Microsoft представила крупнейшее обновление DirectX Raytracing с 2018 года: трассировка лучей станет эффективнее

Microsoft представила масштабное обновление графических технологий DirectX, которое должно упростить использование трассировки лучей в современных компьютерных играх. Нововведения вошли в состав DirectX 12 Agility SDK 1.620 и предварительной версии 1.722. Главные изменения касаются построения структур данных для трассировки лучей, обработки сложной геометрии и использования ресурсов видеокарты. Компания называет это самым значительным обновлением DirectX Raytracing (DXR) с момента появления технологии в 2018 году.

Разработка ведется совместно с производителями видеокарт NVIDIA, AMD и Intel. Microsoft рассчитывает, что новые инструменты позволят разработчикам создавать более детализированные игровые миры, улучшать отражения и тени и одновременно сокращать вычислительные затраты. Особенно важным изменением может стать возможность повторно использовать геометрические данные вместо постоянного построения сложных структур с нуля.

Clustered Geometry ускоряет обработку сложной графики

Одним из главных нововведений DirectX Raytracing стала технология Clustered Geometry. Она разделяет геометрию объектов на небольшие повторно используемые группы, содержащие до 256 треугольников и вершин. Из этих элементов можно собирать более крупные структуры ускорения, необходимые для трассировки лучей.

В традиционном подходе видеокарте приходится регулярно создавать и обновлять структуры BVH (Bounding Volume Hierarchy), описывающие расположение объектов в трехмерной сцене. При большом количестве анимированных элементов, изменении окружения и потоковой загрузке геометрии этот процесс требует значительных вычислительных ресурсов.

Clustered Geometry позволяет повторно использовать уже подготовленные фрагменты геометрии. Благодаря этому разработчики смогут применять для трассировки лучей те же детализированные модели, которые используются при обычной растеризации. Это потенциально улучшит точность отражений и теней, поскольку системе не придется заменять сложные объекты упрощенными моделями ради экономии производительности.

Microsoft продемонстрировала возможности технологии на видеокарте AMD Radeon RX 9070. В тестовой сцене переход от традиционной структуры BLAS к Clustered Geometry увеличил производительность с 1,2 до 79 кадров в секунду. Это примерно в 66 раз больше. Время построения структур ускорения сократилось с 788 до 3,11 мс, а потребление памяти уменьшилось приблизительно на 90%.

Результаты тестирования выглядят следующим образом:

• производительность выросла с 1,2 до 79 FPS;
• время построения структур ускорения сократилось с 788 до 3,11 мс;
• время обработки трассировки лучей уменьшилось с 72,6 до 9,27 мс;
• общее потребление памяти структурами ускорения снизилось с 7519 до 774 МБ;
• объем памяти для анимированной геометрии сократился примерно на 96%.

При этом есть важный нюанс: новая технология требует значительно больше дополнительной рабочей памяти (scratch memory) во время построения структур. Поэтому приведенные результаты нельзя рассматривать как гарантированный прирост производительности в любой игре. Это демонстрация возможностей конкретного алгоритма в специально подготовленном тесте, а не результат полноценного игрового бенчмарка.

Partitioned TLAS уменьшит затраты на обновление игровых миров

Второе важное нововведение называется Partitioned Top-Level Acceleration Structures (PTLAS). Эта технология решает другую проблему трассировки лучей — обновление больших динамических сцен.

В традиционной системе изменение отдельных объектов может требовать перестройки значительной части верхнеуровневой структуры ускорения TLAS. В больших игровых мирах, где одновременно движутся персонажи, транспорт и другие объекты, такие операции создают дополнительную нагрузку на GPU.

PTLAS позволяет обновлять только те участки сцены, в которых действительно произошли изменения. Остальные данные сохраняются без повторной обработки. Вместе с GPU-driven построением структур ускорения это должно уменьшить вычислительные затраты в играх с большим количеством движущихся объектов и постоянно меняющимся окружением.

