Что ждёт игровую графику в следующем поколении

Разберём основные технологии, которые используют в игровой графике сегодня. А затем попробуем конструктивно посмотреть в сторону будущего визуальной составляющей видеоигр.

В игровой индустрии основные вехи в технологическом развитии обычно связаны с началом каждого поколения консолей. Просто потому, что для большинства геймеров из западных стран приставки проще, удобнее и выгоднее, чем компьютеры. А значит и для большинства разработчиков эта платформа — приоритетная. Несмотря на все плюсы Steam.

Актуальные консоли PlayStation 5 и Xbox Series X относятся к девятому поколению. И оно уже давно перевалило за середину своего жизненного пути — новые приставки Sony и Microsoft можно ждать где-то в 2027–2028 годах. С приходом PS5 и XSX большинство высокобюджетных игр начали разрабатывать с учётом быстрых SSD-накопителей и трассировки лучей в реальном времени. Но что будет дальше?

Многие геймеры до сих пор считают, что игровая графика перестала развиваться ещё во времена первого Crysis. Якобы с тех пор картинка в новых блокбастерах особо лучше не становится — лишь растут системные требования. И хотя доля истины здесь есть, на самом деле всё сложнее.

Главный референс для большинства энтузиастов 3D-графики из игровой индустрии — голливудские спецэффекты. Крупные голливудские киностудии могут позволить себе арендовать огромные рендер-фермы, на которых каждый кадр рендерится по несколько минут, а то и часов. В играх же графика должна обрабатываться в реальном времени и на каждый кадр отводится максимум 33 миллисекунды, что даёт минимальные 30 FPS. Поэтому у киношников финальный результат получался неотличимым от живого видео ещё в 90-е годы XX века. А игроделы подобрались к сопоставимому уровню картинки лишь недавно — когда это стали позволять вычислительные мощности потребительских графических процессоров.

Более того, Голливуд начал использовать трассировку лучей ещё в 80-х! По вышеназванным причинам изначально разработчики игр придумали альтернативу в виде растеризации. Когда освещение просто имитируется с помощью увеличенной яркости пикселей. Примерно к середине 2010-х годов этот классический для игровой индустрии метод рендеринга достиг своего пика. Детализация персонажей и сцен перестала полностью раскрываться в разрешении 1080p, а в 4K (особенно на больших телевизорах) стали сильно заметны недостатки игровой графики по сравнению со «взрослым» CGI. Большая часть этих недостатков как раз касалась освещения и затенения.

Если не сравнивать лоб в лоб кадры с компьютерной графикой из кино и игр тех лет, то разница не так очевидна. Но при прямом сравнении хорошо видно, насколько подробнее в фильмах на дорисованных декорациях затенено окружение и насколько естественнее выглядят материалы. Особенно кожа и металл. С последней проблемой удалось разобраться после всеобщего перехода на PBR-текстуры (Physically Based Rendering, физически-корректный рендеринг). Но улучшить освещение и затенение удалось лишь с помощью той самой трассировки лучей. Специально под неё NVIDIA даже пришлось изобрести новые RT-ядра для своих видеокарт — на стандартных универсальных рейтрейсинг работал слишком медленно.

С трассировкой лучей стало возможным создание настоящего глобального освещения с непрямым светом в помещениях. А также отражений, на которых видны объекты за пределами экрана. Без рейтрейсинга имитацию Global Illumination тоже можно сделать. Таким, например, успешно промышляет Ubisoft. Но запечённые объёмное освещение и затенение непригодны для использования в связке с динамическими объектами и, особенно, с разрушаемым окружением. После серьёзных изменений в сцене свет и тени просто не смогут поменять расположение.

Что касается отражений, единственный классический способ создания честных зеркал — Planar Reflections. Однако «планарки» потребляют ресурсов ещё больше, чем трассировка лучей. Ведь это зеркально инвертированная копия комнаты или локации. С плотным наполнением интерьера и высоким количеством деталей двойной рендеринг сцены звучит как очень плохая идея. Разработчики игры The Medium (2021) доказали это на практике: как только главная героиня перемещалась в параллельный мир, а экран делился пополам — производительность падала вдвое.

