Metro Exodus Enhanced Edition, una gioia per gli occhi: analisi prestazioni e grafica

Metro Exodus, così come i precedenti giochi della serie sviluppata da 4A Games, è un punto di riferimento per gli articoli di analisi tecnica sulla grafica dei videogiochi e i benchmark delle schede video. Questo per via dell'attenzione che gli sviluppatori ucraini mettono sull'aspetto tecnico e per la presenza in tutti i giochi della serie di un tool di benchmarking molto versatile e completo di opzioni e funzionalità.

Adesso Metro Exodus (un gioco che originariamente è stato rilasciato due anni fa) raddoppia con la Enhanced Edition, una versione del titolo che migliora la resa grafica grazie a nuove tecniche di Ray Tracing e altre ottimizzazioni. Come vedremo, in particolare, è la capacità di gestire la cosiddetta illuminazione indiretta a rendere più unica che rara l'implementazione del Ray Tracing di Metro Exodus Enhanced Edition. La nuova versione è gratuita per tutti i possessori del gioco originale su Epic Games Store e su Steam, e funziona solamente in presenza di schede video con implementazione in hardware del Ray Tracing, e quindi non è compatibile con schede video che non rientrano nelle famiglie GeForce RTX o Radeon RX 6000.

Aspetto molto importante per poter capire la nostra analisi tecnica è quello legato all'impossibilità di disabilitare il Ray Tracing. A differenza dei normali titoli, infatti, Metro Exodus Enhanced Edition non prevede una modalità non-Ray Tracing, e questo vuol dire che non è possibile fare confronti prestazionali con Ray Tracing abilitato o meno. Abbiamo dunque confrontato le immagini di Metro Exodus Enhanced Edition con quelle della versione originale di Metro Exodus con Ray Tracing abilitato.

Metro Exodus è basato sul motore grafico 4A Engine, originariamente sviluppato in Ucraina da un gruppo di programmatori che avevano lasciato GSC Game World subito dopo il rilascio di S.T.A.L.K.E.R.: Shadow of Chernobyl. Nello specifico, si tratta di Oles Shishkovtsov e Oleksandr Maksimchuk, i quali hanno lavorato sullo sviluppo dell'X-Ray Engine che muove i giochi della serie S.T.A.L.K.E.R.

Come i predecessori, anche l'ultimo capitolo di Metro presenta scenari di gioco oscuri, dove spesso prevalgono le tenebre, penetrate da timidi raggi di luce. Sono le condizioni ideali per il Ray Tracing, il quale ha semplificato molto il lavoro degli sviluppatori e potenziato la versione PC del gioco. Questo tipo di gestione della luce ha permesso agli autori di aumentare il livello di tensione del giocatore e creare una maggiore immedesimazione nell'azione di gioco. Il Ray Tracing può nascondere alcune creature all'interno di ombre molto profonde o affascinare il giocatore con tramonti brillanti, migliorando la sensazione di esserci durante l'esplorazione.

Se la versione originale di Metro Exodus usava il Ray Tracing per l'illuminazione globale e poco altro, questa Enhanced Edition fa un uso molto più articolato della tecnica di rendering. Come abbiamo avuto modo di verificare, ci sono differenze alla grafica talmente importanti che si potrebbe parlare di un gioco nuovo piuttosto che di una semplice rivisitazione di qualcosa di esistente. Non solo l'illuminazione globale è differente e il numero di rimbalzi della luce calcolati in tempo reale è aumentato in maniera considerevole, ma adesso in Metro Exodus anche i riflessi sulle superfici liquide sono Ray Traced.

Non si tratta ancora di un'implementazione del Ray Tracing completa, o di Path Tracing, ma di un ibrido tra metodi di rasterizzazione di precedente generazione e Ray Tracing. Metro Exodus Enhanced Edition, così come il Metro Exodus originale, usa la rasterizzazione per determinare quali sono i raggi primari proiettati a partire dal punto di osservazione. Le posizioni così ottenute vengono inviate all'equazione che simula l'illuminazione nella scena per generare l'illuminazione diretta su una data superficie.

Mentre la versione originale di Metro Exodus gestiva solamente due sorgenti di luce reali, ovvero il sole e il cielo, e da queste realizzava l'illuminazione globale (RTGI, Real Time Global Illumination) Metro Exodus Enhanced Edition aggiunge al calcolo i dati provenienti da un numero massimo di 256 sorgenti di luce che possono essere luci spot o radiali. Ognuna di esse porta in dote la propria mappa di ombre. A tutto questo vanno aggiunte le superfici emissive, ovvero talmente riflettenti da poter essere considerate sorgenti luminose indipendenti. Originariamente introdotte dal DLC The Two Colonels, con la Enhanced Edition le superfici emissive possono trovarsi in qualsiasi punto del gioco.

