Qu'est-ce que le lancer de rayons et comment va-t-il changer les jeux ?

Le lancer de rayons est une technique d'éclairage qui apporte un niveau supplémentaire de réalisme aux jeux. Il émule la façon dont la lumière se reflète et se réfracte dans le monde réel, offrant un environnement plus crédible que ce que l'on voit généralement avec un éclairage statique dans des jeux plus traditionnels. Mais qu'est-ce que le lancer de rayons, exactement? Et surtout, comment ça marche?

Une bonne carte graphique peut utiliser le lancer de rayons pour améliorer l'immersion, mais tous les GPU ne peuvent pas gérer cette technique. Lisez la suite pour décider si le lancer de rayons est essentiel à votre expérience de jeu et s'il justifie de dépenser des centaines sur un GPU mis à niveau.

Photons virtuels

Pour comprendre comment fonctionne le système d'éclairage révolutionnaire du lancer de rayons, nous devons prendre du recul et comprendre comment les jeux rendaient auparavant la lumière, ainsi que ce qui doit être émulé pour un rendu photoréaliste expérience.

Les jeux sans ray tracing reposent sur un éclairage statique "intégré". Les développeurs placent des sources lumineuses dans un environnement qui émet de la lumière uniformément sur une vue donnée. De plus, les modèles virtuels comme les PNJ et les objets ne contiennent aucune information sur un autre modèle, ce qui oblige le GPU à calculer le comportement de la lumière pendant le processus de rendu. Les textures de surface peuvent refléter la lumière pour imiter la brillance, mais uniquement la lumière émise par une source statique. Prenez la comparaison de reflets dans GTA Vci-dessous à titre d'exemple.

Dans l'ensemble, l'évolution du GPU a aidé ce processus à devenir plus réaliste en apparence au fil des ans, mais les jeux ne sont toujours pas photoréalistes en termes de réflexions, de réfractions et d'informations générales éclairage. Pour ce faire, le GPU doit pouvoir tracer des rayons de lumière virtuels.

Dans le monde réel, la lumière visible est une petite partie de la famille des rayonnements électromagnétiques perçus par l'œil humain. Il contient des photons qui se comportent à la fois comme une particule et comme une onde. Les photons n'ont ni taille ni forme réelles - ils peuvent seulement être créés ou détruits.

Cela dit, la lumière pourrait être identifiée comme un flux de photons. Plus vous avez de photons, plus la lumière perçue est brillante. La réflexion se produit lorsque les photons rebondissent sur une surface. La réfraction se produit lorsque les photons - qui se déplacent en ligne droite - traversent une substance transparente et que la ligne est redirigée ou "pliée". Les photons détruits peuvent être perçus comme « absorbés ».

Le lancer de rayons dans les jeux tente d'imiter le fonctionnement de la lumière dans le monde réel. Il trace le chemin de la lumière simulée en suivant des millions de photons virtuels. Plus la lumière est brillante, plus le GPU doit calculer de photons virtuels et plus il réfléchira, réfractera et diffusera de surfaces.

Le processus n'est pas nouveau. CGI utilise le lancer de rayons depuis des décennies, bien que le processus ait nécessité des fermes d'ordinateurs au début pour générer un film complet, étant donné qu'une seule image pouvait prendre des heures, voire des jours, à être rendue. Désormais, les PC domestiques peuvent émuler des graphiques à lancer de rayons en temps réel, en tirant parti de l'accélération matérielle et d'astuces d'éclairage intelligentes pour limiter le nombre de rayons à un nombre gérable.

Voici la véritable révélation: comme tout film ou émission de télévision, les scènes d'animation CGI sont généralement "tournées" sous différents angles. Pour chaque image, vous pouvez déplacer une caméra pour capturer l'action, effectuer un zoom avant, un zoom arrière ou effectuer un panoramique sur une zone entière. Et comme pour l'animation, vous devez tout manipuler image par image pour émuler le mouvement. Assemblez toutes les séquences et vous obtenez une histoire fluide.

Dans les jeux, vous contrôlez une seule caméra qui est toujours en mouvement et change constamment de point de vue, en particulier dans les jeux rapides. Dans les jeux CGI et ray-tracing, le GPU doit non seulement calculer comment la lumière se reflète et se réfracte dans une scène donnée, mais il doit également calculer comment elle est capturée par l'objectif - votre point de vue. Pour les jeux, cela représente une énorme quantité de travail de calcul pour un seul PC ou une seule console.