Если перечислить основные графические технологии, применяемые в играх сегодня, то список получится примерно таким:

3D-сканы для текстур (Megascans). Эволюционное развитие когда-то популярных фототекстур. В отличие от своих предшественников, включают карту неровностей. Технология позволяет делать поверхности объектов визуально объёмными и похожими на настоящие материалы.

PBR-текстуры. С помощью физически-корректного рендеринга можно достичь более реалистичного отображения материалов за счёт игры света на поверхностях. Это особенно важно для кожи и металла.

Виртуальная микрогеометрия (Nanite). Технология пришла на замену тесселяции и уровням детализации (LODs). Позволяет автоматически регулировать детализацию моделей в зависимости от их расстояния до камеры с точностью до пикселя или полигона. Также помогает с отсечением лишних полигонов, даже если объект загорожен не полностью.

Параллакс-маппинг (Parallax-mapping). Добавляет объём текстурам без дополнительных полигонов с помощью карт смещения. Обычно применяется для рельефных стен, полов и других поверхностей.

Фотограмметрия (Photogrammetry). Чем-то напоминает 3D-сканирование, но не поверхностей, а объёмных предметов или живых людей. Для этого используют установку из множества камер с датчиками глубины, размещённых вокруг объекта. Также есть портативные системы и дроны для сканирования открытой местности. На выходе получаются высокополигональные 3D-модели или даже участки ландшафта. Последние потом используют для воссоздания локаций из реального мира.

Трассировка лучей (RTX, DXR). Используется для создания реалистичного освещения, затенения и отражений. Это значительно улучшает реализм картинки, особенно в сложных сценах со множеством источников света.

Воксельное глобальное освещение (VXGI). Предшественник трассировки лучей. Использует толстые лучи из вокселей (кубов) для исследования сцены и просчёта освещения. Технология совместима с динамическими объектами и работает на стандартных ядрах видеокарт, но менее точна, чем рейтрейсинг. Нечто подобное используют в последних Assassin’s Creed и других играх от Ubisoft вместо RTX.

Объёмное освещение (Volumetric Lights). Создаёт эффекты рассеивания света в пространстве. Лучи, проходящие сквозь туман, растительность или щели в стенах делают сцены более атмосферными.

Симуляция ткани (Cloth Simulation). Технология, которая позволяет реалистично имитировать движения облегающей одежды на персонажах или, например, колышущиеся шторы. Раньше работала только на видеокартах NVIDIA, но теперь наработки из технологии «зелёных» PhysX есть во всех основных 3D-движках и редакторах, а физика рассчитывается на процессоре.

Симуляция волос (Hair Simulation). Ещё одна бывшая проприетарная технология NVIDIA, которая называлась Hairworks. Сегодня программные решения имплементированы в Unreal Engine и Unity.

Физика разрушений (Destruction Physics). Когда локации в играх стали слишком сложными, многоуровневыми и масштабными, многие отказались от этого подхода из-за дороговизны вычислений и сложности балансировки геймдизайна. Поэтому сегодня технология в играх встречается достаточно редко.

Система частиц (Particle Effects). Технологию используют для большинства спецэффектов, вроде взрывов, искр, дыма и снежинок. Один эффект может использовать от нескольких сотен до десятков тысяч мелких светящихся или полупрозрачных частиц.

Фотореализм это не технология, а скорее — эталон качества картинки для игровой графики, к которому разработчики пытаются стремиться. Однако так было не всегда.

Как вы помните, в 90-х создать фотореалистичную картинку за счёт трассировки лучей себе могли позволить лишь киностудии, а разработчикам игр приходилось довольствоваться растеризацией. Первые наработки на основе этого метода были бесконечно далеки от реализма. Поэтому вплоть до середины 2000-х большая часть разработчиков делала скорее стилизованную, «мультяшную» графику.

