NVIDIA RTX: come tre lettere hanno sconvolto un'industria

Ripercorriamo la storia di NVIDIA RTX, anche attraverso le parole del team Beenox, alla scoperta dei cambiamenti apportati da Ray Tracing e DLSS.

NVIDIA RTX: come tre lettere hanno sconvolto un'industria
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Sono bastati poco meno di tre anni per rendere il Ray Tracing il new normal. Ciò che molti potrebbero essersi persi è invece il terremoto mediatico provocato da NVIDIA durante il Gamescom 2018 quando, sotto gli occhi di una stampa incredula, proiettava Project Sol su un maxischermo, fra luci e riflessi in tempo reale e quell'oggetto misterioso che non temiamo di definire un pilastro del gaming contemporaneo, il DLSS. Così è arrivata l'onda anomala dell'RTX. Per usare una citazione colta, sotto scroscianti applausi.

Perchè Turing non è stata solo l'ennesima consecutio generazionale della gamma GeForce, ma la sua esaltazione, portando nelle nostre case un nuovo concetto di PC Gaming, quello che non punta più al fotorealismo, ma che il fotorealismo ce l'ha nel sangue. Il punto e accapo dell'industria, ormai in una fase di plateau da anni.

Un po' di perché

Per comprendre il fenomeno RTX però, occorre necessariamente fare un passo indietro. Il Ray Tracing è una tecnica in grado di simulare il comportamento della luce e dunque calcolarne la fisica, tramite un algoritmo che in realtà esiste da oltre quarant'anni e che nella cinematografia e nel design si usa già da più lustri.
Perché allora da anni parliamo di rivoluzione NVIDIA? L'algoritmo del ray tracing comporta, in termini di performance, un costo esagerato.
Fino all'altroieri anche solo pensare di inserirlo nel contesto di un rendering in tempo reale era passibile di abiura come le dichiarazioni di Galileo. Nel cinema, l'implementazione del ray tracing è stata non meno dispendiosa, ma sicuramente è stato un processo più breve perché non viene effettuato un rendering in tempo reale.
Il tempo di lavorazione poteva durare anche centinaia di ore, ma il parametro temporale era assolutamente secondario in questo campo. Contava solo il risultato finale. L'architettura Turing riesce a effettuare i calcoli in ray tracing in un ambiente "interattivo" oltre 25 volte più velocemente rispetto a Pascal, e questo è solo un indizio di quanto queste tecnica possa essere dispendiosa, dal momento che Turing rappresenta oggi la condizione minima per ottenere questi effetti.

Ma non è finita qui, poiché la chiave di volta per l'implementazione in tempo reale è il processo di denoising. L'algoritmo di ray tracing crea moltissimo rumore, una mole talmente elevata di rumore che per ottenere una qualità d'immagine sufficientemente adeguata sarebbero necessari dai 3000 ai 5000 sample per pixel. Cifre che, appunto, ci si può permettere solo in altri ambiti.
Il Denoising offerto da NVIDIA pesca a mani basse dallo stesso cilindro da cui è stato estratto il DLSS: la rete neurale, il deep learning e i Tensor Core. Studiando una determinata mole di immagini di repertorio, il cosiddetto Training Set della neural net di NVIDIA, vengono creati modelli di IA da dare in pasto ai Tensor Core che poi saranno perfettamente in grado di ricostruire l'immagine renderizzata a 4 sample per pixel.

Una partenza a singhiozzo

Il primo anno di vita delle nuove RTX Serie 2000 non è stato esattamente in discesa. Nei primi tre trimestri infatti, l'offerta in ray tracing era caratterizzata da un parco titoli qualitativamente ottimo, ma particolarmente ridotto a livello quantitativo. Stiamo parlando di tre opere in particolare: Battlefield V, Shadow of the Tomb Raider e lo straniante Metro Exodus, unico del lotto a presentare un'illuminazione globale interamente gestita in ray tracing.
Il manifesto della prima ondata è stato certamente Battlefield V con i suoi incredibili riflessi, mentre sempre in questi primi mesi spunta online anche la tech demo di Quake 2 RTX, fulgido esempio di come anche solo l'illuminazione possa stravolgere l'impatto visivo di un videogioco.
Dovremo aspettare un intero anno per provare un'esperienza tanto sconvolgente, grazie ai ragazzi di Mojang e alla rivisitazione di Minecraft con Ray Tracing e all'allora neonato DLSS 2.0.