Ma la vera, grande innovazione realizzata da 4A Games è la cosiddetta DDGI o Dynamic Diffuse Global Illumination. Sviluppata congiuntamente a NVIDIA e basata sull'SDK RTXGI, la DDGI trasforma l'illuminazione globale Ray Traced a rimbalzo singolo in illuminazione a rimbalzo multiplo, potenzialmente infinito. Questo vuol dire che i rimbalzi della luce a partire dal secondo rimbalzo vengono calcolati in tempo reale tramite l'algoritmo di Ray Tracing. In questo modo tutti i rimbalzi successivi al primo si influenzano tra di loro, il che aumenta considerevolmente la fedeltà della luce e dell'intera scena, come vedremo bene tra qualche paragrafo. Ricapitolando, dunque, Metro Exodus Enhanced Edition tiene conto di un raggio di campionamento diffuso intorno alla posizione

Partiamo dalle prestazioni. Come prevedibile, e ricordandosi che Metro Exodus Enhanced Edition è un gioco solo-Ray Tracing, le schede della famiglia GeForce RTX si comportano decisamente meglio rispetto alle corrispettive Radeon RX.

Non solo la RTX 3090 è sensibilmente in testa, ma anche la 3080 è stabilmente avanti alla 6900 XT a tutte le risoluzioni. La RTX 3070 batte la RX 6800 e la RTX 3060 Ti è avanti rispetto alla 6700 XT. Il divario si fa ancora più marcato se abilitiamo il DLSS, l'algoritmo che sfrutta tecniche di intelligenza artificiale per permettere al gioco di beneficiare di rendering eseguiti a monte e migliorare le prestazioni. Non si perde in qualità (approfondimento dopo) e funziona solo su hardware con supporto RTX.

Ma vediamo sul piano qualitativo come la Enhanced Edition migliora la versione di base di Metro Exodus. Analizziamo la Dynamic Diffuse Global Illumination la quale, facendo interagire tra di loro i rimbalzi della luce successivi a quello iniziale, migliora notevolmente l'illuminazione indiretta della scena.

A sinistra Metro Exodus, a destra Metro Exodus Enhanced Edition. Questo confronto fa capire bene di cosa stiamo parlando. Mentre la distribuzione della luce sul maglione e sul volto di Anna nella versione originale di Metro Exodus è lineare, nella Enhanced Edition differisce a seconda della struttura poligonale del modello. L'illuminazione in ciascun punto viene calcolata sulla base delle tante variabili che in tempo reale sussistono nella scena ed è sempre diversa con DDGI. Naturalmente in questo modo abbiamo una profondità e un livello di fedeltà semplicemente impossibili senza Ray Tracing.

Un maggior numero di punti della scena, inoltre, è sottoposto a illuminazione, segno che è stato calcolato un numero di rimbalzi maggiore. Non solo l'intera scena è più luminosa, ma il nuovo sistema di illuminazione conferisce un aspetto più realistico, rendendo l'esperienza single player tipica di un gioco come Metro Exodus molto più intensa.

A sinistra Metro Exodus, a destra Metro Exodus Enhanced Edition. Anche questo confronto è molto interessante. La Enhanced Edition si conferma quasi come un gioco diverso sul piano della grafica, e questo non riguarda solo il Ray Tracing. La vegetazione sembra molto più fitta e dettagliata, mentre il Ray Tracing rende le illuminazioni più corpose e le nuvole nel cielo più realistiche. I loro confini sono più sfumati e morbidi.

A sinistra Metro Exodus, a destra Metro Exodus Enhanced Edition. Anche qui notiamo come la distribuzione della luce sia molto meno omogenea e la pelle della ragazza e il tavolo siano molto più realistici.

A sinistra Metro Exodus, a destra Metro Exodus Enhanced Edition. Questo confronto evidenzia ancora una volta come il sistema di illuminazione della Enhanced Edition sia completamente diverso rispetto a quello del Metro Exodus originale. Le differenze sono impressionanti, visto che il Ray Tracing originale alterava massicciamente i colori. Con DDGI la luce, e conseguentemente l'intero scenario, è molto più realistica e opportunamente soffusa.

A sinistra Metro Exodus, a destra Metro Exodus Enhanced Edition. Anche qui è impressionante il numero di oggetti sottoposto a illuminazione rispetto alla scena originale, molto più buia. Addirittura nella scena originale il volto di Anna non è illuminato, ma se osservate bene molti altri punti della schermata rimangono scuri, mentre con DDGI sono realisticamente illuminati.

Non si può che concludere che il Ray Tracing che tiene conto di un alto numero di rimbalzi della luce e della cosiddetta illuminazione indiretta rende le scene molto più realistiche. Non è un aspetto secondario, perché la tecnica di rendering può in questo modo rendere le esperienze virtuali molto più realistiche e coinvolgenti, potenzialmente offrendo la possibilità di giocare in mondi virtuali fotorealistici.