Однако в 2004 году вышла Half-Life 2. За счёт фототекстур, продвинутых лицевых анимаций, кропотливой работы художников и естественной гаммы, она казалась по-настоящему фотореалистичной (да и сегодня выглядит неплохо). Разработчики из Valve показали всем, что индустрия готова отойти от стилизации в сторону большего реализма. А спустя три года вышел тот самый первый Crysis, на который до сих пор молятся отрицатели графического прогресса.

Сегодня есть куда более фотореалистичные игры, чем творение Crytek: Alan Wake 2, Hellblade 2 и даже ремастер всё той же первой Crysis. Однако многие создатели блокбастеров уже отказались от «чистого» фотореализма в пользу стилизованного. Это что-то среднее между «мультяшной» стилизацией и фотореализмом. Он отличается слегка изменёнными или даже карикатурными пропорциями, а также более насыщенным цветом. При этом стилизованный реализм сглаживает неизбежные для графики реального времени упрощения в рендере. Хорошие примеры: God of War Ragnarök, Horizon Forbidden West и Assassin’s Creed Valhalla.

Встречается в играх и кинореализм, который в основном отличается постобработкой. Разработчики делают картинку похожей на голливудские блокбастеры или имитируют съёмку физической камерой. Для этого используют эффекты линз, хроматическую аберрацию, экранный шум и другое. Из примеров игр в стиле кинореализма можно назвать всё ту же Hellblade 2, Cyberpunk 2077, The Last of Us Part II и последние Battlefield.

Стремление к фотореалистичной картинке, особенно в условиях многолетней разработки и постоянного устаревания технологий, сильно раздувает бюджет на разработку. Однако большинство крупных студий пока не спешат отказываться от этого эталона. В крайнем случае остановившись на вышеназванном компромиссе в виде стилизованного реализма. И на фоне творений от небольших независимых команд даже игры с таким визуальным стилем всё ещё выглядят в разы более фотореалистичными.

Инди-разработчикам чаще всего просто не хватает опыта и человеческих ресурсов для тщательной проработки визуальной составляющей. Даже если используется откровенно стилизованный подход. Сможете, например, назвать хоть одну «мультяшную» игру от независимой команды, которая выглядит не хуже Borderlands 3? А между тем последней уже скоро исполнится шесть лет.

Таким образом, если разработчики могут позволить себе развивать графику в направлении фотореализма или хотя бы стилизованную его разновидность, то почему нет? Единственный недостаток такого подхода — постоянно растущие системные требования. Но такова цена прогресса. А для маленьких команд всегда есть множество типов стилизации. Пример Маркуса Перссона с его Minecraft показал, что заработать миллиарды можно даже на кубическом примитивизме.

В первой главе разобрали основные технологии, которые стали стандартом в последние годы. Теперь поговорим о новых экспериментальных решениях. Они пока встречаются в играх достаточно редко или вовсе ещё не были применены полноценно. Но выглядят очень амбициозно.

Трассировка пути (Path Tracing). Более продвинутая версия трассировки лучей. Здесь каждый луч света отслеживается по множеству случайных путей, учитывая все возможные взаимодействия: отражения, преломления и рассеивания. Path Tracing физически точнее, автоматически учитывает глобальное освещение, но технология требует значительно больших вычислительных ресурсов. Из-за огромного числа отражений, картинка с Path Tracing кажется ярче, чем то же изображение с Ray Tracing. Свет не теряется, а перераспределяется внутри сцены.

DLAA. Сглаживание на основе машинного обучения. По сути, доработанный суперсемплинг. Изображение рендерится в повышенном разрешении, а потом сжимается до экранного. Однако за счёт нейросетевой оптимизации данных производительность практически не снижается.

DirectStorage. Технология для прямой загрузки данных с накопителя в видеопамять в обход оперативной памяти. Хорошо работает только с быстрыми SSD. Снижает нагрузку на процессор и в разы ускоряет передачу данных при загрузке уровней и подгрузке ассетов.

