¿Qué es el trazado de rayos y cómo cambiará los juegos? | ENBLE
¿Qué es el trazado de rayos y su impacto en los juegos? | ENBLE
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 ve normalmente utilizando iluminación estática en juegos más tradicionales. Pero, ¿qué es exactamente el trazado de rayos? Y, lo que es más importante, ¿cómo funciona?
Una buena tarjeta gráfica puede utilizar el trazado de rayos para mejorar la inmersión, pero no todas las GPUs pueden manejar esta técnica. Sigue leyendo para decidir si el trazado de rayos es esencial para tu experiencia de juego y si justifica gastar cientos de dólares en una GPU actualizada.
Fotones virtuales
Para entender cómo funciona el revolucionario sistema de iluminación del trazado de rayos, tenemos que retroceder y entender cómo los juegos renderizaban la luz anteriormente, así como lo que se necesita emular para una experiencia fotorrealista.
Los juegos sin trazado de rayos dependen de una iluminación estática “predefinida”. Los desarrolladores colocan fuentes de luz dentro de un entorno que emite luz de manera uniforme en cualquier vista dada. Además, los modelos virtuales como NPCs 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 las superficies pueden reflejar la luz para imitar el brillo, pero solo la luz emitida desde una fuente estática. Toma la comparación de los reflejos en GTA V a continuación como ejemplo.
En general, la evolución de la GPU ha ayudado a que este proceso se vea más realista con el paso de los años, pero los juegos todavía 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 virtuales de luz.
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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 partículas como ondas. Los fotones no tienen un tamaño o forma real, solo pueden ser creados o destruidos.
Dicho esto, la luz se puede identificar como un flujo de fotones. Cuantos más fotones tengas, 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 “dobla”. Los fotones destruidos pueden ser percibidos como “absorbidos”.
El trazado de rayos en los juegos intenta emular la forma en que funciona la luz en el mundo real. Rastrea 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.
El proceso no es nada nuevo. La generación de imágenes por computadora (CGI) ha utilizado el trazado de rayos durante décadas, aunque en los primeros días se requerían granjas de computadoras para generar una película completa, ya que un solo fotograma 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 de hardware y trucos de iluminación inteligentes para limitar la cantidad de rayos a un número manejable.
Aquí está la verdadera revelación: como en cualquier película o programa de televisión, las escenas en la animación CGI suelen ser “filmadas” desde diferentes ángulos. Para cada fotograma, puedes mover una cámara para capturar la acción, hacer zoom, alejarte o recorrer toda el área. Y al igual que en la animación, debes manipular todo fotograma por fotograma para emular el movimiento. Uniendo todas las imágenes, tienes una historia fluida.
En los juegos, controlas una sola cámara que siempre está en movimiento y siempre cambia el punto de vista, especialmente en juegos de ritmo rápido. Tanto en los juegos de CGI como en los juegos con trazado de rayos, la GPU no solo debe calcular cómo se refleja y se refracta la luz en cualquier escena dada, sino que también debe calcular cómo se captura por la lente, es decir, tu punto de vista. Para los juegos, eso supone una enorme cantidad de trabajo computacional para una sola PC o consola.
Desafortunadamente, todavía no tenemos PCs de consumo que puedan renderizar realmente gráficos con trazado de rayos a altas tasas de fotogramas. En su lugar, ahora tenemos hardware que puede hacer trampas de manera efectiva.
Vayamos a lo real
La similitud fundamental del trazado de rayos con la vida real lo convierte en una técnica de renderizado 3D extremadamente realista, incluso haciendo que juegos con bloques como Minecraft se vean casi fotorealistas 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 requiere muchos recursos, lo que implica una gran potencia de cálculo.
Es por eso que las opciones existentes de ray-tracing en los juegos, como el ray tracing impulsado por Nvidia RTX, no son fieles a la realidad. No son un ray tracing real, donde se simula cada punto de luz. En cambio, la GPU “engaña” utilizando varias aproximaciones inteligentes para ofrecer algo similar al mismo efecto visual pero sin ser tan exigente para el hardware.
La mayoría de los juegos de ray tracing ahora utilizan una combinación de técnicas de iluminación tradicionales, típicamente llamadas rasterización, y ray tracing en superficies específicas como charcos reflectantes y trabajos en metal. Battlefield V es un gran ejemplo de eso. Se pueden ver reflejos de tropas en el agua, reflejos del terreno en los aviones y reflejos de explosiones en la pintura de un automóvil. Es posible mostrar reflejos en motores 3D modernos, pero no al nivel de detalle mostrado en juegos como Battlefield V cuando el ray tracing está habilitado.
El ray tracing también se puede utilizar para sombras y hacerlas más dinámicas y realistas. Puedes ver eso utilizado de manera efectiva en Shadow of the Tomb Raider.
La iluminación trazada por rayos puede crear sombras mucho más realistas en escenas oscuras y brillantes, con bordes más suaves y mayor definición. Lograr ese aspecto sin ray tracing es extremadamente difícil. Los desarrolladores solo pueden simularlo a través del uso cuidadoso y controlado de fuentes de luz preestablecidas y estáticas. Colocar todas estas “luces de escenario” lleva mucho tiempo y esfuerzo, y aún así, el resultado no es del todo correcto.
Algunos juegos van más allá y utilizan ray tracing para la iluminación global, efectivamente trazando rayos en toda una escena. Pero esa es la opción más computacionalmente costosa y requiere las tarjetas gráficas más potentes de la era moderna para funcionar de manera efectiva. Metro Exodus utiliza esta técnica, aunque la implementación no es perfecta.
