Què és Ray Tracing?

Des de l'anunci de 2018 de Nvidia de les seves targetes gràfiques RTX de la sèrie 20, la seva característica assassina, "traçament de raigs" ha estat un terme popular als cercles de videojocs. Però pot ser difícil entendre què és el traçat de raigs, com funciona i per què es veu millor que les tècniques anteriors.

Què és el ray tracing i com funciona?

Al món real, quan veus alguna cosa, el que estàs veient és un fotó d'una font de llum. En el camí cap a tu, aquest fotó pot haver estat reflectit per una o més superfícies. Cada reflex canvia les característiques de la llum que arriba als teus ulls.

El sol emet una àmplia gamma de colors de llum, cada superfície absorbeix una part de la llum i en reflecteix una altra. El que veiem com una superfície verda, com una fulla, sembla així perquè reflecteix majoritàriament la llum verda. Si la llum que es reflecteix a la fulla colpeja una altra superfície, com ara una paret blanca, llavors aquesta superfície es veurà lleugerament diferent del que tindria si fos una llum blanca pura que hi brillés. Cada reflex afecta cada superfície futura amb la qual interacciona la llum, canviant-ne la intensitat i el color visible.

El traçat de raigs és una tècnica gràfica que segueix els mateixos principis. Es projecten raigs de llum, es calculen les propietats de la llum reflectida i refracta, com ara el color, i el raig continua viatjant.

Al món real, cada font de llum, com una bombeta o el Sol, emet fotons en totes direccions, la gran majoria dels quals no arriben mai als ulls. Simular-ho seria un procés increïblement intens que produeix un resultat majoritàriament desaprofitat. Per reduir la càrrega de treball, el traçat de raigs funciona a la inversa, projectant els raigs de la càmera. Cada raig pot recórrer una distància determinada sense reflex ni reflectir un cert nombre de vegades abans de realitzar els càlculs i establir el valor de píxel.

Per exemple, un raig es projecta des de la perspectiva de l'espectador, quan colpeja una paret blanca un algorisme genera recursivament un raig reflectit que després viatja a través d'un panell de vidre blau, finalment, el raig reflectit incideix amb una font de llum blanca i és absorbit. El vidre blau absorbeix tota la llum, excepte la blava, que projecta una llum blava a la paret, donant lloc a que el píxel es tingui de color blau.

Per què el Ray Tracing es veu molt millor?

El mètode estàndard de renderització d'escenes en temps real implica l'ús de mapes de llum precalculats i il·luminació sencera de l'escena. Alguns jocs fan ús d'una il·luminació volumètrica limitada per incloure fonts de llum en moviment i per permetre ombres dinàmiques, però aquesta tècnica s'utilitza amb moderació, ja que és força intensiva en processador.

El traçat de raigs pot aconseguir un resultat fotorealista si es fa un treball addicional en l'etapa de disseny del joc. Si totes les superfícies inclouen detalls com ara reflectivitat, transparència i com es refractarà la llum a través d'elles, el resultat general pot semblar més natural. Tot i que aquest enfocament implica òbviament més treball en l'etapa de disseny del joc, permet que el resultat sembli fotorealista amb la llum que reacciona de la manera que hauria de ser quan es reflecteix en el formigó, el metall, la fusta i el vidre, etc.

El traçat de raigs permet projectar reflexos i ombres precises com a part del procés de renderització. en els mètodes de representació tradicionals, aquests dos efectes són totalment opcionals i poden provocar èxits significatius de rendiment.

El traçat de raigs en si ve amb un gran èxit de rendiment. Fins que es van anunciar les targetes gràfiques RTX de Nvidia amb acceleració de maquinari per al traçat de raigs, es pensava que la potència de processament necessària per realitzar el traçat de raigs en temps real al programari estava a més d'una dècada. Fins i tot amb l'acceleració del maquinari, el traçat de raigs encara provoca una disminució significativa del rendiment, ja que encara és la part més lenta de la representació d'un fotograma.