L'estate porta consiglio

BeenoxIl team canadese, già noto per lo sviluppo della riedizione di Crash Team Racing sotto l'egida di Activision, è sicuramente uno degli osservati speciali nel panorama RTX, complice l'implementazione di Ray Tracing e DLSS negli ultimi capitoli della serie Call of Duty.

Nell'estate del 2019 arriva un'infornata che probabilmente è valsa, per i proprietari delle nuove GPU, il prezzo del biglietto. A partire dallo splendido Call of Duty: Modern Warfare, al cui adattamento PC con ray tracing hanno lavorato i ragazzi di Beenox, software house che collabora con Activision proprio nel dare lustro ai porting PC dei propri titoli originali. Attualmente impegnato anche nell'ottimizzazione e implementazione delle tecnologie RTX anche su Call of Duty Warzone, il team canadese è reduce da un'altra splendida prova in Call of Duty: Black Ops Cold War.

A distanza di pochi giorni da MW arriverà sul mercato il titolo che più di tutti ha rappresentato il cambiamento: Control. Una prova di forza e di sostanza quella di Remedy, che ha sprigionato tutto il potenziale del Ray Tracing e del DLSS con effetti mozzafiato e un lavoro di ottimizzazione semplicemente perfetto.

RTX oggi

La tranquillità regna sovrana nell'industria videoludica, soprattutto in campo PC Gaming. Nel corso dell'anno molte software house hanno iniziato a prendere le misure per l'implementazione dei nuovi dogmi dell'illuminazione in tempo reale, finchè NVIDIA non decide di dare un'ulteriore scossa al mercato con l'annuncio della DLSS 2.0. Il SuperSampling mediato dall'IA di NVIDIA, giunto alla sua seconda versione, permetterà infatti di spingere ancora di più sull'impianto di illuminazione senza preoccuparsi di prestazioni e degradazione dell'immagine. Il nuovo DLSS promette boost prestazionali fino al 75% e una qualità dell'immagine vicina all'originale. L'esperienza sul campo poi dimostrerà come in alcuni casi il DLSS 2.0 riesca addirittura a migliorare l'impatto visivo rispetto al rendering nativo.

Siamo agli inizi di settembre del 2020, il team verde decide deliberatamente di sconvolgerci di nuovo. Ecco quindi la nuova architettura Ampere e con lei le nuove schede video GeForce RTX Serie 3000. Sicuramente complici le maggiori capacità di calcolo, Tensor Core migliorati nel numero e nelle prestazioni e un RT-Core count maggiore rispetto a Turing, ma le nuove GPU hanno permesso agli sviluppatori di tutto il mondo di alzare ulteriormente l'asticella della qualità.

Oggi possiamo perderci nella trasgressione di Night City e farci terrorizzare da Capcom e dall'orrorifico Resident Evil Village, la cui analisi tecnica mette in luce l'ottimo lavoro di NVIDIA anche e soprattutto a livello hardware, dimostrando una maggiore propensione per la gestione del Ray Tracing anche senza l'utilizzo del DLSS.
Sempre oggi, di titoli compatibili ne contiamo più di 50. Il panorama che ci si staglia davanti non potrebbe essere più roseo. Un 2021 già inequivocabilmente segnato dalla Enhanced Edition di Metro Exodus e dallo strabordante tripudio di neon di Ghostrunner, ma non parliamo neanche solo dell'indubbia bontà dell'ecosistema NVIDIA. Grazie alla spinta delle tecnologie RTX infatti, anche il resto dell'industria ha iniziato a remare in questa direzione. Non ci resta che impugnare mouse e tastiera o, per chi preferisce, il controller e allacciare le cinture perché, se abbiamo assaggiato il bello, il meglio deve ancora arrivare.


Una sorpresa per voi!