RTX Neural Texture Compression (NTC). Эффективное сжатие текстур высокого разрешения до семи раз с помощью нейросетей. Качество получается ближе к оригиналу, а размер ещё меньше, чем при традиционном методе сжатия. В перспективе позволит создавать более проработанные текстуры при том же или даже меньшем потреблении видеопамяти.

Сеточные шейдеры (Mesh Shaders). Позволяют реализовать динамическую подстройку детализации объектов. В зависимости от расстояния до камеры и наличия перекрытий количество полигонов регулируется автоматически. Благодаря этому даже высокополигональные объекты потребляют меньше ресурсов, а разработчикам больше не нужно делать низкополигональные версии для дальних планов (LODs).

Теперь пришло время поговорить о не менее амбициозных, но иногда даже вредных технологиях в игровой графике.

Нейронный апскейлинг (DLSS, FSR, XeSS). Технология противоположная DLAA. Изображение рендерится в пониженном разрешении, а затем вытягивается до экранного нейросетью. Это значительно повышает производительность. В режиме качества результат практически неотличим от нативного, кроме редких артефактов у движущихся объектов, отражений или частиц. К сожалению, в последние годы разработчики стали подразумевать использование DLSS или FSR при подготовке официальных системных требований. Выглядит так, словно некоторые студии просто забили на оптимизацию.

Генерация кадров (Frame Generation). Позволяет дорисовывать промежуточные кадры между честно отрендерёнными. Повышает количество FPS в несколько раз. Но отзывчивость управления остаётся на уровне изначального фреймрейта, а также появляются едва заметные артефакты. Поэтому генерацию разумно включать лишь при 60 честных кадрах или выше. Для одиночных игр этого достаточно, а вот в соревновательных проектах интерполированные кадры и искажения мешают целиться и вовремя замечать врагов.

World Partition. Позволяет процедурно генерировать окружение по заданным параметрам из готовых ассетов. Ещё одна возможная причина лени некоторых разработчиков. Уже были крупные релизы с хаотично проработанными локациями из нагромождений высококачественных ассетов. Самые очевидные примеры — Forspoken и The First Descendant.

RTX Neural Face. Накладывает маску со сглаженным лицом и высокодетализированными волосами на голову персонажей. Лица выглядят одновременно и лучше, и хуже. Лучше — за счёт повышенной детализации, запечённой в маску. А хуже — из-за эффекта бьюти-фильтра из соцсетей.

Несмотря на то, что разработчики уже привыкли ориентироваться на технические ограничения консолей, девятое поколение приставок оказалась достаточно спорным. Графика сильно лучше не стала, скорее выросло исходное разрешение рендеринга и улучшился апскейлинг. Трассировка лучей на современных приставках пока применяется в очень ограниченном виде. А игры с масштабными и детально проработанными мирами вместо сплетений коридоров выходят редко.

Возможно, индустрия просто не успела подстроиться. Лишь в PlayStation 5 и Xbox Series появились быстрые твёрдотельные накопители. Первые два года жизненного цикла новых приставок игры разрабатывали с учётом прошлого поколения. Сегодня базовые версии консолей уже не тянут запросы разработчиков. И хотя недавно вышла PS5 Pro, там снова всё свелось к увеличению исходного разрешения и улучшению апскейлинга.

Если смотреть на сырую мощность, то даже у PS5 Pro всего 16,7 терафлопса. Конечно, многое компенсируется оптимизацией под конкретную конфигурацию «железа», но большой разрыв с современными топовыми видеокартами всё равно не сгладить. Например, у свежей GeForce RTX 5080 (даже не флагманской модели) сырая мощность составляет 56,3 терафлопса — примерно в 3,5 раза больше.

Следующее поколение графических ускорителей ожидается примерно тогда же, когда и PlayStation 6 — в 2027–2028 годах. Получается, ей нужно раза в четыре нарастить производительность, чтобы примерно соответствовать хотя бы RTX 6070. А относительно базовой PS5 разница и вовсе должна достигать шести раз. Напомним, что разница между PS4 Pro и PS5 — всего около двух раз.

