Raytracing – DirectX-Update senkt Speicherbedarf um 90 Prozent
Microsoft erweitert Raytracing mit zwei neuen DirectX-Technologien. Eine Vorschau zeigt bis zu 90 Prozent weniger Speicherbedarf bei Beschleunigungsstrukturen.
Microsoft hat eine umfangreiche Erweiterung für DirectX Raytracing (DXR) veröffentlicht. Das neue DirectX 12 Agility SDK 1.722 Preview richtet sich zunächst an Spieleentwickler.
Im Mittelpunkt stehen Clustered Geometry und Partitioned Top-Level Acceleration Structures (PTLAS). Wie die «PC Games Hardware» berichtet, bezeichnet Microsoft die Neuerungen als grösste Weiterentwicklung von DirectX Raytracing seit der Einführung 2018.
Beide Technologien sollen den Aufbau und die Aktualisierung komplexer Raytracing-Szenen effizienter gestalten. Davon könnten insbesondere Spiele mit detaillierter Geometrie und dynamischen Umgebungen profitieren.
Clustered Geometry reduziert den Speicherbedarf
Bisher organisieren Raytracing-Anwendungen die Dreiecke einzelner Objekte in sogenannten Bottom-Level Acceleration Structures (BLAS). Verändern sich animierte Modelle oder werden Geometriedaten nachgeladen, kann deren Aktualisierung erheblichen Aufwand verursachen.
Clustered Geometry unterteilt die Geometrie deshalb in kleinere, wiederverwendbare Einheiten. Eine Cluster Level Acceleration Structure (CLAS) umfasst maximal 256 Dreiecke und 256 Eckpunkte.
Mehrere solcher Cluster lassen sich anschliessend zu einer grösseren Struktur zusammensetzen. Bereits berechnete Einheiten können wiederverwendet und für unterschiedliche Detailstufen kombiniert werden.
Raytracing: 66-mal mehr FPS dank neuer DirectX-Technik
Das Verfahren könnte auch die Qualität der Darstellung verbessern. Entwickler können damit dieselben hochauflösenden Geometriemodelle für Rasterisierung und Raytracing verwenden.
Bisher kommen für Schatten und Spiegelungen teilweise vereinfachte Ersatzmodelle, sogenannte Proxy-Meshes, zum Einsatz. Wie die «PC Games Hardware» schreibt, demonstriert Microsoft die Vorteile anhand einer Radeon RX 9070.
In der speziell entwickelten Testszene steigt die Bildrate von 1,2 auf 79 FPS. Das entspricht einer Steigerung um ungefähr das 66-Fache. Gleichzeitig reduziert sich die Aufbauzeit der Beschleunigungsstrukturen pro Frame von 788 auf 3,11 Millisekunden.
DirectX reduziert Speicherbedarf um fast 90 Prozent
Allerdings dient ein vollständiger BLAS-Neuaufbau bei jedem Frame als Vergleich. Die Ergebnisse lassen sich deshalb nicht unmittelbar auf Spiele übertragen.
Besonders deutlich fällt die Veränderung beim Speicherbedarf aus. Die Beschleunigungsstrukturen benötigen mit Clustered Geometry nur noch 774 MiB statt 7519 MiB. Das entspricht einer Reduktion um rund 89,7 Prozent.
Allerdings berücksichtigt dieser Vergleich nicht den zusätzlichen Scratch-Speicher. Dieser temporäre GPU-Arbeitsspeicher steigt von gut 10 auf 705 MiB.
Raytracing: PTLAS senkt Speicherersparnis auf rund 80 Prozent
Wie die «Heise online» erläutert, sinkt die gesamte Speicherersparnis einschliesslich Scratch-Speicher auf ungefähr 80 Prozent. Texturen, Geometriepuffer und weitere Speicherressourcen sind dabei nicht berücksichtigt.
Die zweite Neuerung heisst Partitioned Top-Level Acceleration Structures, kurz PTLAS. Sie optimiert die Verwaltung der übergeordneten Beschleunigungsstruktur einer vollständigen Szene.
Gerade grosse Spielwelten enthalten häufig Tausende bewegliche oder veränderliche Objektinstanzen. Bisher konnte bereits eine kleine Veränderung einen umfangreichen Neuaufbau der TLAS erforderlich machen.
PTLAS beschleunigt Raytracing durch gezielte Szenenaktualisierung
PTLAS unterteilt die Szene deshalb in räumliche Bereiche und aktualisiert ausschliesslich veränderte Partitionen. Unveränderte Bereiche behalten ihre bereits berechneten Daten.
In Microsofts Domino-Demonstration werden 4702 Instanzen gezielt aktualisiert. Die benötigte Aufbauzeit sinkt dabei von 2,88 auf 0,79 Millisekunden.
Das anschliessende Raytracing fällt geringfügig langsamer aus, wie die «Hardwareluxx» berichtet. Zusätzliche Hardwarefunktionen sind grundsätzlich nicht erforderlich.
Wann profitieren Spieler von den Neuerungen?
Noch handelt es sich um eine Entwicklervorschau und nicht um eine fertige Optimierung für bestehende Spiele. Entwickler benötigen das Agility SDK 1.722 Preview sowie kompatible Grafiktreiber und müssen die neuen Schnittstellen integrieren.
Unter Windows muss derzeit ausserdem der Entwicklermodus aktiviert sein. Einen ersten Anwendungsfall gibt es bereits bei «Gears of War: E-Day».
Das Spiel nutzt Cluster-Geometrie über Nvidias herstellerspezifische Schnittstelle RTX Mega Geometry. Die neue DirectX-Schnittstelle soll vergleichbare Ansätze künftig auch anderen GPU-Herstellern zugänglich machen.
