Daftar singkat teknik rendering yang digunakan dalam game AAA modern

Oleh Oleg Sidorkin, CTO dan Co-Founder Cinevva

Jika Anda membedah pipeline rendering sebuah game AAA tahun 2026, sebagian besar hal yang ditemukan dapat ditelusuri kembali ke sejumlah kecil teknik yang digunakan oleh berbagai studio. Namanya berbeda-beda di setiap engine, tetapi gagasannya sama. Berikut daftar singkat teknik yang benar-benar bekerja di layar, lengkap dengan ilustrasi dan beberapa referensi teknis mendalam untuk masing-masing teknik.

1. Rendering berbasis fisika (PBR)

Material dideskripsikan melalui tekstur albedo, kekasaran, metalik, normal, dan oklusi ambien, lalu disinari oleh shader yang mempertahankan energi (spekular Cook-Torrance serta difus Lambertian atau Disney). Ini adalah standar dasar yang diasumsikan oleh setiap engine AAA modern. Jika sebuah permukaan tampak konsisten di bawah sinar matahari, cahaya lampu, dan senter, PBR adalah alasannya.

Pembahasan mendalam:

• Burley, Shading Berbasis Fisika di Disney (catatan kursus "Disney BRDF" asli, SIGGRAPH 2012).
• Karis, Shading Nyata di Unreal Engine 4 (SIGGRAPH 2013, presentasi PBR UE4 yang menjadi acuan).
• Lagarde dan de Rousiers, Memindahkan Frostbite ke Rendering Berbasis Fisika 3.0 (SIGGRAPH 2014, pipeline Frostbite lengkap).
• Real-Time Rendering, edisi ke-4, bab 9 (referensi buku teks).

2. Deferred shading dan visibility-buffer shading

Geometri terlebih dahulu menulis atribut (normal, ID material, kedalaman) ke dalam G-buffer atau visibility buffer. Pencahayaan dijalankan sebagai pass layar penuh yang membaca buffer tersebut dan melakukan shading pada setiap piksel satu kali. Visibility buffer (yang digunakan oleh Nanite dan teknologi serupa) mengembangkan pendekatan ini lebih lanjut dengan hanya menyimpan ID segitiga, kemudian menghitung parameter material per piksel pada tahap berikutnya. Hal ini menjaga biaya overdraw tetap rendah pada geometri yang padat.

Pembahasan mendalam:

• Engel, Deferred Shading (NVIDIA, presentasi yang menjadi landasan).
• Burns dan Hunt, Visibility Buffer: Pendekatan Ramah Cache untuk Deferred Shading (JCGT 2013, makalah visibility buffer asli).
• Wihlidal, "Mengoptimalkan Pipeline Grafis dengan Compute" (GDC 2016, jalur deferred berbasis compute milik Frostbite).
• Karis, Stubbe, Wihlidal, Pembahasan Mendalam Geometri Tervirtualisasi Nanite (SIGGRAPH 2021, mencakup visibility buffer Nanite secara mendetail).

3. Geometri tervirtualisasi (gaya Nanite)

Mesh diproses terlebih dahulu menjadi hierarki cluster. Saat runtime, GPU melakukan streaming dan memilih cluster pada resolusi yang sesuai dengan setiap piksel, sehingga Anda mendapatkan detail akurat hingga tingkat subpiksel tanpa LOD manual. Nanite dari Unreal adalah contoh yang paling dikenal. Engine lain kini juga menyediakan variannya masing-masing. Hasil praktisnya adalah aset berkualitas film secara real-time tanpa perlu membuat LOD secara manual.

Pembahasan mendalam:

• Karis, Stubbe, Wihlidal, Pembahasan Mendalam Geometri Tervirtualisasi Nanite (SIGGRAPH 2021).
• Brian Karis, Presentasi Nanite di GDC 2021 (penjelasan video yang mudah diikuti).
• Liktor, Arsitektur Pipeline Rendering Geometri di Activision (rendering berbasis cluster, 2021).
• Schied et al., Pemfilteran Berpanduan Varians Spasiotemporal (teknik culling cluster terkait).

4. Ray tracing real-time untuk bayangan, pantulan, dan AO

Ray tracing berbasis perangkat keras (DXR, Vulkan RT) menelusuri sinar bayangan, sinar pantulan cermin dan mengilap, serta sinar oklusi ambien terhadap BVH yang dibuat pada setiap frame. Bahkan beberapa sinar per piksel mampu mengungguli teknik screen-space, terutama untuk pantulan objek di luar layar dan bayangan kontak. Sebagian besar game menggunakannya secara selektif, bukan untuk segala hal.