Passiamo ai riflessi. Come detto, nel gioco originale il Ray Tracing si fermava all'illuminazione globale diretta, mentre i riflessi erano gestiti con Screen Space Reflections (SSR). In Metro Exodus Enhanced Edition abbiamo i riflessi Ray Traced, anche se si può optare per i riflessi originali (vengono definiti "ibridi" nel menù delle opzioni di gioco). La principale differenza consiste nel fatto che i riflessi Ray Traced tengono conto degli oggetti che si trovano fuori dalla schermata di gioco, mentre con SSR solamente gli oggetti visibili generano riflessi.

Storicamente gli sviluppatori, per ovviare ai limiti delle tecniche di rendering pre-Ray Tracing, hanno usato soluzioni di illuminazione statica come cube mapping. Fondamentalmente si preparavano i riflessi offline, a monte dell'elaborazione del gioco in tempo reale, e poi si cucivano all'interno di texture statiche. Naturalmente, in questo modo non era possibile modificare dinamicamente l'illuminazione delle scene di gioco e gli elementi dinamici non potevano generare riflessi.

Le tecniche di rendering statiche del passato saranno definitivamente mandate in pensione dal Ray Tracing. Non solo tutto sarà simulato in tempo reale e fedelmente rispetto a ciò che avviene nella scena, ma le installazioni dei giochi saranno di dimensioni minori visto che non sarà necessario usare un alto numero di texture come capita con le tecniche di illuminazione statica.

A sinistra Riflessi Ibridi, a destra Riflessi Ray Traced. I confronti mostrano chiaramente che con i riflessi Ray Traced un maggior numero di oggetti viene riflesso, e i riflessi sono più definiti e completi.

Metro Exodus Enhanced Edition, oltre alle due voci per i riflessi appena viste, consente di scegliere fra tre impostazioni di qualità per il Ray Tracing, con differenze qualitative minime.

Le impostazioni di Ray Tracing di qualità più alta sembrano processare un maggior numero di rimbalzi della luce, con la conseguenza che più oggetti all'interno della scena sono sottoposti a illuminazione. Inoltre, nel secondo confronto possiamo verificare come il bordo delle aree illuminate sia sfumato in maniera più realistica.

Ed ecco l'impatto sulle prestazioni delle varie opzioni di Ray Tracing disponibili in Metro Exodus Enhanced Edition.

Come sempre accade in un gioco sviluppato con il supporto di NVIDIA, quando il Ray Tracing taglia le prestazioni subentra in aiuto il DLSS. NVIDIA ha collaborato con 4A Games e il produttore di Metro Exodus, Deep Silver, affinché il DLSS 2.0 fosse presente nella Enhanced Edition. Si tratta di una tecnologia basata sull'intelligenza artificiale che migliora notevolmente le prestazioni senza compromettere la qualità delle immagini. La versione 2.0 del DLSS apporta miglioramenti significativi attraverso un incremento delle potenzialità della rete neurale di deep learning su cui la tecnica è basata. Questo si traduce in miglioramenti qualitativi e prestazionali, permettendo di giocare con una RTX 3080 in 4K con Ray Tracing Dynamic Diffuse Global Illumination abilitato ad almeno 60 frame per secondo.

La Enhanced Edition mette a disposizione quattro modalità di DLSS, Prestazioni Ultra, Prestazioni, Bilanciato e Qualità. Solo Prestazioni Ultra degrada leggermente il dettaglio visivo, mentre le altre opzioni preservano fondamentalmente la qualità che abbiamo con DLSS disabilitato (ma molte meno prestazioni).

Metro Exodus mette a disposizione dei giocatori 5 preset per la qualità della grafica dove alla voce "Estrema", come di consuetudine per i giochi della serie Metro, corrisponde un settaggio che fa un uso massiccio di shader senza benefici grafici. Il motore scala texture, vegetazione e soprattutto qualità delle ombre in modo da ridurre il dettaglio e consentire anche alle configurazioni meno performanti di far girare Metro Exodus.

Metro Exodus Enhanced Edition, poi, supporta la tecnologia di Variable Rate Shading (VRS). Questa tecnologia migliora l'efficienza dell'elaborazione, permettendo agli sviluppatori di semplificare i carichi di lavoro della GPU ogni volta che non sono necessari calcoli di precisione più elevata. Questo permette agli sviluppatori di stanziare le risorse residue della GPU su altre operazioni, il tutto senza compromettere la qualità della grafica.

Per concludere, Metro Exodus Enhanced Edition è un esperimento molto interessante. Per la prima volta, ci viene offerta un'idea concreta del potenziale dell'illuminazione diretta. NVIDIA e 4A Games hanno tarato l'algoritmo di Ray Tracing in modo che i raggi di luce successivi al primo possano interagire tra di loro e che la scena possa godere di un alto numero di rimbalzi di luce. Con DLSS, inoltre, tutto questo non ha un impatto devastante sulle prestazioni.

Il Ray Tracing migliora la fedeltà della scena e consente di godersi questa già immersiva esperienza single player in maniera ancora più coinvolgente. Se non ci avete ancora giocato, è arrivata l'occasione migliore per farlo, a patto di avere la scheda video giusta!