Che cos’è il ray tracing e come cambierà i giochi?

NVIDIA presenta GeForce RTX, le prime GPU di ray tracing in tempo reale al mondo
Nvidia

Le schede grafiche RTX 2000 di Nvidia hanno introdotto il ray tracing nel mondo dei giochi nella seconda metà del 2019, ma oggi ci sono una varietà di schede RTX e GTX che lo supportano. La nuova e accattivante tecnica di illuminazione è un serio ostacolo alle risorse, il che significa che le carte più costose e moderne la gestiscono meglio, ma la maggior parte delle schede grafiche Nvidia degli ultimi anni possono fare una crepa ai suoi riflessi in tempo reale e agli effetti dell'ombra.

Ma cos'è il ray tracing? E vale davvero la pena aggiornarlo?

Fotoni virtuali

La tecnologia grafica è di solito difficile da spiegare, ma il ray tracing è piuttosto semplice. Tenta di emulare il modo in cui la luce funziona nel mondo reale. Invece di creare un'illuminazione pre-progettata o "cotta" per le scene giochi, ray tracing traccia il percorso della luce simulata. O meglio milioni di luci simulate o fotoni. La luce rimbalza sugli oggetti mentre si muove e interagisce con le loro proprietà. Se rimbalza da una superficie verde lucida, ad esempio, la sua tonalità potrebbe cambiare.

Questo è essenzialmente il modo in cui la luce funziona nella vita reale. Una particella di luce esplode dal suo punto di origine e viaggia fino a quando non interagisce con un oggetto, a quel punto il suo percorso è determinato dalle proprietà di quell'oggetto. Potrebbe essere assorbito da un oggetto denso, scuro, o quasi interamente riflesso da uno specchio.

La fondamentale somiglianza di Ray Tracing con la vita reale la rende una tecnica di rendering 3D estremamente realistica, persino facendo apparire i giochi a blocchi come Minecraft quasi fotorealistici nelle giuste condizioni. C'è solo un problema: è difficile da simulare. Ricreare il modo in cui la luce funziona effettivamente nel mondo è complicato e richiede molte risorse, che richiedono masse di potenza di calcolo. Anche il rendering di ray tracing di Nvidia non è un vero ray tracing, per cui ogni punto di luce viene simulato. Invece, utilizza una serie di approssimazioni intelligenti per fornire qualcosa che è vicino allo stesso effetto visivo, ma senza essere abbastanza faticoso sull'hardware.

La maggior parte dei giochi di ray tracing ora utilizza una combinazione di tecniche di illuminazione tradizionali, in genere chiamate rasterizzazione e ray tracing su superfici specifiche come pozzanghere riflettenti e strutture metalliche. Battlefield V ne è un ottimo esempio . Vedi il riflesso delle truppe nell'acqua, il riflesso del terreno sugli aeroplani e il riflesso delle esplosioni attraverso la vernice di un'auto. È possibile mostrare i riflessi nei moderni motori 3D, ma non al livello di dettaglio mostrato in giochi come Battlefield V quando è abilitato il ray tracing.

Il ray tracing può anche essere sfruttato per le ombre per renderle più dinamiche e realistiche. Vedrai che era di grande effetto in Shadow of the Tomb Raider .

L'illuminazione ray tracing può creare ombre molto più realistiche in scene scure e luminose, con bordi più morbidi e una maggiore definizione. Raggiungere quell'aspetto senza ray tracing è straordinariamente difficile. Gli sviluppatori possono solo "falsificarlo" attraverso un uso attento e controllato di sorgenti luminose predefinite. Ciò richiede molto tempo e fatica – e anche in questo caso, il risultato non è del tutto giusto.

Alcuni giochi vanno bene e usano il ray tracing per l'illuminazione globale, in modo efficace ray tracing di un'intera scena. Ma è la più computazionalmente costosa e ha bisogno della più potente delle moderne schede grafiche per funzionare in modo efficace. Metro Exodus lo utilizza attualmente, ma la sua implementazione non è perfetta .

Per questo motivo, le mezze misure come solo le ombre di ray tracing o le superfici riflettenti sono popolari. Altri sfruttano le tecnologie Nvidia come il denoising e il Deep Learning Super Sampling per migliorare le prestazioni e coprire alcuni dei singhiozzi visivi che si verificano dal rendering di meno raggi di quanto sarebbe necessario per creare una scena veramente tracciata dai raggi. Questi sono ancora riservati per schermate pre-renderizzate e film in cui i server ad alta potenza possono trascorrere giorni rendering di fotogrammi singoli.

