Gears of War: E-Day posúva Unreal Engine 5 ďalej, Digital Foundry rozobralo MegaLights, ray tracing aj výkon konzol

The Coalition spolu s Epicom posunuli viaceré experimentálne technológie Unreal Engine 5 do reálnej hry. Výsledkom je jedna z technologicky najpokročilejších konzolových hier súčasnosti, aj keď výkon ešte nie je všade bez problémov.

Digital Foundry sa detailne pozrelo na technickú stránku Gears of War: E-Day a hra podľa nich predstavuje jeden z najväčších technologických posunov Unreal Engine 5 za posledné roky. Hoci sa samotný titul vracia ku koreňom série a prináša uzemnenejší prequel, z technologického pohľadu ide opačným smerom. The Coalition pri vývoji úzko spolupracovalo s Epic Games a pomohlo dostať viacero experimentálnych technológií do produkčného stavu.

MegaLights prináša tisíce svetiel s tieňmi

Najväčšou novinkou je MegaLights, nový ray tracingový systém Unreal Engine 5 určený pre priame osvetlenie. Kým Gears 5 zvládal približne tri svetlá vrhajúce tiene a pri E-Day sa pôvodne počítalo približne so šiestimi až desiatimi, MegaLights túto hranicu prakticky ruší.

Scény tak môžu obsahovať tisíce svetiel vrhajúcich tiene. Systém používa fixný počet ray tracingových vzoriek na pixel, takže náročnosť nerastie priamo s počtom svetelných zdrojov. Výrazne sa to prejavuje najmä v nočných scénach, kde môžu tiene vrhať pouličné lampy, policajné majáky, baterky, sanitky alebo ďalšie menšie svetlá.

MegaLights zároveň umožňuje realistickejšie mäkké tiene. Ich ostrosť a šírka sa menia podľa vzdialenosti objektu od svetelného zdroja a jeho veľkosti, čo je pri klasických shadow mapách podstatne náročnejšie simulovať. Zaujímavosťou sú aj záblesky zo zbraní, ktoré v E-Day dokážu reálne osvetľovať prostredie a vrhať tiene, a to pri hráčovi aj nepriateľoch.

The Coalition pritom systém výrazne optimalizovalo spolu s Epic Games. Keď Epic technológiu prvýkrát ukazoval v roku 2024, demonštrácia bežala na PS5 pri približne 1080p a 30 fps. Vývojári Gears však systém optimalizovali natoľko, že podľa technickej riaditeľky Kate Rayner je dnes viac než dvakrát rýchlejší a E-Day ho dokáže používať aj pri cieli 60 fps na konzolách.

Hardvérový Lumen vo všetkých režimoch

Gears of War: E-Day používa hardvérový ray tracing na PC aj konzolách vo všetkých grafických režimoch. Hardware Lumen zabezpečuje nepriame osvetlenie a ray tracingové odrazy, pričom v odrazoch sa môžu zobrazovať aj animované postavy.

Hra pôvodne kombinovala software a hardware Lumen podľa dostupného hardvéru. The Coalition však nakoniec softvérové riešenie úplne odstránilo. Jeho distance fields zaberali pamäť, komplikovali vývoj a zároveň vytvárali ďalšie výkonnostné náklady. Vývojári tak dospeli k pomerne nezvyčajnému záveru, že pre E-Day bolo použitie hardvérového ray tracingu v konečnom dôsledku aj optimalizáciou výkonu.

Hardware Lumen sa stará aj o globálne osvetlenie, vrátane sekundárneho odrazu svetla od prostredia. Do GI dokáže prispievať napríklad aj baterka hráča.

Mega Geometry pridáva detailnejší ray tracing na Nvidia kartách

Na podporovaných Nvidia GPU môže E-Day používať aj Mega Geometry. Ide o technológiu, ktorá umožňuje ray tracingu pracovať s výrazne detailnejšou geometriou.

