O que é Ray Tracing?

Recentemente, uma demo da Epic, os criadores do motor de jogo Unreal, levantou as sobrancelhas por seus efeitos de iluminação fotorrealistas. A técnica é um grande passo para o traçado de raios. Mas o que isso significa?

O que Ray Tracing faz

Simplificando, o traçado de raio é um método que um mecanismo gráfico usa para calcular como as fontes de luz virtuais afetam os itens em seu ambiente. O programa rastreia  literalmente  os  raios  de luz, usando cálculos desenvolvidos por físicos que estudam o comportamento da luz real.

Os mecanismos gráficos como Unreal ou Unity usam traçado de raio para renderizar efeitos de iluminação realistas – sombras, reflexos e oclusões – sem a necessidade de renderizá-los como seus próprios objetos individuais. Embora seja bastante intenso do ponto de vista do processamento, usá-lo para renderizar apenas o que a câmera (ou seja, o jogador) precisa ver em um determinado momento significa que pode ser mais eficiente do que outros métodos antigos de simular luz realista em ambientes virtuais. Os efeitos de iluminação específicos são renderizados em um único plano bidimensional na perspectiva do visualizador, não constantemente em todo o ambiente.

Tudo isso é conseguido com uma matemática estupendamente complexa, tanto em termos de realmente determinar a maneira como a luz virtual se comporta quanto quanto desses efeitos são visíveis para o espectador ou jogador a qualquer momento. Os desenvolvedores podem usar versões menos complexas das mesmas técnicas para contabilizar hardware menos poderoso ou jogabilidade mais rápida e suave.

O rastreamento de raio é uma abordagem geral para gráficos, em vez de qualquer técnica específica, embora tenha sido constantemente refinado e melhorado. Ele pode ser usado em gráficos pré-renderizados, como os efeitos especiais vistos em filmes de Hollywood, ou em mecanismos de tempo real, como os gráficos que você vê no meio do jogo durante um jogo de PC.

O que há de novo no rastreamento de raios?

A demo que foi rastreada nas notícias recentemente é a do vídeo abaixo, um breve esboço de Star Wars envolvendo alguns stormtroopers com um timing realmente ruim. Foi mostrado na Game Developer’s Conference na semana passada. Foi criado pela Epic Games (fabricantes do onipresente Unreal Engine) em parceria com a NVIDIA e a Microsoft para mostrar novas técnicas de rastreamento de raios.

Fora do contexto, é apenas um vídeo bobo. Mas o importante é que está sendo renderizado em tempo real, como um videogame, não de antemão como um filme da Pixar. O vídeo abaixo mostra o apresentador ampliando a câmera através da cena com controles em tempo real, algo que não é possível com gráficos pré-renderizados.

Teoricamente, se o seu PC para jogos for poderoso o suficiente, ele pode gerar gráficos como esses em qualquer jogo usando os novos efeitos de iluminação de traçado de raios na próxima versão do demo Unreal.

A tecnologia realmente brilha (entendeu?) Porque esta demonstração específica inclui muitas superfícies reflexivas e espelhadas com geometria irregular. Confira como o ambiente se reflete nos painéis curvos da armadura cromada do Capitão Phasma. Tão importante quanto, observe como isso é refletido de forma mais opaca e difusa na armadura branca dos stormtroopers normais. Este é um nível de iluminação realista que não está disponível nos jogos hoje.

Isso fará com que meus jogos tenham uma aparência incrível?

Bem, sim – em circunstâncias muito específicas. Este nível avançado de traçado de raio tornará mais fácil para os videogames renderizar efeitos de iluminação mais impressionantes, mas na verdade não torna a estrutura poligonal dos gráficos mais detalhada. Não aumenta a resolução das texturas, nem aumenta a fluidez das animações. Resumindo, vai fazer com que a iluminação pareça realista e só.

A demo acima é particularmente dramática porque os desenvolvedores escolheram personagens e ambientes onde quase todas as superfícies estão brilhando ou refletindo luz. Se você usar a mesma tecnologia para renderizar, digamos, o protagonista da  série The Witcher  cavalgando seu cavalo pelo campo, não verá nenhuma superfície reflexiva, exceto sua espada e talvez um pouco de água. Crucialmente, as técnicas de rastreamento de raios não farão muito para melhorar a renderização de sua pele, a pele do cavalo, o couro de suas roupas e assim por diante.

As manchetes que vieram dessa demonstração, alegando que resultaria em “gráficos de cinema blockbuster”, foram um pouco exageradas – isso pode ser verdade se você estiver jogando um nível definido em uma sala de espelhos, mas isso é tudo.

Quando vou ver essas coisas nos meus jogos?

A demonstração do GDC foi um exemplo de uma técnica proprietária de rastreamento de raios chamada RTX, agora sendo desenvolvida pela NVIDIA. Está definido para estrear na próxima série de placas de vídeo GeForce de ponta, atualmente rumores de estrear ainda este ano com os números de modelo 20XX. Como outras tecnologias gráficas proprietárias, como o PhysX da NVIDIA, provavelmente não estará disponível para jogadores que usam placas gráficas de outros fabricantes.

Dito isso, o RTX também está usando um novo recurso do sistema DirectX API especificamente para traçado de raio (chamado traçado de raio pela Microsoft). Portanto, embora as demos específicas acima sejam uma colaboração entre a Epic e a NVIDIA, nada impede que fabricantes concorrentes como AMD e Intel criem sistemas semelhantes com resultados semelhantes.

Para simplificar, você verá que os jogos de PC de última geração começarão a usar essas técnicas no final de 2018 e início de 2019. Os jogadores que investirem em novas placas gráficas nessa época verão os maiores benefícios, mas se você já tiver um sistema de jogos de última geração, você poderá usar alguns desses efeitos em jogos compatíveis com DirectX em seu hardware atual.

Devido ao longo tempo de desenvolvimento e alvos de hardware estáticos, os jogadores de console não verão esses gráficos avançados até que a próxima rodada de consoles de jogos seja lançada em vários anos.

Crédito da imagem: NVIDIA , Epic / YouTube , Guru3D / YouTube