DirectX-Preview soll Speicherbedarf von Raytracing-Daten drastisch senken

Bei Raytracing kostet nicht nur das Verfolgen der Strahlen Rechenzeit. Bewegen sich Objekte oder ändern sich ihre Details, muss die Engine auch die Beschleunigungsstrukturen aktualisieren, in denen die Grafikkarte nach möglichen Treffern sucht.

Microsoft stellt dafür im Rahmen von DirectX in einem Entwicklerbeitrag zu den neuen Raytracing-Funktionen eine Vorschau vor. Microsoft spricht vom bedeutendsten Update für DirectX Raytracing seit dessen Start 2018. Das Agility SDK 1.722 ist eine Preview-Version, die Entwicklern eine API zum Erproben bietet, keine fertige Optimierung für bestehende Spiele.

Geometrie in Clustern

Bisher organisieren DirectX-Raytracing-Anwendungen die Dreiecke eines Objekts meist in einer Bottom-Level Acceleration Structure (BLAS). Ändert sich etwa ein animiertes Modell, kann deren Aktualisierung teuer werden. Clustered Geometry zerlegt die Arbeit in kleinere Einheiten: Eine Cluster Level Acceleration Structure (CLAS) umfasst höchstens 256 Dreiecke und 256 Eckpunkte. Aus Verweisen auf solche Cluster setzt die Engine eine Cluster-BLAS zusammen. Bereits erzeugte Cluster lassen sich wiederverwenden oder für andere Detailstufen neu kombinieren.

Der Kern der Neuerung liegt darin, den Aufbau und die Aktualisierung von Beschleunigungsstrukturen feiner aufzuteilen. Das soll nicht nur Rechenzeit sparen, sondern auch den Speicherbedarf der Raytracing-Daten senken. In einem Testaufbau auf einer Radeon RX 9070 sei der Speicherbedarf der Beschleunigungsstrukturen von 7519 auf 774 MiB gesunken, schreibt Microsoft. Das Unternehmen warnt jedoch ausdrücklich davor, diese Größenordnung auf Spiele zu übertragen. Gemessen wurde nur der Speicherbedarf der Raytracing-Beschleunigungsstrukturen; Texturen, Geometriepuffer und andere Speichernutzer sind darin nicht enthalten.

Nur veränderte Szenenteile bearbeiten

Die zweite Neuerung, Partitioned Top-Level Acceleration Structures (PTLAS), betrifft die übergeordnete Struktur mit den Objektinstanzen einer Szene. Bei großen Welten kann ihre Aktualisierung ins Gewicht fallen, selbst wenn sich nur wenige Instanzen verändert haben. PTLAS teilt die Szene deshalb in Bereiche auf und behält die Daten unveränderter Bereiche bei. Häufig bewegte Objekte können gesondert verwaltet werden.

In einer Domino-Demo habe ein vollständiger TLAS-Neubau 2,88 Millisekunden gedauert, berichtet Microsoft. Eine PTLAS-Aktualisierung mit 4702 lokalen Schreiboperationen habe lediglich 0,79 Millisekunden benötigt. Das anschließende Verfolgen der Strahlen sei mit PTLAS in diesem Beispiel allerdings etwas langsamer gewesen. Die Werte stammen aus einer einzelnen Demo-Konfiguration und lassen sich nicht auf die Leistung künftiger Spiele übertragen.

Mit der neuen API lassen sich zudem Argumente für den Bau der Beschleunigungsstrukturen per Compute-Shader auf der GPU erzeugen. Das soll CPU-seitige Vorbereitung reduzieren. Voneinander abhängige Schritte – etwa Cluster bauen, daraus eine BLAS zusammensetzen und anschließend die TLAS aktualisieren – benötigen weiterhin getrennte Aufrufe und Synchronisation.

Vorschau und reguläre Version

Die Raytracing-Neuerungen stecken nicht im regulären Agility SDK 1.620, sondern im Agility SDK 1.722-preview. Neue Raytracing-Hardwarefunktionen seien grundsätzlich nicht erforderlich; ob ein GPU-Modell die Erweiterungen tatsächlich erhält, entscheide jedoch die Treiberimplementierung. Als derzeit unterstützte Hardware nennt Microsoft alle Nvidia-RTX-GPUs, AMDs Radeon-RX-9000-Serie sowie Intels Arc-B-Serie und Core-Ultra-Prozessoren der Serien 200V und 3. Qualcomm will die Funktionen auf Snapdragon-X2-Plattformen bringen, Treiber sind für das erste Halbjahr 2027 geplant.

Das gleichzeitig erschienene reguläre Agility SDK 1.620 bringt unter anderem DirectX Dump Files für die Fehlersuche, wiederverwendbare Teile vorkompilierter Grafikprogramme (Partial Graphics Programs), Fence Barriers Tier 1 und neue Befehle für gebündelte Kopier- und Löschoperationen.

Für Spieler folgt aus der Ankündigung noch kein unmittelbarer Geschwindigkeitsschub. Die neuen Verfahren müssen erst in Engines und Treibern ankommen. „Gears of War: E-Day“ nutzt Cluster-Geometrie laut Microsoft bereits über Nvidias herstellerspezifische RTX-Mega-Geometry-Schnittstelle.