Malheureusement, nous n'avons toujours pas de PC grand public capables de restituer véritablement des graphiques par lancer de rayons à des fréquences d'images élevées. Au lieu de cela, nous avons maintenant du matériel qui peut tricher efficacement.

Soyons réalistes

La similitude fondamentale du lancer de rayons avec la vie réelle en fait une technique de rendu 3D extrêmement réaliste, même en créant des jeux en blocs comme Minecraft regardez près de la photo-réalisme dans les bonnes conditions. Il y a juste un problème: c'est extrêmement difficile à simuler. Recréer le fonctionnement de la lumière dans le monde réel est compliqué et gourmand en ressources, nécessitant des masses de puissance de calcul.

C'est pourquoi les options de lancer de rayons existantes dans les jeux, comme le lancer de rayons piloté par RTX de Nvidia, ne sont pas fidèles à la réalité. Ce ne sont pas de véritables lancers de rayons, dans lesquels chaque point de lumière est simulé. Au lieu de cela, le GPU "triche" en utilisant plusieurs approximations intelligentes pour fournir quelque chose de proche du même effet visuel mais sans être aussi éprouvant pour le matériel.

La plupart des jeux de lancer de rayons utilisent désormais une combinaison de techniques d'éclairage traditionnelles, généralement appelées rastérisation, et de lancer de rayons sur des surfaces spécifiques telles que des flaques d'eau réfléchissantes et de la ferronnerie. Champ de bataille V en est un excellent exemple. Vous voyez le reflet des troupes dans l'eau, le reflet du terrain sur les avions et le reflet des explosions sur la peinture d'une voiture. Il est possible de montrer des réflexions dans les moteurs 3D modernes, mais pas au niveau de détail montré dans des jeux comme Champ de bataille V lorsque le lancer de rayons est activé.

Le lancer de rayons peut également être utilisé pour les ombres afin de les rendre plus dynamiques et réalistes. Vous verrez que cela a été utilisé avec beaucoup d'effet dans L'Ombre du Tomb Raider.

L'éclairage par lancer de rayons peut créer des ombres beaucoup plus réalistes dans les scènes sombres et lumineuses, avec des bords plus doux et une meilleure définition. Obtenir ce look sans lancer de rayons est extrêmement difficile. Les développeurs ne peuvent le simuler que par une utilisation prudente et contrôlée de sources lumineuses statiques prédéfinies. Placer toutes ces "lumières de scène" prend beaucoup de temps et d'efforts - et même alors, le résultat n'est pas tout à fait correct.

Certains jeux vont jusqu'au bout et utilisent le lancer de rayons pour l'éclairage global, traçant efficacement une scène entière. Mais c'est l'option la plus coûteuse en calcul et nécessite la plus puissante des cartes graphiques modernes pour fonctionner efficacement. Métro Exode utilise cette technique, bien que la mise en œuvre ne soit pas parfaite.

Pour cette raison, les demi-mesures telles que les ombres à lancer de rayons ou les surfaces réfléchissantes sont populaires. D'autres jeux exploitent les technologies Nvidia telles que le débruitage et Super échantillonnage d'apprentissage en profondeur pour améliorer les performances et couvrir certains des problèmes visuels qui surviennent en rendant moins de rayons que nécessaire pour créer une scène véritablement ray-tracée. Ceux-ci sont toujours réservés aux captures d'écran et aux films pré-rendus, où les serveurs puissants peuvent passer des jours à rendre des images uniques.

Le matériel derrière les rayons

Pour gérer même ces implémentations relativement modestes du lancer de rayons, les cartes graphiques de la série RTX 20 de Nvidia ont introduit un matériel spécialement conçu pour le lancer de rayons.

Désormais, toutes les cartes RTX prennent en charge le lancer de rayons, et les GPU de la série RTX 40 les plus récents ont encore un autre moyen de tromper les performances. SER, ou Shader Execution Reordering, est disponible sur le RTX 4090 et RTX 4080, et Nvidia affirme qu'il peut augmenter les performances de 25 % dans les jeux avec lancer de rayons. Cela fonctionne en réordonnant lorsque les instructions de lancer de rayons sont traitées par le GPU, optimisant la tâche pour la puissance de calcul disponible.