Pembahasan mendalam:

• Microsoft, Spesifikasi Fungsional DirectX Raytracing (DXR) (referensi API).
• Wyman, Pengantar DirectX Raytracing (catatan kursus SIGGRAPH yang sangat mudah dipahami).
• Boksansky dan Marrs, Ray Tracing Gems II, bab 17–19 (PDF gratis, teknik DXR modern).
• Stachowiak, Pantulan Screen-Space Stokastik (Frostbite, jembatan dari SSR menuju RT).

5. Ray tracing berbasis perangkat lunak (gaya Lumen)

Tidak semua pemain memiliki kartu RTX, sehingga engine juga menyediakan fallback berbasis distance field atau surface cache. Lumen dari Unreal, misalnya, melakukan tracing terhadap signed distance field dan surface cache untuk menghasilkan GI difus berbiaya rendah, lalu hanya beralih ke sinar berbasis perangkat keras saat diperlukan. Inilah cara game AAA menghadirkan “tampilan ray tracing” pada konsol.

Pembahasan mendalam:

• Wright et al., Lumen: Iluminasi Global Real-Time di Unreal Engine 5 (SIGGRAPH 2022, makalah Lumen).
• Epic Games, Detail Teknis Lumen (dokumentasi engine resmi).
• Wright, Radiance Caching untuk Iluminasi Global Real-Time (SIGGRAPH 2021).
• Wright, Presentasi Lumen di GDC 2022 (versi video).

6. ReSTIR dan reservoir sampling

Untuk pencahayaan langsung dan tidak langsung dengan ribuan sumber cahaya, ReSTIR (Reservoir Spatio-Temporal Importance Resampling) menggunakan kembali sampel cahaya antarpiksel dan antarframe. Inilah cara game seperti Cyberpunk 2077 dengan Path Tracing menjaga noise tetap rendah hanya dengan satu atau dua sinar per piksel. Teknik ini diperkirakan akan muncul di lebih banyak engine seiring path tracing menjadi target untuk perangkat kelas atas.

Pembahasan mendalam:

• Bitterli et al., Reservoir Resampling Spasiotemporal untuk Ray Tracing Real-Time dengan Pencahayaan Langsung Dinamis (SIGGRAPH 2020, makalah ReSTIR asli).
• Ouyang et al., ReSTIR GI: Path Resampling untuk Path Tracing Real-Time (HPG 2021, ReSTIR untuk iluminasi tidak langsung).
• Lin et al., Generalized Resampled Importance Sampling (SIGGRAPH 2022, landasan matematisnya).
• NVIDIA, Pembahasan Teknis Mendalam Path Tracing Cyberpunk 2077 (blog engineering).

7. Awan volumetrik, kabut, dan atmosfer

Langit dirender dengan ray marching melalui noise 3D dan volume densitas. Atmosfer menggunakan tabel scattering yang telah dihitung sebelumnya (gaya Bruneton) untuk transisi matahari dan bulan. Kabut menggunakan grid froxel (bayangkan tekstur 3D yang diselaraskan dengan frustum pandangan) untuk menangkap pencahayaan lokal. Jika digabungkan, teknik-teknik ini menghadirkan “cuaca sebagai sebuah sistem”, bukan sekadar skybox.

Pembahasan mendalam:

• Schneider, Bentang Awan Volumetrik Real-Time di Horizon Zero Dawn (SIGGRAPH 2015, referensi awan yang menjadi acuan).
• Hillaire, Teknik Rendering Langit dan Atmosfer yang Skalabel dan Siap Produksi (EGSR 2020, penerus modern Bruneton yang digunakan di UE5).
• Wronski, Kabut Volumetrik: Solusi Terpadu Berbasis Compute Shader untuk Atmospheric Scattering (SIGGRAPH 2014, kabut froxel Assassin's Creed 4).
• Hillaire, Rendering Volumetrik Terpadu dan Berbasis Fisika di Frostbite (SIGGRAPH 2015).

8. Cascaded shadow maps dan virtual shadow maps

Untuk bayangan matahari, cascaded shadow maps membagi frustum menjadi beberapa rentang dan merender setiap rentang pada resolusi yang sesuai. Virtual shadow maps melangkah lebih jauh: satu shadow map berukuran sangat besar dibagi menjadi halaman-halaman, dan hanya halaman yang terlihat dari kamera yang dirender. Dengan cara ini, game AAA dapat mempertahankan bayangan yang tajam di dekat pemain tanpa membutuhkan memori dalam jumlah sangat besar.

Pembahasan mendalam:

• Dimitrov, Cascaded Shadow Maps (whitepaper NVIDIA, referensi standar).
• Microsoft, Teknik Umum untuk Meningkatkan Shadow Depth Maps (dokumentasi DirectX).
• Wright, Virtual Shadow Maps di Fortnite Battle Royale Bab 4 (SIGGRAPH 2023, presentasi VSM UE5).
• Epic Games, Dokumentasi Virtual Shadow Maps.

