Ray tracing é um efeito de iluminação que divide gamers e fabricantes de GPU há anos. Alguns a consideram a próxima geração de iluminação no jogo que está introduzindo efeitos visuais anteriormente impossíveis, enquanto outros a consideram muito cara em termos de dólares para suporte de hardware e também criticam seu impacto nas taxas de quadros. Mas não é a única técnica de iluminação avançada na cidade. O rastreamento de caminho é uma maneira alternativa de lidar com a iluminação dinâmica que pode ser mais bonita de se ver e menos exigente em uma GPU. Pelo menos em teoria.
Na realidade, o traçado de raios e o traçado de caminho têm seu lugar nos jogos, e você poderá jogar com os dois nos próximos anos. Veja como o traçado de raios e o traçado de caminho se comparam.
O que é traçado de raios?
Ray tracing é um método realista de modelagem de iluminação em uma cena. Originalmente concebido no final dos anos 1960, só recentemente foi trazido para jogos em tempo real por causa de quão difícil é calcular.
O traçado de raios funciona lançando um raio em uma cena através do ponto de vista do jogador. Cada vez que o raio interage com um objeto, o efeito desse objeto no raio é calculado, incluindo sua cor, transparência e orientação. Esse raio continua a ser rastreado à medida que salta em torno de uma cena até que se cruze com uma fonte de luz. Esse cálculo é feito para cada pixel em uma cena, criando uma aparência incrivelmente realista, mas também uma técnica de iluminação incrivelmente exigente.
O rastreamento de raios tem sido usado em CGI de filmes há anos, muitas vezes levando horas ou até dias para renderizar quadros individuais. No entanto, à medida que o poder de computação melhorou e com o lançamento das placas gráficas RTX da Nvidia, os aceleradores de rastreamento de raios tornaram possível o rastreamento de raios em tempo real nos jogos. Embora restrito a sombras e reflexos nos primeiros lançamentos, foi estendido para iluminação global em alguns jogos.
O que é rastreamento de caminho?
O rastreamento de caminho é um método mais moderno de modelagem de iluminação dinâmica em tempo real em uma cena. Desenvolvido em meados da década de 1980, ele adota uma abordagem diferente, enviando centenas ou mesmo milhares de raios de uma vez a partir de uma fonte de luz e, em seguida, rastreando-os à medida que saltam aleatoriamente em uma cena. Isso é muito mais complicado na superfície, mas o resultado final é uma renderização mais fácil, pois, em vez de rastrear cada raio do pixel à fonte, ele rastreia apenas uma amostra desses raios com base no caminho mais provável que a luz seguiria.
É uma combinação de rastreamento de raios e simulação de Monte Carlo que permite que o jogo ou aplicativo use um número gerenciável de caminhos para rastrear até uma fonte de luz. Isso permite efeitos de iluminação do tipo ray tracing com menos sobrecarga, mas sem dúvida, tão importante quanto, permite uma granularidade muito maior com base nos recursos do sistema e nas configurações escolhidas. Um tamanho de amostra maior significa mais demanda na GPU renderizando a cena, mas também maior detalhe. Amostras menores tornam o rastreamento de caminho mais gerenciável, às custas da qualidade visual.
No entanto, os resultados finais do rastreamento de caminho não são perfeitos. Eles são combinados com algoritmos de redução de ruído para limpar a imagem resultante e os resultados são impressionantes.
Existem certas cenas e certos objetos, como reflexos e objetos refrativos – um copo d’água, por exemplo – para os quais o algoritmo de rastreamento de caminho precisa ser ajustado para evitar perda indevida de informações em amostras menores. É possível que, com esses objetos, o algoritmo simplesmente rastreie o raio de força bruta, para garantir a precisão.
O resultado final em cada caso, no entanto, é uma cena renderizada que parece iluminada de forma tão realista quanto uma ray tracing, se não mais, mas com o potencial de sobrecarga muito menor – especialmente em configurações de detalhes mais altos. O traçado de caminho também é considerado mais eficaz para cenas bem iluminadas, pois possui mais dados para serem disparados, enquanto o traçado de raios pode ser mais eficaz na renderização de cenas com muitas sombras, pois conhece o caminho real que os raios de luz seguiriam. .
Rastreamento de raio x rastreamento de caminho: qual é melhor?
O traçado de raios é uma técnica precisa para modelar a iluminação em tempo real, porque segue o caminho natural de como a luz pode se propagar em torno de uma cena. No entanto, o grande número de cálculos que precisam ser feitos para utilizar o traçado de raios de forma eficaz é incrível. Mesmo o hardware moderno, com toda a sua aceleração de hardware, pode ter dificuldades em jogos fortemente traçados por raios. É por isso que muitos dos jogos que suportam “ray tracing” na verdade só usam o ray tracing para uma parte de uma cena: Sombras ou reflexos, normalmente.
O rastreamento de caminho, por outro lado, pode produzir visuais igualmente fortes ou até mesmo com melhor aparência, exigindo menos do hardware de renderização. É o modelo usado em alguns dos mais impressionantes jogos “ray traced” até agora, como Quake II RTX, Portal RTXe a atualização do modo Overdrive para Cyberpunk 2077. Também está sendo modificado em jogos mais antigos, como meia-vida 2com grande efeito.
O traçado de caminho oferece uma forma de iluminação dinâmica menos intensa e de melhor aparência e, em geral, é indiscutivelmente a melhor solução. No entanto, o rastreamento de raios ainda tem seu lugar onde tamanhos limitados de amostras rastreadas por caminho levariam a problemas de precisão visual. Há também muitos exemplos modernos de jogos tradicionalmente rasterizados em que a iluminação ray tracing ou path tracing adiciona muito pouco à experiência, enquanto diminui completamente as taxas de quadros – como Legado de Hogwarts.
É provável que, até que as placas gráficas se tornem poderosas o suficiente, onde o ray tracing ou o path tracing sejam tão facilmente renderizados quanto a rasterização, veremos uma combinação de efeitos de iluminação em jogos futuros, já que cada técnica tem seu lugar.
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