Debido a eso, medidas a medias como solo ray-tracing sombras o superficies reflectantes son populares. Otros juegos aprovechan las tecnologías de Nvidia como el denoising (eliminación de ruido) y el Deep Learning Super Sampling para mejorar el rendimiento y cubrir algunos de los problemas visuales que ocurren al renderizar menos rayos de los necesarios para crear una escena verdaderamente trazada por rayos. Estos aún se reservan para capturas de pantalla y películas pre-renderizadas, donde los servidores de alta potencia pueden pasar días renderizando cuadros individuales.
El hardware detrás de los rayos
Para manejar incluso estas implementaciones relativamente modestas de ray tracing, las tarjetas gráficas de la serie RTX 20 de Nvidia introdujeron un hardware específicamente diseñado para el ray tracing.
Ahora, todas las tarjetas RTX admiten ray tracing, y las GPU más recientes de la serie RTX 40 tienen otra forma de mejorar el rendimiento. SER, o Reordenamiento de Ejecución de Shader, está disponible en las RTX 4090 y RTX 4080, y Nvidia dice que puede aumentar el rendimiento en un 25% en juegos con ray tracing. Funciona reordenando cuándo se procesan las instrucciones de trazado de rayos por la GPU, optimizando la tarea para la potencia computacional disponible.
Aunque los primeros días del ray tracing fueron difíciles, las tarjetas recientes de Nvidia han tenido un rendimiento mucho mejor. Con SER en la próxima generación, junto con DLSS 3, es posible que veamos ray tracing que no afecte tanto la velocidad de fotogramas. La nueva versión DLSS 3.5 de Nvidia promete mejorar el ray tracing a través de la reconstrucción de rayos.
El método de ray tracing de Nvidia no es la única opción disponible. También existen efectos de posprocesamiento de “trazado de ruta” de Reshade que ofrecen imágenes comparables sin afectar tanto el rendimiento.
AMD también tiene opciones de ray tracing ahora, las cuales veremos a continuación.
Aunque necesitarás una tarjeta gráfica potente para el ray tracing, sin importar la implementación, a medida que la técnica se popularice entre los desarrolladores de juegos, es posible que veamos una gama más amplia de hardware de soporte a precios mucho más asequibles.
Aunque el ray tracing se centra principalmente en las PC, está comenzando a abrirse camino en otros dispositivos. Apple anunció recientemente que el chip A17 Bionic del iPhone 15 es capaz de acelerar el ray tracing por hardware, incluso en juegos.
¿Y AMD?
AMD ha tenido dificultades en los últimos años para ofrecer ray tracing acelerado por hardware, pero eso cambió con el lanzamiento de las tarjetas RX 6800, 6800 XT y 6900 XT. Estas nuevas tarjetas cuentan con soporte para ray tracing DirectX 12 y ofrecen un excelente rendimiento, aunque AMD no está completamente al nivel de Nvidia en el departamento de ray tracing (lee nuestras comparaciones de RX 6800 XT versus RTX 3080 y RX 6900 XT versus RTX 3090 para obtener más información).
Esto no sorprende, considerando que la arquitectura Big Navi que impulsa las tarjetas RX 6000 de AMD es en gran medida una primera generación de aceleración de trazado de rayos. Es la misma arquitectura que alimenta los gráficos en PlayStation 5 y Xbox Series X, y se adapta a un nivel inferior de rendimiento en general que las tarjetas insignia de Nvidia. Sin embargo, debido a que el trazado de rayos es una característica destacada en las consolas de nueva generación, esperamos un mejor soporte y optimización en el futuro. En un futuro cercano, veremos el debut de AMD FidelityFX Super Resolution (FSR) para PC de juegos y también las últimas versiones de Microsoft Xbox.
¿Cómo puedes ver el trazado de rayos en casa?
Necesitarás 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 Nvidia RTX o en las GPU de la serie RX 6000 de AMD. Las tarjetas de la serie GTX 10 y 16 admiten el trazado de rayos pero carecen de los núcleos RT para hacerlo cómodamente jugable.
Si esperas jugar a resoluciones superiores a 1080p y con velocidades de fotogramas de 60 fps o más, la mejor opción es gastar dinero en una tarjeta gráfica de gama alta. A 4K, las tarjetas destacadas son la RTX 3080 y la RX 6800 XT, pero puedes conformarte con una RTX 3070 o RX 6800 si estás dispuesto a cambiar a 1440p en ciertos títulos.
Hay una selección limitada de juegos habilitados para trazado de rayos, pero el número está creciendo. Algunos ejemplos destacados de trazado de rayos incluyen demos tempranas de RTX, como Battlefield V, Shadow of the Tomb Raider y Metro Exodus. Juegos más recientes como Control y MechWarrior 5: Mercenaries también lucen impresionantes. Stay in the Light es un juego de terror independiente construido utilizando sombras y reflejos ray-traced. El remasterizado Quake II con trazado de rayos RTX es otro ejemplo fantástico.
Hay menos juegos de trazado de rayos en el mercado, pero la industria crece. A medida que PlayStation 5 y Xbox Series X comienzan a promocionar el trazado de rayos, pronto los competidores seguirán. El juego multiplataforma Watch Dogs 2 es diferente del nuevo Watch Dogs: Legion, ya que el nuevo juego ha iniciado el trazado de rayos para funcionar en consolas y computadoras.
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