¿Qué es el trazado de rayos y es realmente el futuro de los juegos?

(Crédito de la imagen: Nvidia)

Si ha estado dentro y alrededor de la industria de los juegos durante los últimos años, habrá oído hablar del trazado de rayos. Se ha hablado mucho sobre cómo el trazado de rayos representa el futuro de los juegos, y el futuro hardware seguramente necesitará incorporar recursos dedicados para manejarlo. Pero, ¿qué es el trazado de rayos? ¿Está justificada la enorme burbuja publicitaria que se expande lentamente a su alrededor?

Una indicación afirmativa es el anuncio de Mark Cerny en un Característica cableada que la próxima consola de Sony admitirá el trazado de rayos a través de su GPU AMD Navi personalizada. Incluso introdujo una novedad interesante: la consola podrá aprovechar el trazado de rayos no solo para los efectos visuales, sino también para simular el audio posicional.

Un mundo de luces y sombras.

Al igual que cualquier nueva tecnología orientada al consumidor, el trazado de rayos está parcialmente ofuscado por todas las palabras de moda de marketing que emanan de personas con un interés personal en venderlo. La verdad es que el trazado de rayos no es nuevo en absoluto, es una técnica que los estudios de cine han estado usando durante años en efectos especiales y animación para iluminar escenas y permitir reflejos adecuados de objetos digitales. ¿Recuerdas haber visto esas naves de guerra alienígenas explotando envueltas en humo y fuego reflejadas en el casco de Iron Man en Los Vengadores? Eso es trazado de rayos en el trabajo. Lo nuevo es la promesa de hacer este tipo de renderizado en tiempo real. Permite que los videojuegos logren sobre la marcha lo que las granjas de procesamiento de Hollywood tardan días o incluso semanas en lograr, apoyándose en hardware enormemente costoso para calcular el trazado de rayos para escenas complejas con millones de haces de fotones individuales.

El trazado de rayos funciona simulando rayos de luz y las formas en que interactúan con objetos y superficies. Modela cómo la iluminación afecta el color o la oclusión por rayo. Anteriormente, la iluminación se manejaba durante la rasterización, el proceso de convertir modelos poligonales 3D en una imagen 2D construida a partir de píxeles. Los efectos de iluminación fueron en gran parte 'falsificados', con un motor que determina cómo las fuentes de luz en una escena teóricamente afectarían las superficies en función de la ubicación y sombreando/coloreando los píxeles de esa superficie en consecuencia. Es computacionalmente eficiente, por lo que no requiere el tipo de hardware dedicado ridículamente poderoso que tradicionalmente tiene el trazado de rayos, pero viene con una serie de limitaciones.

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Con el trazado de rayos, los desarrolladores pueden simular la forma en que funciona la luz en el mundo real, algo que es imposible en las soluciones basadas en ráster. Esto significa que las escenas aparecen con una iluminación más natural y realista, y también significa que las fuentes de luz o los objetos reflectantes que no están en el marco aún pueden reflejarse con precisión en la escena visible. La explosión de una granada fuera de la pantalla aún se puede ver reflejada en el casco de metal brillante de un tanque Abrams que avanza hacia tu personaje, por ejemplo, y las sombras proyectadas por otros soldados que actualmente no están en el marco se pueden representar con mayor precisión.

El trazado de rayos funciona siguiendo un haz de luz desde un píxel en pantalla hasta la escena 3D y rastreando dónde o si interactúa con los objetos antes de llegar a la fuente de luz. Si golpea un objeto, o si se refleja entre varios objetos, o incluso se refracta al pasar a través del vidrio o el agua, esos datos se representan en el píxel en términos de luz y color.

También es posible utilizar el trazado de rayos en el diseño de sonido como sugiere Mark Cerny, especialmente si está buscando una solución más rápida y limpia que la que brindan los métodos más tradicionales. Si trata las ondas de sonido como rayos mucho más pequeños, puede modelarlas de la misma manera que el trazado de rayos modela la luz, dibujándolas desde la fuente hasta el usuario final y juzgando dónde interactúan con los objetos del entorno. La dificultad es que las ondas de sonido son generalmente mucho más grandes que las ondas de luz, alcanzando hasta diez metros o más, mientras que la longitud de onda de la luz se mide en nanómetros, por lo que modelarlas como rayos inevitablemente causará imprecisiones. Sin embargo, ciertamente es posible y sería computacionalmente más eficiente que la mayoría de las soluciones alternativas.

