Se você captou até as menores notícias sobre jogos e gráficos ultimamente, ouviu a última e a maior palavra da moda: ray tracing. Você também pode ter ouvido uma palavra com som semelhante chamada rastreamento de caminho. E você pode ser totalmente perdoado por não entender completamente o que é um dos processos.
Uma explicação simples é que tanto o traçado como o traçado de raios são técnicas gráficas que resultam em imagens com aparência mais realista, ao custo de significativamente mais. poder computacional. Existe um vídeo do Minecraft no YouTube que demonstra os aspectos particulares do traçado de raios de uma maneira clara, mas também ilustra o estresse que ele coloca em um sistema.
Se essa é a única explicação que você precisa, ótimo! Mas se você quiser se aprofundar e descobrir como cada técnica funciona e por que as empresas de hardware de GPU estão cobrando uma pequena fortuna por cartões de captura de rastreamento de raio, continue lendo.
Rasterização e computação gráfica
Qualquer imagem que você vê exibida na tela do computador não inicia como a imagem. Começa como uma varredura ou uma imagem vetorial. Uma imagem rasterizada é composta por uma coleção de pixels sombreados.
Uma imagem vetorial é baseada em fórmulas matemáticas que significam que a imagem pode ser aumentada em tamanho quase indefinidamente. A desvantagem das imagens vetoriais é que detalhes mais precisos são difíceis de obter. As imagens vetoriais são melhor utilizadas quando são necessárias apenas algumas cores.
A principal força da rasterização é a velocidade, especialmente em comparação com técnicas como o traçado de raios. Sua GPU, unidade de processamento gráfico, instruirá o jogo a criar uma imagem 3D a partir de pequenas formas, na maioria dos casos triângulos. Esses triângulos são transformados em pixels individuais e passados por um sombreador para criar a imagem que você vê na tela.
A rasterização é a opção de escolha para gráficos de videogame há muito tempo devido à rapidez com que pode ser processada, mas, à medida que a tecnologia atual começa a esbarrar em seus limites, são necessárias técnicas mais avançadas para avançar até a próxima nível. É aí que entra o traçado de raios.
O traçado de raios parece muito mais realista que a rasterização, como mostra a imagem abaixo. Veja as reflexões sobre a panela e a colher.
O que é o Ray Tracing?
No nível da superfície, o traçado de raios é um termo genérico que significa tudo, desde uma única interseção de luz e objeto até o fotorrealismo completo. No contexto mais comum usado atualmente, no entanto, o traçado de raios se refere a uma técnica de renderização que segue um feixe de luz (em pixels) a partir de um ponto definido e simula como ele reage quando encontra objetos.
Reserve um momento e olhe para a parede da sala em que você está. Existe uma fonte de luz na parede ou a luz é refletida na parede por outra fonte? Os gráficos traçados por raios começariam nos seus olhos e seguiriam sua linha de visão até a parede e seguiriam o caminho da luz dea parede de volta para a fonte de luz.
O diagrama acima ilustra como isso funciona. O motivo dos “olhos” simulados (a câmera neste diagrama) é diminuir a carga na GPU.
Por quê? Bem, o traçado de raios não é totalmente novo. Ele já existe há algum tempo. A Pixar usa técnicas de rastreamento de raios para criar muitos de seus filmes, mas os gráficos quadro a quadro de alta fidelidade nas resoluções que a Pixar alcança levam tempo.
Muitotempo. Alguns quadros na Universidade Monstroslevaram 29 horas cada. Toy Story 3levou uma média de 7 horas por quadro, com alguns quadros levando 39 horas, de acordo com uma história de 2010 da Wired.
Como o filme ilustra o reflexo da luz de todas as superfícies para criar o estilo gráfico que todos conhecem e amam, a carga de trabalho é quase inimaginável. Ao limitar as técnicas de traçado de raios apenas ao que os olhos podem ver, os jogos podem utilizar a técnica sem causar um colapso (literal) no processador gráfico.
Veja a imagem abaixo.
Isso não é uma fotografia, apesar de parecer real. É uma imagem rastreada por raios. Tente imaginar quanta energia é necessária para criar uma imagem com esta aparência. Um raio pode ser rastreado e processado sem muitos problemas, mas e quando esse raio quica em um objeto?
Um único raio pode se transformar em 10 raios, e esses 10 podem se transformar em 100, e assim por diante. O aumento é exponencial. Depois de certo ponto, os saltos e as reflexões além do terciário e do quaternário exibem retornos decrescentes. Em outras palavras, eles exigem muito mais poder para calcular e exibir do que valem. Para renderizar uma imagem, é necessário traçar um limite em algum lugar.
Agora imagine fazer que 30 a 60 vezes persecond. Essa é a quantidade de energia necessária para usar o jogo de técnicas de rastreamento de raios. Certamente é impressionante, certo?
A acessibilidade de placas gráficas capazes de rastrear raios aumentará com o passar do tempo e, eventualmente, essa técnica se tornará tão prontamente disponível quanto os gráficos 3D. Por enquanto, porém, o traçado de raios ainda é considerado a vanguarda da computação gráfica. Então, como o rastreamento de caminho entra em ação?
O que é o rastreamento de caminho?
O rastreamento de caminho é um tipo de rastreamento de raio. Ela está sob esse guarda-chuva, mas onde o traçado de raios foi originalmente teorizado em 1968, o traçado de caminhos não entrou em cena até 1986 (e os resultados não eram tão dramáticos quanto os agora).
Lembre-se do aumento exponencial dos raios mencionados mais cedo? O rastreamento de caminhos fornece uma solução para isso. Ao usar o pathtracing para renderização, os raios produzem apenas um raio por salto. Os raios não seguem uma linha definida por salto, mas disparam em uma direção aleatória.
O algoritmo de rastreamento de caminho leva uma amostragem aleatória de todos os raios para criar a imagem final. Isso resulta em uma variedade de tipos diferentes de iluminação, mas especialmente na iluminação global.
Uma coisa interessante sobre o rastreamento de caminho é que o efeito pode ser emulado através do uso de shaders. Um shader apareceu recentemente em um emulador do Nintendo Switch que permitia aos jogadores imitar a iluminação global rastreada em títulos como The Legend of Zelda: Breath of the Wilde Super Mario Odyssey.os efeitos parecem bons, não são tão completos quanto o verdadeiro rastreamento de caminho.
O rastreamento de caminho é apenas um forma de traçado de raios. Embora tenha sido aclamado como a melhor maneira de renderizar imagens, o rastreamento de caminhos é executado com suas próprias falhas.
Mas, no final, o rastreamento de caminhos e o rastreamento de raios resultam em imagens absolutamente lindas. Agora que o hardware em máquinas de consumo atingiu um ponto em que o rastreamento de raios é possível em tempo real em videogames, a indústria está preparada para fazer uma inovação que é quase tão impressionante quanto a etapa de gráficos 2D para 3D.
No entanto, ainda levará algum tempo - pelo menos vários anos - até que o hardware necessário seja considerado "acessível". Até agora, até as placas gráficas necessárias custam mais de US $ 1.000.