¿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 se suele ver 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 generaban luz anteriormente, así como qué se debe emular para una experiencia fotorrealista.

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 abajo como un ejemplo.

Imágenes comparativas una al lado de la otra que muestran la diferencia en la calidad de los reflejos en el juego GTA V, entre las configuraciones Normal y Ultra.

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 e iluminación general del mundo real. 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.

Imagen beta de trazado de rayos de Minecraft RTX.
El trazado de rayos por sí solo marca una gran diferencia en Minecraft. Matthew Smith / Tendencias digitales

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» utilizando 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 captura la lente: 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 que los juegos de bloques como Minecraft parezcan casi fotorrealistas 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. Es probable que esto cambie en las futuras generaciones de GPU, pero por ahora, este es un paso en la dirección correcta.

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. . 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 Battlefield 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 utiliza con gran efecto en Shadow of the 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» requiere mucho tiempo y esfuerzo, e incluso así, 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. .

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 reducción de ruido y para mejorar el rendimiento y cubrir algunos de los contratiempos visuales que se producen al generar 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

Persona de pie en un escenario oscuro frente a la diapositiva de presentación que dice RTX Hybrid Rendering.

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.

La arquitectura Turing de Nvidia, incluida en las GPU de la serie 20, introdujo núcleos RT junto con los núcleos CUDA y Tensor de Nvidia. Los núcleos RT solo están ahí para manejar el trazado de rayos en tiempo real. En las tarjetas de Turing, los núcleos RT funcionaron decentemente, pero no fue hasta que los vimos brillar.

Nvidia publicó un desglosede generar un solo cuadro de Metro Exodus, donde se mostró cómo se presenta la canalización de renderizado y cómo se ve afectada por el trazado de rayos. Si bien una RTX 2080 y una GTX 1080 Ti pueden ser más o menos comparables en rendimiento para juegos sin trazado de rayos, cuando se aplica el trazado de rayos a una escena, la 1080 Ti puede tardar mucho más, sin los núcleos RT dedicados, en generar la misma imagen

Los núcleos RT dedicados en las GPU de la serie RTX 20 fueron un gran punto de venta, pero no ofrecieron el rendimiento que sugirió Nvidia. Incluso la última generación en títulos compatibles con ray tracing en el momento del lanzamiento. Sin embargo, los núcleos RT nuevos y más nuevos y la mejora del rendimiento son claras. Estas tarjetas no solo son más rápidas que sus contrapartes de última generación, sino que los nuevos núcleos RT también son más rápidos. En muchos sentidos, las tarjetas de la serie RTX 30 se sienten como las GPU que Nvidia prometía con RTX en primer lugar.

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 querrá un trazado de rayos para sin importar la implementación, pero a medida que la técnica se popularice con los desarrolladores de juegos, es posible que veamos una gama más amplia de hardware compatible a precios mucho más asequibles.

¿Qué pasa con AMD?

Vista de cerca de AMD Radeon RX 6000.

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 compatibilidad con el 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 nuestras y comparaciones para obtener más información).

Eso no es una sorpresa, considerando que la alimentación de 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 , que ofrece un nivel de rendimiento general más bajo 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 PC para juegos y también .

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

Imagen del juego Battlefield V.

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 de las series 20 y 30 de Nvidia RTX o en las GPU de la serie RX 6000 de AMD. Las tarjetas de las series GTX 10 y 16 admiten el trazado de rayos, pero carecen de los núcleos RT para que se puedan reproducir cómodamente. Parece probable que las tarjetas de la serie RX 6000 y RTX 30 lo hagan, y las tarjetas de la serie RTX 20 han llegado al final de su vida útil, lo que significa que las existencias se están agotando rápidamente en los minoristas. A fines de 2020, no hay muchas opciones, pero es de esperar que eso cambie en los próximos meses. Una vez que haya asegurado una tarjeta gráfica, el resto es simple.

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 puede arreglárselas con una si está dispuesto a pasar a 1440p en ciertos títulos.

Hay una selección limitada de juegos habilitados para ray tracing, pero el número está creciendo. Los mejores ejemplos de trazado de rayos incluyen las primeras demostraciones de RTX, como Battlefield V, Shadow of the Tomb Raider y Metro Exodus. Los juegos más recientes como Control y MechWarrior 5: Mercenaries también parecen atractivos. Stay in the Light es un juego de terror independiente creado con sombras y reflejos con trazado de rayos. el remasterizadoQuake II con trazado de rayos RTXes otro ejemplo fantástico.

Hay menos juegos de trazado de rayos en el mercado, pero la industria crece. A medida que comience a anunciar el trazado de rayos, los competidores pronto los seguirán. El juego multiplataforma Watch Dogs 2 es diferente al nuevo, ya que el nuevo juego ha iniciado el trazado de rayos para funcionar en consolas y computadoras.

Intenta usarTrazado de rayos Port Royal de UL Benchmarkpara determinar si su PC funcionará con trazado de rayos.

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