Возможно, в PS6 появится генерация кадров, которая сделает наконец стандартом хотя бы 60 FPS в одиночных ААА-играх. А соревновательные проекты на консолях начнут хорошо выглядеть даже при 120 кадрах в секунду и соответствующем телевизоре. Однако, как уже было сказано, это очень спорная технология.

Так или иначе отставание следующего поколения игровых приставок от ПК наверняка продолжится. Возможно, даже усилится. Надеемся, что хотя бы ценовая политика Sony и Microsoft немного смягчится. До PlayStation 5 Pro консоли считались бюджетным геймингом. Особенно с богатой библиотекой игр по подписке. Но, учитывая экономические кризисы последних лет, их стоимость вполне может приблизиться к 1000 долларов.

Одна из интересных альтернатив постоянно дорожающим домашним ПК и игровым приставкам — облачный гейминг. Вы наверняка слышали про GFN, Stadia и VK Play Cloud. И нет, мы не собираемся рекламировать эти сервисы. Скорее наоборот — разобрать их актуальные недостатки и оценить потенциал.

Чёткость изображения в облачном гейминге в последние годы стала неплохой — примерно на уровне апскейлинга DLSS в режиме баланса или FSR в режиме качества. Конечно, при условии, что вы играете по кабелю или хотя бы через Wi-Fi 5 ГГц. Задержка ввода, если ближайший сервер в пределах 500 километров, тоже не такая критичная. По крайней мере для одиночных игр. А для соревновательных в сервисах облачного гейминга часто предусмотрен режим на 120 FPS, который немного улучшает отзывчивость управления.

В целом, при наличии качественного интернета по выделенной линии, играть через облако сегодня вполне можно. Конечно, энтузиастам или хардкорным киберспортсменам такой вариант не подойдёт. Первым будет резать глаза даже минимальные искажения картинки видеопотока. А вторым на флагманской мыши и 480-герцовом мониторе управление будет казаться «кисельным». Однако аудитория геймеров в основном состоит из более казуальных игроков. Они всегда рады избавиться от необходимости покупать дорогостоящее оборудование. И вместо этого играть в красивые ААА-тайтлы прямо с телевизора, смарфтона или рабочего ноутбука.

В этой ситуации всё портит неравномерное распределение качественного и быстрого кабельного интернета по миру, даже в пределах какой-то отдельной страны. В столицах и региональных центрах развитых государств с этим всё хорошо, но в райцентрах, пригородах и сельской местности обычно есть лишь мобильная связь или устаревшие телефонные линии.

Ситуация может измениться в лучшую сторону после глобального распространения 5G или аналогов спутниковой сети Starlink, которые известны повышенным качеством сигнала и высокой скоростью. Однако непонятно насколько быстро это произойдёт и насколько глобально. Starlink в теории должен заработать в любой точке мира, а вот для сотового 5G нужно в несколько раз больше оборудования, чем для 4G, из-за более коротких и направленных отрезков сигнала. В результате с 5G может повториться та же история, что и с оптоволокном — он будет доступен только там, где много потенциальных клиентов. А Starlink и вовсе могут запретить использовать некоторым странам. Кстати, прямо сейчас Илон Маск тестирует связь через Starlink с помощью обычных смартфонов.

Таким образом, полный переход гейминга в облако скорее всего никогда не случится. Но вполне возможно, что покупать консоль или, тем более, собственный компьютер исключительно для досуга люди будут всё реже.

Ещё в прошлом поколении, во времена PS4 и Unreal Engine 4, детализация геометрии достигла апогея. А основным вызовом стали реалистичное освещение и его производные. Оказалось, что даже стилизованные игры выглядят в разы лучше с хотя бы запечённым глобальным освещением вместо примитивного прямого. Сегодня же непрямой свет, динамические тени и качественные оптимизированные отражения научились делать с помощью трассировки лучей.

