Trazado de rayos versus trazado de trayectoria: ¿cuál es la mejor técnica de iluminación dinámica?
El trazado de rayos y el trazado de trayectoria son dos de las técnicas de iluminación dinámica más emocionantes y exigentes disponibles para los jugadores y desarrolladores de juegos en 2024. Ambas representan un gran salto en realismo con respecto a las técnicas de iluminación “horneadas” más tradicionales e incluso pueden hacer que los juegos más antiguos parezcan mucho más atractivos. realistas de lo que sus texturas en bloques y geometría tienen derecho a ser.
Pero si tanto el trazado de rayos como el trazado de trayectoria generan una iluminación más realista en los juegos, ¿cuál es mejor? ¿Y cuál es incluso la diferencia entre ellos? Así es como se comparan el trazado de rayos y el trazado de ruta, y por qué es posible que veas uno más que el otro en tus juegos favoritos en los próximos años.
¿Qué es el trazado de rayos?
El trazado de rayos es un método realista para modelar la iluminación en una escena. Concebido originalmente a finales de la década de 1960, sólo recientemente se ha incorporado a los juegos en tiempo real debido a lo exigente que es calcular.
El trazado de rayos funciona proyectando 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 sobre el rayo, incluido su color, transparencia y orientación. Ese rayo continúa siendo rastreado mientras rebota alrededor de una escena hasta que se cruza con una fuente de luz. Ese cálculo se realiza para cada píxel de una escena, lo que crea una técnica de iluminación de aspecto increíblemente realista, pero también increíblemente exigente.
El trazado de rayos se ha utilizado en películas CGI durante años y, a menudo, lleva horas o incluso días renderizar fotogramas individuales. Sin embargo, a medida que la potencia informática ha mejorado, y tras el lanzamiento de las tarjetas gráficas RTX de Nvidia y las GPU RDNA de AMD , los aceleradores de trazado de rayos han hecho posible el trazado de rayos en tiempo real en los juegos. Aunque en los primeros lanzamientos estaba restringido a sombras y reflejos, desde entonces se ha extendido a la iluminación global en algunos juegos.
¿Qué es el rastreo de ruta?
El trazado de ruta 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: envía cientos o incluso miles de rayos a la vez desde una fuente de luz y luego los sigue a medida que rebotan aleatoriamente alrededor de una escena. Esto es mucho más complicado en la superficie, pero el resultado final es un renderizado más fácil, ya que en lugar de rastrear cada rayo desde el píxel hasta la fuente, solo rastrea una muestra de esos rayos según el camino 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 utilice una cantidad manejable de rutas para rastrear una fuente de luz. Esto permite efectos de iluminación similares al trazado de rayos con menos gastos generales, pero posiblemente, lo que es igualmente importante, permite una granularidad mucho mayor basada en las capacidades del sistema y la configuración elegida. Un mayor tamaño de muestra significa más demanda para que la GPU represente la escena, pero también mayor detalle. Las muestras más pequeñas hacen que el trazado de rutas sea más manejable, a expensas de la calidad visual.
Sin embargo, los resultados finales del trazado de ruta no son perfectos. Se combinan con algoritmos de eliminación de ruido para limpiar la imagen resultante y los resultados son impresionantes.
Hay ciertas escenas y ciertos objetos, como objetos reflectantes y refractivos (un vaso de agua, por ejemplo), para los cuales es necesario modificar el algoritmo de seguimiento de ruta para evitar una pérdida indebida de información en muestras más pequeñas. Es posible que con esos objetos, el algoritmo simplemente los trace por fuerza bruta, para garantizar la precisión.
Sin embargo, el resultado final en cada caso es una escena renderizada que parece tan realistamente iluminada como una con trazado de rayos, si no más, pero con el potencial de una sobrecarga mucho menor, especialmente en configuraciones con mayor detalle. El trazado de ruta también se considera más efectivo para escenas bien iluminadas, ya que tiene más datos para partir, mientras que el trazado de rayos puede ser más efectivo para representar escenas con muchas sombras, ya que conoce el camino real que tomarían los rayos de luz. .
¿El trazado de ruta se ve mejor que el trazado de rayos?
El trazado de rayos es una técnica precisa para modelar la iluminación en tiempo real, porque sigue el camino natural de cómo la luz puede propagarse alrededor de una escena. Sin embargo, la gran cantidad de cálculos que es necesario realizar para utilizar el trazado de rayos de forma eficaz es increíble. Incluso el hardware moderno, con toda su aceleración de hardware, puede tener problemas en juegos con mucho trazado de rayos. Es por eso que muchos de los juegos que admiten el "trazado de rayos" en realidad solo lo usan para una parte de una escena: sombras o reflejos, por lo general.
El trazado de ruta, por otro lado, puede producir imágenes igualmente fuertes, o incluso más atractivas, y al mismo tiempo exigir menos al hardware de renderizado. Es el modelo utilizado en algunos de los juegos con “trazado de rayos” más impresionantes hasta el momento, 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 gran efecto.
El trazado de ruta ofrece una forma de iluminación dinámica más atractiva y menos intensa y, en general, es posiblemente la mejor solución. Sin embargo, el trazado de rayos todavía tiene su lugar donde los tamaños limitados de las muestras trazadas conducirían a problemas con la precisión visual. También hay muchos ejemplos modernos de juegos tradicionalmente rasterizados donde la iluminación con trazado de rayos o trazado de trayectoria agrega muy poco a la experiencia, mientras reduce por completo la velocidad de fotogramas, como Hogwarts Legacy .
Es probable que hasta que las tarjetas gráficas sean lo suficientemente potentes donde el trazado de rayos o el trazado de ruta se rendericen tan fácilmente como la rasterización, veamos una combinación de efectos de iluminación en juegos futuros, ya que cada técnica tiene su lugar.