generation, способная создавать до трех дополнительных кадров между реально отрендеренными. Это позволяет достигать впечатляющих 240 fps в 4K на флагманской RTX 5090. В отличие от предыдущих версий, DLSS 4 гораздо лучше справляется с быстрым движением, практически полностью устраняет проблемы гостинга и смазанности, а также демонстрирует улучшенную работу с мелкими деталями текстур.
Интересно, что несмотря на более сложные алгоритмы, DLSS 4 оказался экономичнее в плане потребления видеопамяти. Тесты показывают, что при использовании новой технологии игры могут выдавать больше кадров (137 fps против 124 fps) при меньшем потреблении VRAM (8,6 ГБ против 9 ГБ). Это особенно важно для видеокарт с 8 ГБ памяти, которые уже сейчас испытывают трудности даже в Full HD.
На каких видеокартах будет доступен Neural Rendering
Важно отметить, что NVIDIA не стремится сделать Neural Rendering своей эксклюзивной технологией. Планируется интегрировать эту разработку в будущий стандарт DirectX в рамках функциональности «Кооперативных векторов» (Cooperative Vectors). Это обеспечит широкую поддержку технологии различными производителями графических чипов.
Что касается владельцев видеокарт NVIDIA, Neural Rendering будет функционировать на всех моделях линейки RTX — от серии 2000 до новейшей 5000. Однако эффективность работы будет существенно различаться в зависимости от поколения устройства. Наилучшим образом для нейронного рендеринга адаптирована серия RTX 5000. То есть, если вы решите купить RTX 5070 Ti в XCOM-SHOP.RU, то сможете опробовать новейшие наработки NVIDIA в самое ближайшее время.
Дело в том, что процессоры карт 5000-й серии оснащены специализированным аппаратным планировщиком AI Management Processor. Этот компонент обеспечивает оптимальное распределение вычислительной нагрузки между универсальными шейдерными блоками и тензорными ядрами — ключевое условие для эффективного гибридного рендеринга, объединяющего классические шейдерные вычисления с нейросетевыми алгоритмами.
В предшествующих поколениях видеокарт NVIDIA (RTX 4000, 3000, 2000) подобный планировщик отсутствует, и его функции реализуются программно, что негативно сказывается на производительности Neural Rendering. Кроме того, тензорные ядра RTX 5000 поддерживают вычисления пониженной точности FP4, что делает их более чем вдвое быстрее в нейросетевых операциях по сравнению с RTX 4000 и RTX 3000.
Функции DLSS 4 также будут доступны с разными ограничениями в зависимости от поколения видеокарт. Если базовые возможности получат все модели начиная с RTX 20, то продвинутые функции вроде улучшенного апскейлера Super Resolution и шумоподавления Ray Reconstruction будут работать только на RTX 40 и 50. А главная особенность — Multi-Frame Generation — останется эксклюзивом для серии RTX 5000.
Будущее Neural Rendering в игровой сфере
Несомненно, Neural Rendering открывает новую эру в истории трехмерной визуализации в реальном времени. Его подход, объединяющий классические шейдерные вычисления высокой точности с возможностями локальных нейросетей, обеспечивает впечатляющие результаты при более рациональном использовании ресурсов.
Примечательно, что RTX Neural Materials и Neural Radiance Cache решают проблемы, с которыми разработчики боролись годами. Сложные материалы вроде меха или шелка, требовавшие огромных вычислительных затрат, теперь отображаются с фотореалистичной точностью без существенного падения производительности. Система планирования шейдерных операций второго поколения в RTX 5000 позволяет эффективно распределять задачи между классическими и тензорными вычислениями, что критически важно для гибридного рендеринга.
Большим плюсом технологии является то, что она будет включена в состава DirectX и станет доступна на оборудовании разных производителей. Это ускорит внедрение нейросетевых методов в игровую индустрию.
Однако необходимо понимать, что использование нейронных шейдеров на устаревших графических процессорах никогда не будет столь же продуктивным, как на новейших архитектурах. Поэтому ожидать радикального улучшения качества графики во всех играх можно будет только по мере распространения RTX 5000, а произойдет это явно не за один год. Поэтому чем быстрее мы все обновим свои игровые системы, тем быстрее произойдет качественный сдвиг, которого все так ждут.