La narrativa del hardware

Trazado de rayos en Metro Exodus; habilitado en la imagen de la derecha, es más evidente en los reflejos en la nieve y el agua

Es probable que haya oído hablar por primera vez del trazado de rayos (a pesar de haberlo visto en pantalla en películas durante años) cuando Nvidia comenzó a promocionar las capacidades de trazado de rayos de su serie de tarjetas RTX 20. Nvidia hizo mucho ruido acerca de cómo sus núcleos RT permitirían que la próxima generación de GPU traiga un increíble trazado de rayos en tiempo real a los videojuegos por primera vez. En gran medida, fue una estratagema para justificar los precios extremadamente altos de las nuevas tarjetas, pero no todo fueron exageraciones de marketing: representó un logro técnico increíble bastante sorprendente, que permitió PC para juegos hacer en tiempo real lo que a esos estudios de Hollywood les llevó varios órdenes de magnitud más.

La recepción de esas tarjetas de la serie 20 ha sido mixta y las ventas han sido tibias, pero quizás lo más importante es que el dominio de Nvidia de la narrativa del 'trazado de rayos en los juegos' ha comenzado a disminuir. Ha habido una serie de obstáculos, el primero y más importante de los cuales son los pocos juegos que actualmente admiten el trazado de rayos y cómo, incluso en los títulos que lo hacen, no tiene un impacto evidente e inmediatamente perceptible en los gráficos y la presentación. Por supuesto, esto no es una gran sorpresa: la mayoría de las nuevas tecnologías gráficas, como el reciente renacimiento de HDR, tardan un tiempo en implementarse e implementarse correctamente, pero parece que Nvidia estaba demasiado por delante del curva y ha comenzado a perder su preeminencia de trazado de rayos en el ínterin.

Primero fue la noticia de que las tarjetas RTX no eran necesarias para el trazado de rayos, como lo demostró un Demostración de CryEngine . Luego, la propia Nvidia anunció que ampliaría la línea GTX con tecnología Turing pero sin hardware de trazado de rayos dedicado y, finalmente, traería soporte de trazado de rayos para tarjetas GTX a través de una actualización del controlador. Y ahora, circulan ampliamente rumores de que AMD pronto comenzará a lanzar sus propias tarjetas con soporte de trazado de rayos dedicado que podría igualar o superar la línea RTX en términos de rendimiento. Según se informa, AMD está trabajando con Sony y Microsoft en la próxima generación de consolas (probablemente proporcionando versiones discretas y personalizadas de su arquitectura Navi), la noticia de que los chips AMD pronto incluirán hardware dedicado para admitir el trazado de rayos significa que la próxima generación de consolas probablemente también subirse al carro de RT.

Iluminando el camino a seguir

Trazado de rayos en el motor Northlight de Remedy

Todo esto no es una gran noticia para Nvidia, al menos a corto plazo, pero sí una gran noticia para los entusiastas del trazado de rayos. Un soporte de hardware más amplio significa que hacer el trabajo de incorporar la tecnología de trazado de rayos en los juegos se verá mucho más atractivo para los desarrolladores, porque habrá una audiencia capaz de apreciar los resultados. E incluso para Nvidia, a medida que el trazado de rayos se vuelve más omnipresente, también lo harán las ventas de su hardware RTX, especialmente si la empresa puede comprimir los precios para acelerar las ventas principales.

También son buenas noticias para los jugadores en general. Es posible que el trazado de rayos no esté haciendo grandes olas en un sentido práctico ahora, en gran parte porque el soporte actual se siente un poco apresurado o agregado, pero a medida que vemos juegos construidos desde el salto con el soporte de trazado de rayos en mente, los productos finales comenzarán a verse mucho más impresionante. En innumerables demostraciones, primero de Nvidia y ahora de CryEngine y Unity (el motor de juegos que recientemente incorporó herramientas de trazado de rayos), hemos visto el potencial del trazado de rayos y, si se implementa correctamente, es tan impresionante como el marketing quiere hacerte creer.

La conclusión es que el trazado de rayos es más HDR que 3D. No es una tecnología efectista y relámpago que no logrará afianzarse y salir de la conversación en menos de un año. Realmente es una parte importante del futuro de los juegos, de garantizar que la próxima generación de juegos se parezca más a la realidad que nunca, y poder entregarlos en tiempo real es realmente una innovación sorprendente. Es inevitable, y la pregunta principal sobre el trazado de rayos es menos 'si' que 'cuándo'.