Bien que les débuts du lancer de rayons aient été difficiles, les cartes récentes de Nvidia ont été bien plus performantes. Avec SER dans la prochaine génération, ainsi que DLSS 3, nous pouvons voir un lancer de rayons qui ne ralentit pas votre fréquence d'images.

Raytracing de Nvidia La méthode n'est pas la seule option disponible, cependant. Il existe également des effets de post-traitement Reshade "path tracing" qui offrent des visuels comparables sans rien comme le même coup de performance.

AMD propose désormais également des options pour le lancer de rayons, que nous aborderons ensuite.

Vous voudrez toujours un carte graphique puissante pour le lancer de rayons, quelle que soit la mise en œuvre, mais au fur et à mesure que la technique se répand chez les développeurs de jeux, nous pouvons voir un éventail plus large de matériel de support à des prix beaucoup plus abordables.

Qu'en est-il d'AMD ?

AMD a eu du mal au cours des dernières années à fournir un lancer de rayons accéléré par le matériel, mais cela a changé avec le lancement des RX 6800, 6800 XT et 6900 XT. Ces nouvelles cartes prennent en charge le lancer de rayons DirectX 12 et offrent d'excellentes performances, même si AMD n'est pas tout à fait au niveau de Nvidia dans le département de lancer de rayons (lisez notre RX 6800 XT contre RTX 3080 et RX 6900 XT contre RTX 3090 comparaisons pour en savoir plus).

Cela n'est guère surprenant, compte tenu de la Architecture Big Navi alimenter les cartes RX 6000 d'AMD est en fait une première génération d'accélération de lancer de rayons. C'est la même architecture qui alimente les visuels dans le PlayStation 5 et Xbox série X, offrant un niveau de performance global inférieur à celui des cartes phares de Nvidia. Cependant, comme le lancer de rayons est une fonctionnalité remarquable sur les consoles de nouvelle génération, nous nous attendons à une meilleure prise en charge et à des optimisations à l'avenir. Dans un avenir proche, nous verrons les débuts de AMD FidelityFX Super Résolution (FSR) pour les PC de jeu et aussi les dernières versions de Microsoft Xbox.

Comment pouvez-vous voir le lancer de rayons à la maison?

Vous aurez besoin d'une carte graphique récente - et coûteuse - pour voir le lancer de rayons à la maison. Le lancer de rayons accéléré par le matériel n'est disponible que sur les GPU Nvidia RTX ou sur les GPU de la série RX 6000 d'AMD. Les cartes GTX séries 10 et 16 prennent en charge le traçage de rayons mais n'ont pas les cœurs RT pour le rendre confortable jouable.

Si vous prévoyez de jouer à des résolutions supérieures à 1080p et avec des fréquences d'images de 60 ips ou plus, votre meilleur pari est de faire des folies pour une carte graphique haut de gamme. À 4K, les RTX 3080 et RX 6800 XT sont les cartes les plus remarquables, mais vous pouvez vous en tirer avec un RTX 3070 ou RX 6800 si vous êtes prêt à passer à 1440p dans certains titres.

Il y a une sélection limitée de jeux compatibles avec le lancer de rayons, mais le nombre augmente. Les meilleurs exemples de lancer de rayons incluent les premières démos RTX, comme Champ de bataille V, L'Ombre du Tomb Raider, et Métro Exode. Des jeux plus récents comme Contrôle et MechWarrior 5: Mercenaires semblent également convaincants. Restez dans la lumière est un jeu d'horreur indépendant construit à l'aide d'ombres et de reflets par lancer de rayons. Le remasterisé Séisme II avec traçage de rayons RTX est un autre exemple fantastique.

Il y a moins de jeux de lancer de rayons sur le marché, mais l'industrie se développe. Comme la Playstation 5 et Xbox série X commencer à faire du lancer de rayons publicitaires, les concurrents suivront bientôt. Le jeu multiplateforme Chiens de garde 2 est différent du nouveau Watch Dogs: Légion, car le nouveau jeu a lancé le lancer de rayons pour fonctionner sur les consoles et les ordinateurs.

Essayez d'utiliser Traçage de rayons Port Royal d'UL Benchmark pour déterminer si votre PC fonctionnera avec le lancer de rayons.

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