¿Qué es el trazado de rayos y cómo cambiará los juegos?

El trazado de rayos es una técnica de iluminación que aporta un nivel extra de realismo a los juegos. Emula la forma en que la luz se refleja y se refracta en el mundo real, proporcionando un entorno más creíble que el que normalmente se ve con iluminación estática en los juegos más tradicionales. Pero, ¿qué es el trazado de rayos exactamente? Y lo que es más importante, ¿cómo funciona?

Una buena tarjeta gráfica puede usar el trazado de rayos para mejorar la inmersión, pero no todas las GPU pueden manejar esta técnica. Siga leyendo para decidir si el trazado de rayos es esencial para su experiencia de juego y si justifica gastar cientos en una GPU mejorada.

fotones virtuales

Para comprender cómo funciona el revolucionario sistema de iluminación del trazado de rayos, debemos dar un paso atrás y Comprender cómo los juegos antes hacían la luz, así como lo que debe emularse para un fotorrealismo. experiencia.

Los juegos sin trazado de rayos se basan en iluminación estática "horneada". Los desarrolladores colocan fuentes de luz dentro de un entorno que emite luz de manera uniforme en cualquier vista. Además, los modelos virtuales como NPC y objetos no contienen información sobre ningún otro modelo, lo que requiere que la GPU calcule el comportamiento de la luz durante el proceso de renderizado. Las texturas de la superficie pueden reflejar la luz para imitar el brillo, pero solo la luz emitida por una fuente estática. Tome la comparación de reflejos en GTA Vabajo como ejemplo.

En general, la evolución de la GPU ha ayudado a que este proceso se vuelva más realista en apariencia a lo largo de los años. pero los juegos aún no son fotorrealistas en términos de reflejos, refracciones y general del mundo real. iluminación. Para lograr esto, la GPU necesita la capacidad de rastrear rayos de luz virtuales.

En el mundo real, la luz visible es una pequeña parte de la familia de radiación electromagnética percibida por el ojo humano. Contiene fotones que se comportan tanto como partícula como onda. Los fotones no tienen tamaño ni forma reales, solo se pueden crear o destruir.

Dicho esto, la luz podría identificarse como una corriente de fotones. Cuantos más fotones tenga, más brillante será la luz percibida. La reflexión ocurre cuando los fotones rebotan en una superficie. La refracción ocurre cuando los fotones, que viajan en línea recta, pasan a través de una sustancia transparente y la línea se redirige o se "dobla". Los fotones destruidos pueden percibirse como "absorbidos".

El trazado de rayos en los juegos intenta emular la forma en que funciona la luz en el mundo real. Traza el camino de la luz simulada mediante el seguimiento de millones de fotones virtuales. Cuanto más brillante sea la luz, más fotones virtuales debe calcular la GPU y más superficies reflejará, refractará y dispersará.

El proceso no es nada nuevo. CGI ha utilizado el trazado de rayos durante décadas, aunque el proceso requería granjas de computadoras en los primeros días para generar una película completa, dado que un solo cuadro podía tardar horas o incluso días en renderizarse. Ahora, las PC domésticas pueden emular gráficos con trazado de rayos en tiempo real, aprovechando la aceleración del hardware y los trucos de iluminación inteligentes para limitar la cantidad de rayos a un número manejable.

Aquí está la verdadera revelación: como cualquier película o programa de televisión, las escenas en animación CGI generalmente se "filman" usando diferentes ángulos. Para cada cuadro, puede mover una cámara para capturar la acción, acercar, alejar o desplazar un área completa. Y al igual que la animación, debe manipular todo cuadro por cuadro para emular el movimiento. Junta todo el metraje y tendrás una historia fluida.

En los juegos, controlas una sola cámara que siempre está en movimiento y siempre cambia el punto de vista, especialmente en los juegos de ritmo rápido. Tanto en los juegos CGI como con trazado de rayos, la GPU no solo debe calcular cómo se refleja y refracta la luz en una escena determinada, sino que también debe calcular cómo la lente la captura: su punto de vista. Para los juegos, esa es una enorme cantidad de trabajo computacional para una sola PC o consola.