Prima di lasciarvi, abbiamo il grande piacere di condividere con voi la nostra intervista all'Associate Director Software Engineer di Beenox, Philippe Troie.

"Beenox è riuscita a costruire un eccellente rapporto con NVIDIA e, ovviamente, conosce molto bene la community dei PC gamer. Sono orgoglioso del livello di competenza che abbiamo raggiunto con le versioni PC di Call of Duty nel corso degli anni e sono lusingato del vostro interesse nel sentire la nostra opinione circa il ray tracing. A ogni modo, da un punto di vista tecnico, Beenox ha lavorato in stretta collaborazione sia con Infinity Ward che con Treyarch, profondendo molti sforzi nell'implementazione di queste funzionalità in Modern Warfare e Cold War, quindi le nostre risposte saranno strettamente inerenti l'integrazione del ray tracing in questi titoli PC."

Da appassionati, avere l'occasione di parlare con una voce così autorevole nel panorama videoludico, soprattutto visti i recenti successi del team canadese, è stata una grande soddisfazione. Non potevamo dunque esimerci dal domandare quale sia stato l'impatto del ray tracing e delle tecniche ad esso correlate (ad esempio il DLSS) sull'industria.

Secondo Philippe "tecnologie come il ray tracing sono ancora nuove per il mondo dei videogiochi e cambiano radicalmente il modo in cui viene eseguito il rendering. Benché non si tratti di un concetto giovane (gli algoritmi di ray tracing esistono già da decenni), i giochi si sono tradizionalmente poggiati sul concetto di rasterizzazione in passato. La novità oggi è che gli sviluppatori hanno la facoltà di spostare una parte dei frame rasterizzati in un modello basato sul ray tracing, sfruttando l'hardware dedicato. Non è facile ottenere determinati risultati con la rasterizzazione, ed è qui che entrano in scena tecniche come il ray tracing che danno agli sviluppatori la possibilità di migliorare drasticamente l'impatto visivo del loro gioco, implementando delle funzionalità che permettono di ottenere una grafica ancora più realistica".

A questo punto, la curiosità è sorta spontanea. Ma quanto occupa, in termini di tempo, l'implementazione del ray tracing in fase di sviluppo? E' un processo particolarmente dispendioso o tutto sommato gestibile?

"Come già affermato in precedenza, tecnologie come il ray tracing hanno cambiato il modo di effettuare il rendering nei videogiochi e per questo, è necessario acquisire un bagaglio tecnico non indifferente per l'implementazione. Il ray tracing è strettamente legato a meccanismi di accelerazione essenziali per renderlo apprezzabile nei videogiochi a un framerate accettabile. Lo sviluppo di questi meccanismi rappresenta la parte più complessa ma, una volta impostata la base, l'implementazione degli effetti avviene in maniera più agevole (es. ombre, occlusione ambientale). Naturlamente, quando si parla di videogiochi non tutti gli effetti visivi hanno la stessa complessità in termini di implementazione. Alcuni sono più complessi, anche quando le basi sono già state impostate (es. illuminazione globale e riflessi)".

Abbiamo parlato del processo di denoising, che ha reso il ray tracing in tempo reale implementabile, pur rimanendo particolarmente dispendioso sulle risorse della GPU. Sempre rimanendo nel campo dell'intelligenza artificiale, tecnologie come il DLSS hanno contribuito a un'adozione più veloce del ray tracing? Secondo voi, il DLSS può essere considerato un elemento chiave per accelerare il processo di implementazione del ray tracing?

"Tecnologie come il DLSS permettono al gioco di renderizzare i fotogrammi a una risoluzione più bassa per gran parte della pipeline di produzione. Prima della proiezione dell'output all'utente, viene effettuato un aumento di scala della risoluzione mediato dall'IA per migliorare la visuale. Per questo, permette all'utente di giocare a un gioco con una risoluzione inferiore senza perdita di dettaglio, come invece avverrebbe in assenza di un upsampler. Questa riduzione si traduce in meno pixel da generare per la GPU, alleviandone il lavoro e ottenendo un framerate più elevato. In altre parole, maggiori millisecondi per concentrarsi su altri artifici grafici".