Ray tracing vs. path tracing métodos de iluminación dinámica comparados | ENBLE

Comparing ray tracing and path tracing for dynamic lighting | ENBLE

El trazado de rayos es un efecto de iluminación que ha dividido a los jugadores y fabricantes de GPU durante años. Algunos lo consideran la próxima generación de iluminación en los juegos que está introduciendo efectos visuales previamente imposibles, mientras que otros lo consideran demasiado costoso en términos de dólares para el hardware de soporte y también critican su impacto en las tasas de cuadros. Pero no es la única técnica avanzada de iluminación en la ciudad. La trazabilidad de caminos es una forma alternativa de manejar la iluminación dinámica que puede ser más atractiva visualmente y menos exigente para una GPU. Al menos en teoría.

En realidad, el trazado de rayos y el trazado de caminos tienen su lugar en los juegos, y es posible que te encuentres jugando con ambos en los próximos años. Así es como se comparan el trazado de rayos y el trazado de caminos.

¿Qué es el trazado de rayos?

El trazado de rayos es un método realista para modelar la iluminación en una escena. Concebido originalmente a fines de la década de 1960, recientemente se ha aplicado a juegos en tiempo real debido a lo exigente que es su cálculo.

El trazado de rayos funciona lanzando un rayo en una escena a través del punto de vista del jugador. Cada vez que el rayo interactúa con un objeto, se calcula el efecto de ese objeto en el rayo, incluido su color, transparencia y orientación. Ese rayo continúa siendo rastreado a medida que rebota alrededor de una escena hasta que se intersecta con una fuente de luz. Ese cálculo se realiza para cada píxel en una escena, lo que resulta en una técnica de iluminación increíblemente realista pero también increíblemente exigente.

El trazado de rayos se ha utilizado en gráficos CGI de películas durante años, a menudo llevando horas o incluso días para renderizar cuadros individuales. Sin embargo, a medida que ha mejorado la potencia informática y con el lanzamiento de las tarjetas gráficas RTX de Nvidia, los aceleradores de trazado de rayos han hecho posible el trazado de rayos en tiempo real en juegos. Aunque inicialmente estaba limitado a sombras y reflejos en los primeros lanzamientos, posteriormente se ha ampliado a la iluminación global en algunos juegos.

Quake 2 se ve impresionante con iluminación trazada de caminos. Nvidia

¿Qué es el trazado de caminos?

El trazado de caminos es un método más moderno para modelar la iluminación dinámica en tiempo real en una escena. Desarrollado a mediados de la década de 1980, adopta un enfoque diferente al enviar cientos o incluso miles de rayos a la vez desde una fuente de luz y luego rastrearlos a medida que rebotan al azar alrededor de una escena. Esto es mucho más complicado en apariencia, pero el resultado final es un renderizado más fácil, ya que en lugar de rastrear cada rayo individual desde el píxel hasta la fuente, solo se rastrea una muestra de esos rayos en función de la ruta más probable que tomaría la luz.

Es una combinación de trazado de rayos y simulación de Monte Carlo que permite que el juego o la aplicación utilicen un número manejable de caminos para rastrear una fuente de luz. Esto permite efectos de iluminación similares al trazado de rayos con menos sobrecarga, pero, argumentablemente, lo más importante, permite una granularidad mucho mayor basada en las capacidades del sistema y las configuraciones elegidas. Un tamaño de muestra mayor significa una mayor demanda en la GPU que renderiza la escena, pero también un mayor detalle. Muestras más pequeñas hacen que el trazado de caminos sea más manejable, a expensas de la calidad visual.

Los resultados finales del trazado de caminos no son perfectos. Se combinan con algoritmos de reducción de ruido para limpiar la imagen resultante y los resultados son impresionantes.

Existen ciertas escenas y ciertos objetos, como objetos reflectantes y refractivos, como un vaso de agua, por ejemplo, para los cuales es necesario ajustar el algoritmo de trazado de caminos para evitar una pérdida indebida de información en muestras más pequeñas. Es posible que, con esos objetos, el algoritmo simplemente haga un trazado de rayos por fuerza bruta para garantizar la precisión.

El resultado final en cada caso, sin embargo, es una escena renderizada que se ve tan realista en cuanto a iluminación como una escena trazada de rayos, si no más, pero con la posibilidad de una sobrecarga mucho menor, especialmente en configuraciones de mayor detalle. El trazado de caminos también se considera más efectivo para escenas bien iluminadas, ya que tiene más datos para trabajar, mientras que el trazado de rayos puede ser más efectivo para renderizar escenas con muchas sombras, ya que conoce la ruta real que tomarían los rayos de luz.

Algunos efectos de iluminación por trazado de rayos simplemente no valen el costo. DigitalTrends

Trazado de rayos vs. trazado de caminos: ¿Cuál es mejor?

El trazado de rayos es una técnica precisa para modelar iluminación en tiempo real, ya que sigue la trayectoria natural de cómo la luz puede propagarse alrededor de una escena. Sin embargo, la cantidad de cálculos que se deben realizar para utilizar el trazado de rayos de manera efectiva es increíble. Incluso el hardware moderno, con toda su aceleración de hardware, puede tener dificultades en juegos con mucho trazado de rayos. Es por eso que muchos de los juegos que admiten “trazado de rayos” en realidad solo usan el trazado de rayos para una parte de una escena: sombras o reflejos, por lo general.

Por otro lado, el trazado de trayectoria puede producir visuales igualmente fuertes, o incluso de mejor apariencia, al mismo tiempo que exige menos al hardware de renderizado. Es el modelo utilizado en algunos de los juegos “ray traced” más impresionantes hasta ahora, como Quake II RTX, Portal RTX y la actualización del modo Overdrive para Cyberpunk 2077. También se está modificando en juegos más antiguos, como Half-Life 2, con un gran efecto.

El trazado de trayectoria ofrece una forma de iluminación dinámica de mejor apariencia y menos intensa, y en general, es posiblemente la mejor solución. Sin embargo, el trazado de rayos todavía tiene su lugar donde tamaños de muestra limitados de trazado de trayectoria podrían generar problemas con la precisión visual. También hay muchos ejemplos modernos de juegos tradicionalmente rasterizados donde la iluminación trazada por rayos o por trayectorias agrega muy poco a la experiencia, mientras que hunde por completo las tasas de cuadros, como en Hogwarts Legacy.

Es probable que hasta que las tarjetas gráficas se vuelvan lo suficientemente potentes como para que el trazado de rayos o de trayectorias se renderice tan fácilmente como la rasterización, veamos una combinación de efectos de iluminación en los juegos futuros, ya que cada técnica tiene su lugar.