Microsoft отмечает, что Clustered Geometry и PTLAS можно использовать как независимо друг от друга, так и совместно. В перспективе сочетание этих технологий позволит создавать более сложные игровые сцены без пропорционального увеличения нагрузки на видеокарту.

Какие видеокарты получат поддержку новых технологий

Microsoft заявляет о сотрудничестве с основными производителями графических процессоров. Предварительная версия новых инструментов уже ориентирована на несколько семейств видеокарт:

• NVIDIA — все видеокарты GeForce RTX;
• AMD — Radeon RX 9000;
• Intel — Arc B-Series и поддерживаемые интегрированные графические процессоры Core Ultra.

Для использования новых возможностей не требуется принципиально новое аппаратное обеспечение: достаточно существующей поддержки трассировки лучей. Однако окончательная совместимость будет зависеть от реализации функций производителями и выпуска соответствующих драйверов. Microsoft также предупреждает, что поддержка некоторых старых видеокарт пока остается неопределенной.

Компания отдельно упоминает RTX Mega Geometry от NVIDIA, которая используется в качестве примера аналогичного подхода в Gears of War: E-Day. Появление стандартизированных инструментов DirectX может сделать подобные методы доступнее разработчикам, работающим с графическими решениями разных производителей.

Agility SDK 1.620 улучшает компиляцию и доставку шейдеров

Обновление DirectX не ограничивается трассировкой лучей. Стабильная версия Agility SDK 1.620 также получила изменения в технологии Advanced Shader Delivery, предназначенной для более эффективной подготовки и распространения графических шейдеров.

Одним из главных дополнений стали Partial Graphics Programs. Они позволяют повторно использовать предварительно скомпилированные компоненты шейдеров в нескольких конфигурациях графического конвейера. Это потенциально уменьшает размер пакетов шейдеров и сокращает затраты на компиляцию.

Однако новая оптимизация пока имеет ограниченную совместимость: Partial Graphics Programs поддерживаются видеокартами Radeon RX 7000 и RX 9000. Поддержка решений других производителей запланирована на будущее. При этом сама Advanced Shader Delivery уже распространяется на совместимые видеокарты AMD, Intel, NVIDIA и Qualcomm в экосистеме Windows 11.

В состав обновления также вошли дополнительные инструменты:

• DirectX Dump Files для диагностики сбоев графического процессора;
• Fence Barriers Tier 1 для управления синхронизацией операций;
• Batched Asynchronous Command List APIs для более эффективной организации асинхронных команд;
• новые интерфейсы DirectX Compute Graph Compiler для задач машинного обучения.

Еще одно изменение касается Shader Model 6.10. Эта версия пока остается в предварительном доступе. Ее полноценный выпуск Microsoft планирует одновременно с Agility SDK 1.621 в начале декабря 2026 года.

Когда изменения появятся в компьютерных играх

Стабильная версия DirectX 12 Agility SDK 1.620 и предварительная сборка 1.722 предназначены прежде всего для разработчиков. Само появление новых функций в SDK не означает, что существующие игры автоматически начнут работать быстрее. Студиям придется внедрять Clustered Geometry, PTLAS и другие инструменты в собственные графические движки и оптимизировать их под конкретные проекты.

Для игроков из Украины это означает, что практическая польза обновления будет зависеть не от региона или наличия отдельной версии Windows, а от используемой видеокарты, драйверов и поддержки технологий непосредственно в играх. Владельцам совместимых GPU не обязательно сразу менять оборудование, однако обновление драйверов само по себе не гарантирует появления прироста FPS без соответствующей поддержки со стороны разработчиков.

Главное значение обновления заключается в попытке устранить одну из основных проблем современной трассировки лучей — высокую стоимость обработки сложной и постоянно меняющейся геометрии. Если заявленные преимущества подтвердятся в реальных играх, разработчики смогут использовать более детализированные модели, улучшать освещение и отражения и эффективнее расходовать видеопамять. Это особенно важно для дальнейшего распространения полноценной трассировки путей (Path Tracing), которая предъявляет к графическим процессорам еще более высокие требования.