Более продвинутый метод, трассировка пути, пока используется редко, особенно на консолях. Но именно он даёт по-настоящему заметную разницу по сравнению с классической растеризацией. Особенно, если дело касается интерактивного окружения. Надо полагать, с развитием вычислительных мощностей аппаратный path tracing постепенно заменит рейтрейсинг. Как минимум, это должно произойти в высокобюджетных проектах. А для независимых команд всегда есть программный Lumen или его аналоги.

В анимациях тоже есть к чему стремиться. Существует несколько инструментов на базе нейросетей, для которых достаточно записи актёра с одной камеры и не нужны датчики захвата движений. Также появляются готовые библиотеки динамических анимаций, которые умеют подстраиваться под текущую позу персонажа и окружение. Вполне возможно, что работа аниматоров станет значительно проще, как это произошло с техническими художниками в текущем поколении.

Что касается физики и разрушаемости, то здесь всё зависит исключительно от спроса игроков и пожеланий геймдизайнеров. В конце 00-х и начале 10-х годов физические эффекты в играх часто делали вычурными, чтобы выделиться среди конкурентов. Сегодня же физика заложена в движок по умолчанию, а игроки практически перестали обращать на неё внимание. Серьёзно, когда вы в последний раз любовались колыханием травы или развевающейся на ветру тканью? Разрушаемость очень сложно подружить с линейным сюжетным приключением — она к месту разве что в сетевых экшенах.

Не стоит забывать и о высокой аппаратной нагрузке — особенно в современных проектах с огромными локациями или открытыми мирами. Разработчикам командного шутера The Finals недавно удалось перебросить вычисления физики на собственные серверы, облегчив работу «железу» игроков. Но такая возможность есть не у всех студий. И не факт, что ситуация улучшится в будущем.

В целом, считаем, что в следующем поколении сохранится приоритет на улучшении освещения. Ускорить прогресс наверняка помогут новые технологии оптимизации, основанные на нейросетях. И речь сейчас не про генерацию кадров, а скорее про умный апскейлинг, эффективное сжатие данных и автоматизацию вычислений.

В последние годы игровая графика достигла значительных успехов в своём стремлении к фотореализму. Развитие трассировки лучей, физически-корректного рендеринга, виртуальной микрогеометрии и других технологий приблизило картинку к качеству голливудских спецэффектов. Но, несмотря на все эти достижения, перед разработчиками игр всё ещё стоят вызовы, связанные с оптимизацией производительности и созданием правдоподобных виртуальных миров.

В будущем можно ожидать дальнейшего совершенствования технологий рендеринга, а также появления новых методов для улучшения визуального качества игр. С увеличением вычислительных мощностей и развитием технологий, игровая графика будет продолжать прогрессировать, предлагая игрокам всё более захватывающие и реалистичные визуальные эффекты.

Не все технологии и решения оказываются бескомпромиссными. Например, нейронный апскейлинг и генерация кадров, хоть и улучшают производительность, но также вносят задержку ввода и артефакты. Что особенно критично для соревновательных игр. Переход к облачному геймингу, несмотря на его потенциал, ограничен неравномерным распределением качественного интернета и высокими затратами на оборудование для сотовой и спутниковой связей нового поколения.

Будущее игровой графики напрямую зависит от баланса между технологическими инновациями, доступностью и средним качеством интернет-соединения по миру. Также немалую роль будут, как и всегда, играть способности разработчиков адаптироваться к новым вызовам и требованиям геймеров.

А на каком поколении оборудования играете вы? Это игровая консоль предыдущего или текущего поколения? Видеокарта NVIDIA RTX 3000-й, 4000-й или самой последней серии? А может вы фанат графических решений AMD? Расскажите в комментариях. И поделитесь своими ожиданиями от следующего поколения игровой графики.

Напомним, что в конфигураторе DigitalRazor можно собрать игровой компьютер из самых актуальных комплектующих, включая видеокарты GeForce RTX 5000-й серии.

Больше про графические технологии, видеоигры и игровое железо — на нашем сайте, в Telegram-канале и ВК-паблике.