Desafortunadamente, todavía no tenemos PC de nivel de consumidor que realmente puedan generar gráficos con trazado de rayos a altas velocidades de cuadro. En cambio, ahora tenemos hardware que puede hacer trampa de manera efectiva.

seamos realistas

La similitud fundamental del trazado de rayos con la vida real lo convierte en una técnica de renderizado 3D extremadamente realista, incluso haciendo juegos de bloques como Minecraft luzca casi fotorrealista en las condiciones adecuadas. Solo hay un problema: es extremadamente difícil de simular. Recrear la forma en que funciona la luz en el mundo real es complicado y consume muchos recursos, lo que requiere una gran cantidad de potencia informática.

Es por eso que las opciones de trazado de rayos existentes en los juegos, como el trazado de rayos impulsado por RTX de Nvidia, no son reales. No son un verdadero trazado de rayos, en el que se simula cada punto de luz. En cambio, la GPU "hace trampa" al usar varias aproximaciones inteligentes para ofrecer algo parecido al mismo efecto visual pero sin ser tan exigente con el hardware.

La mayoría de los juegos de trazado de rayos ahora usan una combinación de técnicas de iluminación tradicionales, generalmente llamadas rasterización, y trazado de rayos en superficies específicas, como charcos reflectantes y estructuras metálicas. campo de batalla v es un gran ejemplo de eso. Ves el reflejo de las tropas en el agua, el reflejo del terreno en los aviones y el reflejo de las explosiones en la pintura de un automóvil. Es posible mostrar reflejos en los motores 3D modernos, pero no al nivel de detalle que se muestra en juegos como campo de batalla v cuando el trazado de rayos está habilitado.

El trazado de rayos también se puede aprovechar para que las sombras se vean más dinámicas y realistas. Verás que se usa con gran efecto en Sombra del Tomb Raider.

La iluminación con trazado de rayos puede crear sombras mucho más realistas en escenas oscuras y brillantes, con bordes más suaves y una mayor definición. Lograr ese aspecto sin trazado de rayos es extraordinariamente difícil. Los desarrolladores solo pueden falsificarlo mediante el uso cuidadoso y controlado de fuentes de luz estáticas preestablecidas. Colocar todas estas "luces de escenario" toma mucho de tiempo y esfuerzo, e incluso entonces, el resultado no es del todo correcto.

Algunos juegos hacen todo lo posible y usan el trazado de rayos para la iluminación global, trazando efectivamente una escena completa. Pero esa es la opción más costosa desde el punto de vista computacional y necesita la más poderosa de las tarjetas gráficas modernas para funcionar de manera efectiva. Éxodo metropolitano utiliza esta técnica, aunque la implementación no es perfecta.

Por eso, las medias tintas, como solo las sombras de trazado de rayos o las superficies reflectantes, son populares. Otros juegos aprovechan las tecnologías de Nvidia como la eliminación de ruido y Súper muestreo de aprendizaje profundo para mejorar el rendimiento y cubrir algunos de los inconvenientes visuales que se producen al renderizar menos rayos de los que serían necesarios para crear una escena con trazado de rayos real. Esos todavía están reservados para capturas de pantalla y películas renderizadas previamente, donde los servidores de alta potencia pueden pasar días renderizando fotogramas individuales.

El hardware detrás de los rayos

Para manejar incluso estas implementaciones relativamente modestas de trazado de rayos, las tarjetas gráficas de la serie RTX 20 de Nvidia introdujeron hardware diseñado específicamente para el trazado de rayos.

Ahora, todas las tarjetas RTX son compatibles con el trazado de rayos, y las GPU de la serie RTX 40 más recientes tienen otra forma de engañar al rendimiento. SER, o Shader Execution Reordering, está disponible en el RTX 4090 y RTX 4080, y Nvidia dice que puede aumentar el rendimiento en un 25 % en juegos con trazado de rayos. Funciona reordenando cuando la GPU procesa las instrucciones de trazado de rayos, optimizando la tarea para la potencia computacional disponible.