9. Efek screen-space (SSAO, SSR, SSGI, SSSSS)

Dengan membaca buffer kedalaman dan normal secara efisien, Anda dapat memperoleh oklusi ambien (SSAO), pantulan (SSR), iluminasi global satu pantulan (SSGI), serta subsurface scattering untuk kulit (SSSSS). Teknik-teknik ini tidak dapat menangkap detail di luar layar, sehingga ray tracing mulai menggantikannya. Meski demikian, semuanya masih digunakan secara luas sebagai solusi dasar yang cepat.

Pembahasan mendalam:

• Mittring, Menemukan Generasi Berikutnya: CryENGINE 2 (SIGGRAPH 2007, makalah SSAO asli).
• McGuire et al., Scalable Ambient Obscurance (HPG 2012, SSAO modern).
• Stachowiak dan Uludag, Pantulan Screen-Space Stokastik (Frostbite, referensi SSR).
• Jimenez, Separable Subsurface Scattering (teknik yang digunakan untuk kulit di sebagian besar engine AAA).
• Mara et al., Deep Screen Space (Activision, salah satu cikal bakal SSGI).

10. Temporal anti-aliasing dan peningkatan resolusi berbasis ML (DLSS, FSR, XeSS)

Frame dirender pada resolusi internal yang lebih rendah, lalu direkonstruksi menggunakan vektor gerakan, kedalaman, dan riwayat frame. Upscaler berbasis ML (DLSS 3/4, FSR 3, XeSS) menambahkan pembuatan frame di atasnya dengan menginterpolasi frame perantara berdasarkan optical flow. Sebagian besar judul AAA kini dirancang dengan asumsi bahwa upscaler akan diaktifkan, yang mengubah cara Anda mengalokasikan anggaran performa untuk bagian frame lainnya.

Pembahasan mendalam: - Karis, [Supersampling Temporal Berkualitas Tinggi](http://advances.realtimerendering.com/s2014/index.html#_HIGH-QUALITY_TEMPORAL_SUPERSAMPLING) (SIGGRAPH 2014, presentasi TAA yang menjadi rujukan utama). - Salvi, [Eksplorasi Supersampling Temporal](https://research.nvidia.com/sites/default/files/pubs/2016-03_An-Excursion-in/dlss_DTAA-2-2.pdf) (NVIDIA, dalam perjalanan menuju DLSS). - Edelsten, [Benar-Benar Generasi Berikutnya: Menambahkan Deep Learning ke Game dan Grafis](https://www.gdcvault.com/play/1026184/) (GDC 2019, arsitektur DLSS). - AMD, [Detail teknis FidelityFX Super Resolution 3](https://gpuopen.com/fidelityfx-super-resolution-3/) dan Intel, [Makalah teknis XeSS](https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/articles/technical/intel-xess-technical-paper.html).

11. Rendering berbasis GPU dan mesh shader

Culling, pemilihan LOD, dan pengiriman perintah draw semuanya berjalan di GPU. Mesh shader menggantikan pipeline vertex/geometri/teselasi dengan tahap bergaya komputasi yang lebih fleksibel dan menghasilkan meshlet. Dipadukan dengan multi-draw indirect, pendekatan ini sepenuhnya mengeluarkan CPU dari loop kritis per objek.

Pembahasan mendalam:

• Haar dan Aaltonen, Pipeline Rendering Berbasis GPU (SIGGRAPH 2015, presentasi mendasar tentang Assassin's Creed Unity).
• Wihlidal, Mengoptimalkan Pipeline Grafis dengan Komputasi (GDC 2016, culling berbasis GPU di Frostbite).
• Kubisch, Pengantar Mesh Shader Turing (NVIDIA, panduan dasar mesh shader).
• Pesce, Tur Singkat Mesh Shader (serta blog rekayasa serupa yang dikumpulkan dalam analisis RenderDoc oleh Adrian Courrèges).

12. Rendering rambut, kain, dan kulit

Rambut menggunakan shading anisotropik bergaya Marschner dengan geometri berbasis helai (NVIDIA HairWorks, AMD TressFX, atau sistem bawaan engine). Kain disimulasikan di GPU dengan dinamika berbasis posisi dan dirender dengan spekular anisotropik. Kulit menggunakan hamburan bawah permukaan berbasis ruang layar ditambah pencahayaan wrap yang telah dipraintegrasikan. Ketiganya biasanya menjadi area tempat kesenjangan anggaran antara produksi AAA dan indie paling terlihat.

Pembahasan mendalam:

• Marschner dkk., Hamburan Cahaya dari Serat Rambut Manusia (SIGGRAPH 2003, model rambut mendasar).
• Chiang dkk., Model Rambut dan Bulu yang Praktis serta Dapat Dikendalikan untuk Path Tracing Produksi (Disney 2016, banyak digunakan dalam aproksimasi waktu nyata).
• Müller dkk., Dinamika Berbasis Posisi (rujukan standar untuk simulasi kain).
• Jimenez dkk., Hamburan Bawah Permukaan yang Dapat Dipisahkan dan Translusensi Kulit Realistis secara Waktu Nyata.