L'hardware dietro i raggi

Per gestire anche queste implementazioni relativamente modeste di ray tracing, la generazione di schede grafiche RTX di Nvidia ha introdotto hardware appositamente progettato per il ray tracing. L'architettura Turing utilizza i core RT dell'azienda per gestire la tecnica in tempo reale. Non sono strettamente necessari per il ray tracing, poiché gli effetti di ray tracing possono essere eseguiti sulle schede grafiche GTX serie 10 e 16, sebbene siano molto meno capaci delle schede RTX di livello superiore come 2070, 2080 e 2080 Ti , tutti con core RT.

Nvidia ha rilasciato una ripartizione della generazione di un singolo frame di Metro Exodus ad aprile , dove ha mostrato come è strutturata la pipeline di rendering e come è influenzata dal ray tracing. Mentre un RTX 2080 e GTX 1080 Ti potrebbero essere approssimativamente comparabili nelle prestazioni per i giochi non ray tracing, quando il ray tracing viene applicato a una scena, può richiedere molto più tempo per il 1080 Ti, senza i core RT dedicati, per generare lo stesso Immagine.

Ecco perché anche la più potente delle schede grafiche GTX come la 1080 Ti ha davvero problemi con i giochi ray tracing a qualsiasi livello superiore a 1080p. Ma i core RT non sono un proiettile d'argento. Anche il 2080 Ti, la scheda grafica consumer più potente al mondo con il maggior numero di core RT, fa fatica a raggiungere 60 fps o più in giochi come Battlefield V o Metro Exodus con ray tracing abilitato a 1440p. Questa è una scheda che senza ray tracing abilitato è in grado di fornire frame rate elevati a 4K.

Ma non deve essere così. Il metodo di ray tracing di Nvidia non è l'unica opzione disponibile. Esistono anche effetti di post-elaborazione "traccia traccia" di Reshade che offrono elementi visivi comparabili senza nulla di simile allo stesso risultato prestazionale.

Avrai comunque bisogno di una potente scheda grafica per il ray tracing, indipendentemente dall'implementazione, ma man mano che la tecnica prende piede con gli sviluppatori di giochi, potremmo vedere una gamma più ampia di hardware di supporto a prezzi molto più convenienti.

E AMD?

Allo stato attuale, le schede grafiche AMD non offrono alcun tipo di accelerazione del ray tracing, ma ciò non significa che non possano farlo, e non rimarrà tale per sempre. Crytek ha pubblicato una demo chiamata Neon Noir nel 2019 , che ha mostrato effetti di ray tracing di alto livello su un RX Vega 56 da $ 300, con una velocità di 30 FPS. È quasi stellare, ma dimostra che è possibile.

RX 5700 XT e Radeon VII sono molto più veloci di Vega 56 e possono offrire frame rate molto migliori grazie a questo. Quando AMD farà il suo debutto con la sua lunga scheda grafica "Big Navi" più avanti nel 2020, sarà sicuramente di nuovo molto meglio. Secondo quanto riferito, supporterà anche il ray tracing con accelerazione hardware. Non è chiaro se funzionerà allo stesso modo dei core RT di Nvidia o se sarà progettato per offrire il ray tracing a una più ampia gamma di giochi, ma il supporto sarà lì.

Ci aspettiamo inoltre di vedere il ray tracing con accelerazione hardware in entrambe le console di prossima generazione di Microsoft e Sony. Entrambi questi sistemi useranno la tecnologia grafica AMD Navi, quindi Big Navi potrebbe essere solo un indizio di ciò che diventerà GPU mainstream di ray-tracing alla fine del 2020.

Come puoi vedere il ray tracing a casa?

Il primo punto di riferimento è ottenere una scheda grafica Nvidia, perché in questo momento i giochi ray-tracing disponibili al pubblico lo richiedono. Qualsiasi scheda RTX o GTX farà se vuoi solo vedere come appare una scena ray tracing, ma se vuoi giocare ad una risoluzione superiore a 1080p e con frame rate che si avvicinano o superano i 60 FPS, la tua scommessa migliore è quella con potente – e quindi la più costosa – scheda grafica che puoi permetterti. Un $ 1,000 + 2080 Ti non è necessario, ma un RTX 2060 Super o 2070 è probabilmente la linea di base a cui vuoi puntare. Ciò significa spendere tra $ 350 e $ 550.

Per quanto riguarda i giochi, la selezione è ancora abbastanza limitata . Le implementazioni più complete di ray tracing possono ancora essere trovate nei primi giochi demo RTX, come Battlefield V , Shadow of the Tomb Raider e Metro Exodus , sebbene i giochi più recenti come Control e MechWarrior 5: Mercenaries , siano piuttosto belli pure. Stay in the Light è un nuovo gioco horror indipendente costruito interamente con l'uso di riflessi e ombre ray-tracing, e ora puoi giocare a un Quake II rimasterizzato con ray tracing RTX .

Altri giochi di raytracing RTX previsti per il 2020 includono il controllo di Remedy Entertainment, nonché Atomic Heart di Mundfish, tra gli altri.

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