The Coalition ju v E-Day používa na zvýšenie komplexnosti ray tracingovej geometrie približne 50 až 100-násobne. RT reprezentácia sa tak môže prakticky zhodovať s detailnosťou Nanite modelov použitých pri rasterizácii. Výsledkom sú presnejšie tiene aj odrazy.

Nanite už nie je len na prostredie

Ďalšou výraznou novinkou je Nanite Skinning. E-Day používa Nanite nielen na statické prostredie, ale aj na animované postavy, čo zatiaľ veľké Unreal Engine 5 hry prakticky nerobili.

The Coalition kvôli tomu kompletne prepracovalo svoj systém postáv. Hlavné postavy nepoužívajú MetaHuman a tím vytvoril vlastné rigy, morph targets a shadery.

Hlavné rozdiely oproti Gears 5:

• hlavné postavy v Gears 5 mali približne 75-tisíc trojuholníkov,
• v E-Day majú približne 300-tisíc trojuholníkov,
• počet kostí bol približne strojnásobený,
• približne strojnásobený bol aj počet morph targets,
• postavy dostali detailnejšie mimické animácie,
• pribudol nový systém vlasov,
• krv a špina sa môžu postupne meniť podľa konkrétnej scény alebo stavu postavy.

Výsledkom sú detailnejšie modely, ktoré si zachovávajú vysokú kvalitu aj pri pohľade zblízka bez viditeľného prepínania medzi klasickými LOD modelmi.

Prepracovaná deštrukcia aj animácie

E-Day prináša aj nový systém deštrukcie. Niektoré kryty a objekty môžu byť úplne zničiteľné, iné sa postupne odlamujú alebo dostávajú povrchové poškodenie. Sklo reaguje na jednotlivé zásahy vytváraním dier a prasklín a vo vybraných scénach sa objavuje aj rozsiahlejšia deštrukcia prostredia.

Zaujímavosťou je, že hardvérový ray tracing sa v niektorých prípadoch používa dokonca aj pri výpočte kolízií častíc.

Animácie využívajú motion matching, ktorý podľa aktuálneho pohybu, vstupu hráča a pózy automaticky hľadá najvhodnejšiu animáciu v databáze a plynulo medzi nimi prechádza. Digital Foundry hodnotí výsledok veľmi dobre, keďže postavy pôsobia prirodzene a ovládanie zároveň zostáva responzívne.

Xbox Series X ponúka tri režimy

Na Xbox Series X si hráči môžu vybrať Performance, Balanced alebo Quality režim.

• Performance: približne 936p interne, cieľom je 60 fps.
• Balanced: približne 1000p interne, cieľom je 40 fps a vyžaduje 120 Hz výstup.
• Quality: približne 1152p interne, cieľom je 30 fps.

Vo všetkých prípadoch ide o dynamické rozlíšenie a výsledný obraz sa rekonštruuje pomocou Temporal Super Resolution. Digital Foundry hodnotí kvalitu obrazu celkovo dobre, hoci 60 fps režim je viditeľne mäkší.

Quality režim prináša navyše ray tracingové Lumen odrazy na priesvitných materiáloch, strand-based vlasy hlavných postáv a v niektorých prípadoch kvalitnejšie tiene. Performance režim používa MegaLights agresívnejšie a v diaľke môže obmedzovať napríklad hustotu vegetácie.

60 fps nie je vždy úplne stabilných

Performance režim na Series X dokáže vo veľkej časti hry držať 60 fps. Najlepšie funguje v klasických lineárnych pasážach, kde sú prepady minimálne.

Problémy sa začínajú objavovať v rozsiahlejších mestských oblastiach. E-Day síce nie je otvorený svet, ale približne polovica hry podľa Digital Foundry obsahuje väčšie priestory, v ktorých sa hráč môže medzi úlohami pohybovať voľnejšie.