Aunque los primeros días del trazado de rayos fueron difíciles, las tarjetas recientes de Nvidia han tenido un rendimiento mucho mejor. Con SER en la próxima generación, junto con DLSS 3, es posible que veamos un trazado de rayos que no reduce la velocidad de fotogramas.

Trazado de rayos de Nvidia Sin embargo, el método no es la única opción disponible. También hay efectos de posprocesamiento de "trazado de ruta" de Reshade que ofrecen imágenes comparables sin nada parecido al mismo impacto en el rendimiento.

AMD también tiene opciones para el trazado de rayos ahora, que veremos a continuación.

Todavía querrás un poderosa tarjeta grafica para el trazado de rayos sin importar la implementación, pero a medida que la técnica se imponga entre los desarrolladores de juegos, es posible que veamos una gama más amplia de hardware compatible a precios mucho más asequibles.

¿Qué pasa con AMD?

AMD ha tenido problemas en los últimos años para ofrecer trazado de rayos acelerado por hardware, pero eso cambió con el lanzamiento de RX 6800, 6800 XT y 6900 XT. Estas nuevas tarjetas cuentan con soporte de trazado de rayos DirectX 12 y ofrecen un rendimiento excelente, incluso si AMD no está al nivel de Nvidia en el departamento de trazado de rayos (lea nuestro RX 6800 XT frente a RTX 3080 y RX 6900 XT frente a RTX 3090 comparaciones para más).

Eso difícilmente es una sorpresa, considerando el Gran arquitectura Navi impulsar las tarjetas RX 6000 de AMD es en gran medida una primera generación de aceleración de trazado de rayos. Es la misma arquitectura que impulsa las imágenes en el PlayStation 5 y Xbox Serie X, que atiende a un nivel más bajo de rendimiento general que las tarjetas insignia de Nvidia. Sin embargo, debido a que el trazado de rayos es una característica destacada en las consolas de próxima generación, esperamos un mejor soporte y optimizaciones en el futuro. En un futuro cercano, veremos el debut de Superresolución AMD FidelityFX (FSR) para PC de juegos y también las últimas versiones de Microsoft Xbox.

¿Cómo se puede ver el trazado de rayos en casa?

Necesitará una tarjeta gráfica reciente y costosa para ver el trazado de rayos en casa. El trazado de rayos acelerado por hardware solo está disponible en las GPU Nvidia RTX o en las GPU de la serie RX 6000 de AMD. Las tarjetas de la serie GTX 10 y 16 admiten el trazado de rayos, pero carecen de los núcleos RT para hacerlo cómodamente interpretable.

Si espera jugar a resoluciones superiores a 1080p y con velocidades de cuadro de 60 fps o más, su mejor apuesta es derrochar en una tarjeta gráfica de primera línea. En 4K, la RTX 3080 y la RX 6800 XT son las tarjetas más destacadas, pero puedes arreglártelas con una RTX 3070 o RX 6800 si está dispuesto a pasar a 1440p en ciertos títulos.

Hay una selección limitada de juegos habilitados para trazado de rayos, pero el número está creciendo. Los mejores ejemplos de trazado de rayos incluyen demostraciones tempranas de RTX, como campo de batalla v, Sombra del Tomb Raider, y Éxodo metropolitano. Juegos más recientes como Control y MechWarrior 5: Mercenarios también se ven convincentes. Quédate en la Luz es un juego de terror independiente creado con sombras y reflejos con trazado de rayos. el remasterizado Terremoto II con trazado de rayos RTX es otro ejemplo fantástico.

Hay menos juegos de trazado de rayos en el mercado, pero la industria crece. Como la playstation 5 y xbox serie x comience a anunciar el trazado de rayos, los competidores pronto lo seguirán. El juego multiplataforma perros guardianes 2 es diferente al nuevo perros guardianes: legión, ya que el nuevo juego ha iniciado el trazado de rayos para funcionar en consolas y computadoras.

Intenta usar Trazado de rayos Port Royal de UL Benchmark para determinar si su PC funcionará con trazado de rayos.

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