Em março desse ano a NVIDIA, que acabou de lançar a GeForce GTX 1180, apresentou a maior GPU do mundo, em relação à potência, a Quadro GV100 que conta com a tecnologia Raytracing, que dá ainda mais qualidade para imagens tridimensionais, criando uma nova perspectiva tanto para filmes quanto para jogos. A apresentação dessa tecnologia em ação serviu para ajudar na popularidade dela na Game Developers Conference 2018.

A atualização desse algoritmo visa melhorar alguns fatores primordiais para trabalhar com ambientes em 3D: iluminação, reflexos e oclusão. Essas três técnicas precisam ser aprimoradas constantemente para que os efeitos visuais se adaptem ao que está sendo desenvolvido. Um exemplo prático de como essa tecnologia trabalha pode ser visto no jogo Metro Exodus, da desenvolvedora 4A Games.

Poucos dias antes do evento High-Performance Graphics 2018 (Vancouver, 10-12 de agosto), a NVIDIA postou um documento compartilhando detalhes na nova técnica para remover sombras falsas, os famosos “fantasmas” chamada de Adaptive Temporal Antialiasing, ATAA. Apesar de ser algo que atrai a curiosidade prática de muitos gamers, os autores do projeto já informaram que ainda vai demorar para vermos a tecnologia aplicada nas placas de grande circulação e em jogos da indústria.

Projetamos nosso método para compatibilidade com mecanismos de jogos convencionais e para aproveitar os pontos fortes da TAA, ao mesmo tempo em que resolvemos suas falhas de maneira inequívoca e simples. A ideia principal é executar o caso base de TAA na maioria dos pixels e, em seguida, em vez de tentar combater suas falhas com heurísticas, exibir uma máscara de segmentação conservadora de onde ele falhará e por quê. Em seguida, substituímos as heurísticas complexas de TAA em pixels de falha com alternativas robustas, adaptando-nos ao conteúdo da imagem.

Implementamos o algoritmo ATAA no Unreal Engine 4 e reunimos resultados usando o Windows 10 v1803, o Microsoft DXR, o driver 398.11 habilitado para o NVIDIA RTX e um GPU NVIDIA Titan V. Para demonstrar a qualidade da imagem alcançável com o ATAA, a Figura 3 mostra uma comparação entre o ATAA e outros algoritmos comuns de antialiasing usados ​​em jogos, ampliados para áreas desafiadoras da cena.
A linha No AA demonstra o aliasing de linha de base esperado de uma única amostra de raster por pixel. As linhas FXAA e TAA são as implementações padrão disponíveis no UE4. O SSAA 4x é uma superamostragem de 4 ×. Mostramos a máscara de segmentação e três variações de ATAA com 2, 4 e 8 raios por pixel. Como as desvantagens do TAA padrão são difíceis de capturar em imagens estáticas, e todas as imagens na Figura 3 vêm de um quadro convergente estável, o vídeo suplementar oferece uma comparação mais fiel entre o TAA padrão e o ATAA na prática, incluindo artefatos de movimento.

Em uma GPU NVIDIA Titan V com resolução de 1920x1080, o ATAA é executado em 18.4ms em 8x supersampling, 9.3ms em 4x supersampling e 4.6ms em 2xsimamostragem para a imagem na Figura 1. Isso inclui a criação do padrão Resultado de TAA, nossa máscara de segmentação e rastreio de raio adaptativo (incluindo 1 raio de sombra por luz por raio primário). Para a exibição mostrada na Figura 3, 107.881 pixels são selecionados para o rastreamento de raio adaptativo, representando 5,2% da resolução total da imagem.
O número específico de raios identificados para o antialiasing varia de acordo com o quadro, de acordo com a máscara de segmentação. Além disso, o passe FXAA adiciona até 0,75 ms quando o quadro inteiro é novo, mas na prática é escalonado linearmente até 0, já que menos pixels são identificados para o FXAA na máscara. Em um movimento típico da câmera, menos de 5% dos pixels são selecionados para o FXAA. Nossa solução ATAA integrada opera com sucesso dentro do orçamento de quadros de 33 milissegundos para um quadro UE4 típico em todas as configurações. Operar dentro de um orçamento de quadros total de 16ms, enquanto também ray tracing sombras de 1spp na resolução da tela, é possível com as variantes 2 × e 4 × ATAA. Como o DXR é um recurso experimental do Windows 10 v1083, estamos otimistas de que o desempenho será aprimorado conforme o tempo de execução e o driver receberem importantes otimizações de lançamento. - Adam Marrs, Josef Spjut, Holger Gruen, Rahul Sathe e Morgan McGuire

A solução mais conhecida para renderização off-line é a superamostragem adaptativa. Isso era antes impraticável para renderizadores de rasterização no contexto de materiais e cenas complexas, porque não havia como rasterizar pixels esparsos com eficiência. Mesmo os rastreadores de raio GPU mais eficientes exigiam shaders duplicados e dados de cena. Enquanto o DXR resolve o desafio técnico de combinar rasterização e ray tracing, aplicar ray tracing para resolver aliasing por supersampling não é trivial: saber quais pixels superamostra quando dados somente 1spp de entrada, e reduzir o custo para algo que as escalas não são resolvidas pelo traço de raio ingenuamente

Nós demonstramos uma solução prática para este problema; tão prático que funciona dentro de um motor de jogo comercial, opera em tempo real, mesmo em hardware e software de primeira linha para rastreamento de raio em tempo real e se conecta ao pipeline completo do shader.
Onde os renderizadores de filmes escolhem os pixels para adaptar de forma adaptativa a primeira emissão de muitos raios por pixel, em vez disso, amortizamos esse custo em muitos quadros aproveitando o buffer de histórico do TAA para detectar o aliasing. Além disso, identificamos regiões grandes e transitórias de aliasing devido a desoclusões e empregamos o FXAA pós-processamento em vez de gastar raios. Essa estratégia híbrida aproveita as vantagens das mais sofisticadas estratégias de antialiasing em tempo real, mas evita suas limitações. Ao alimentar nossos resultados supersampled novamente no buffer TAA, também aumentamos a probabilidade de que esses pixels não acionem a superamostragem nos quadros subsequentes, reduzindo ainda mais o custo.