Práve tu sa objavujú pravidelné frametime špičky a príležitostne aj dlhšie prepady. The Coalition označilo za problematické najmä streamovanie, správu pamäte a CPU náročnosť týchto scén.

Digital Foundry preto odporúča kombináciu 120 Hz výstupu a VRR, ktorá dokáže veľkú časť týchto problémov zmierniť. Balanced režim väčšinu času stabilne drží 40 fps, aj keď aj tu sa môžu objaviť prepady vo väčších lokalitách. Quality režim je pri 30 fps ešte stabilnejší.

Testovanie však prebehlo ešte pred vydaním day-one patchu, takže finálna verzia hry môže mať menšie zlepšenia výkonu.

Xbox Series S musel robiť väčšie kompromisy

Series S predstavoval pre The Coalition výrazne náročnejšiu optimalizačnú úlohu. Najväčším problémom nebol samotný procesor, ale dostupná pamäť.

Interné rozlíšenia jednotlivých režimov sú približne:

• Performance: 576p,
• Balanced: 648p,
• Quality: 792p.

Napriek týmto nízkym hodnotám Digital Foundry hodnotí výsledný obraz vďaka TSR ako relatívne čistý.

Performance režim však výraznejšie obmedzuje grafiku:

• úplne vypína Lumen reflections,
• znižuje kvalitu MegaLights,
• vypína osvetlenie od zábleskov zo zbraní,
• znižuje kvalitu globálneho osvetlenia,
• redukuje vegetáciu,
• obmedzuje niektoré ďalšie efekty.

Balanced a Quality režimy zachovávajú viac grafických funkcií, strand-based vlasy však Series S nepoužíva.

SSD na Series S funguje aj ako rozšírená pamäť

The Coalition spolupracovalo s Xbox platform tímom aj Advanced Technology Group na nezvyčajnom riešení nedostatku RAM na Series S.

Vývojári využívajú NVMe SSD ako súčasť rozšírenej pamäťovej hierarchie. Systém dokáže automaticky identifikovať dáta, ktoré nie sú potrebné každý frame, a presunúť ich na SSD. Týmto spôsobom dokázali vývojári efektívne rozšíriť dostupnú pamäť hry približne o jeden gigabajt bez viditeľného dopadu na výkon.

Výkon Series S však zostáva slabším miestom hry. Performance režim má častejšie prepady a záseky, niektoré presahujú 100 ms. Balanced režim mieri na 40 fps, ale v otvorenejších lokalitách tiež stráca výkon. Aj Quality režim môže v náročných oblastiach trpieť stutterom a prepadmi.

Použitie 120 Hz výstupu s VRR situáciu výrazne zlepšuje, ale problémy úplne neodstraňuje.

Jeden z technologicky najpokročilejších Unreal Engine 5 titulov

Digital Foundry nakoniec Gears of War: E-Day označuje za jednu z vizuálne najpôsobivejších Unreal Engine hier. The Coalition počas vývoja priamo pomáhalo Epic Games optimalizovať a rozvíjať technológie, ktoré boli pôvodne iba experimentálnymi funkciami enginu.

Časť práce vytvorenej pre E-Day sa následne dostala späť do hlavnej vetvy Unreal Engine 5, takže z nej budú môcť ťažiť aj ďalší vývojári.

E-Day pritom kombinuje:

• hardvérové RT globálne osvetlenie,
• ray tracingové odrazy,
• MegaLights pre priame osvetlenie,
• Nanite prostredie,
• Nanite postavy,
• detailnú deštrukciu,
• motion matching,
• a na výkonnejších PC aj Mega Geometry.

To všetko dokáže hra na Series X ponúknuť aj s cieľom 60 fps. Slabinou zostávajú frametime problémy v rozsiahlejších oblastiach a výraznejšie kompromisy na Xbox Series S. Z technologického pohľadu však Digital Foundry vidí E-Day prakticky ako ďalšiu evolučnú fázu Unreal Engine 5 v AAA hrách.