13. Decal, tekstur virtual, dan pelapisan material

Variasi permukaan berasal dari decal berlapis (lubang peluru, tanah, darah, kerak) yang diproyeksikan ke depth buffer, ditambah tekstur virtual yang melakukan streaming detail beresolusi tinggi tepat saat dibutuhkan. Pelapisan material memadukan beberapa set PBR per piksel menggunakan mask dan proyeksi triplanar, sehingga satu model batu dapat terlihat seperti lima batu berbeda.

Pembahasan mendalam:

• Pranckevičius, Decal Deferred dan artikel lanjutannya (seri blog klasik Aras).
• Mittring, Teknologi di Balik "Demo Elemental Unreal Engine 4" (SIGGRAPH 2012, mencakup detail tekstur virtual).
• van Waveren, Tantangan id Tech 5: Dari Virtualisasi Tekstur hingga Paralelisasi Masif (SIGGRAPH 2009, presentasi MegaTexture).
• Williams, Pelapisan Material dalam The Order: 1886 (GDC 2014, material PBR berlapis).

14. Transparansi independen urutan

Rambut, vegetasi, partikel, dan kaca tidak dapat diurutkan dengan rapi. Engine AAA menggunakan teknik seperti OIT blended berbobot, depth peeling, atau linked list per piksel untuk merendernya dengan benar tanpa tahap pengurutan oleh CPU. Secara diam-diam, ini menjadi salah satu bagian frame yang paling mahal dalam adegan yang dipenuhi vegetasi.

Pembahasan mendalam:

• McGuire dan Bavoil, Transparansi Independen Urutan dengan Blending Berbobot (JCGT 2013, makalah WBOIT).
• Bavoil dan Myers, Transparansi Independen Urutan dengan Dual Depth Peeling (makalah teknis NVIDIA).
• Yang dkk., Konstruksi Linked List Konkuren secara Waktu Nyata di GPU (rujukan linked list per piksel).
• Wyman, Menjelajahi dan Memperluas Kontinuum Algoritma OIT (HPG 2016, survei perbandingan).

15. Neural radiance caching dan denoiser ML

Lapisan terbaru. Neural radiance cache dari NVIDIA mempelajari pencahayaan tidak langsung per adegan dan menguerinya alih-alih menelusuri lebih banyak ray. Denoiser ML (OptiX, Intel Open Image Denoise, atau solusi internal khusus) membersihkan sinyal ray tracing yang jarang dalam hitungan milidetik. Kategori ini diperkirakan akan berkembang pesat selama dua tahun ke depan.

Pembahasan mendalam:

• Müller dkk., Neural Radiance Caching Waktu Nyata untuk Path Tracing (SIGGRAPH 2021, makalah NRC).
• Schied dkk., Pemfilteran Berpanduan Varians Spasiotemporal: Rekonstruksi Waktu Nyata untuk Iluminasi Global dengan Path Tracing (HPG 2017, SVGF).
• Chaitanya dkk., Rekonstruksi Interaktif Rangkaian Gambar Monte Carlo Menggunakan Autoencoder Denoising Rekuren (SIGGRAPH 2017, denoiser ML rekuren pertama).
• Intel, Dokumentasi Open Image Denoise (denoiser produksi sumber terbuka).

Implikasinya bagi browser

Kami telah menghadirkan beberapa teknik ini di WebGPU untuk engine dunia terbuka berbasis browser kami. Cascaded shadow map, instancing berbasis GPU, PBR triplanar, kabut berbasis ruang layar, dan medan tervirtualisasi berbasis clipmap semuanya berjalan pada 120 FPS di sebuah tab. Sisanya (ray tracing perangkat keras, mesh shader, dan upscaling ML) akan hadir di web seiring spesifikasi WebGPU mengejar ketertinggalan. Untuk pembahasan lebih mendalam, lihat panduan kami mengenai teknologi dunia terbuka di browser dan pembuatan lanskap.

Bacaan lebih lanjut tentang seluruh rangkaian teknologi

Jika Anda hanya ingin membaca satu buku, Real-Time Rendering, edisi ke-4 adalah rujukan standar yang mencakup sebagian besar topik di atas. Untuk mengikuti riset terbaru, arsip kursus SIGGRAPH "Advances in Real-Time Rendering in Games" (advances.realtimerendering.com) menyediakan PDF gratis berisi pembahasan mendalam tentang engine AAA sejak 2006. Untuk analisis produksi mengenai cara game tertentu merender setiap frame, artikel profiling GPU Adrian Courrèges merupakan bacaan wajib.