O que é o ray tracing e como ele irá mudar os jogos? | ENBLE
Ray tracing game-changing technology explained | ENBLE
O ray tracing é uma técnica de iluminação que traz um nível extra de realismo aos jogos. Ele simula a forma como a luz reflete e refrata no mundo real, proporcionando um ambiente mais convincente do que o visto normalmente com iluminação estática em jogos mais tradicionais. Mas o que é exatamente o ray tracing? E, mais importante, como ele funciona?
Uma boa placa de vídeo pode usar o ray tracing para melhorar a imersão, mas nem todas as GPUs podem lidar com essa técnica. Continue lendo para decidir se o ray tracing é essencial para a sua experiência de jogo e se justifica gastar centenas de dólares em uma GPU atualizada.
Fotões virtuais
Para entender como funciona o revolucionário sistema de iluminação do ray tracing, precisamos voltar atrás e entender como os jogos renderizavam a luz anteriormente, além do que precisa ser emulado para uma experiência fotorrealista.
Jogos sem ray tracing dependem de iluminação estática “pré-renderizada”. Os desenvolvedores colocam fontes de luz dentro de um ambiente que emite luz uniformemente em qualquer visualização. Além disso, modelos virtuais como NPCs e objetos não contêm informações sobre outros modelos, exigindo que a GPU calcule o comportamento da luz durante o processo de renderização. Texturas de superfície podem refletir a luz para imitar o brilho, mas apenas a luz emitida de uma fonte estática. Veja a comparação das reflexões em GTA V abaixo como exemplo.
No geral, a evolução da GPU ajudou esse processo a se tornar mais realista ao longo dos anos, mas os jogos ainda não são fotorrealistas em termos de reflexões, refrações e iluminação geral do mundo real. Para conseguir isso, a GPU precisa ter a capacidade de rastrear raios virtuais de luz.
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No mundo real, a luz visível é uma pequena parte da família de radiação eletromagnética percebida pelo olho humano. Ela contém fotões que se comportam tanto como partículas quanto como ondas. Fotões não têm tamanho ou forma reais – eles só podem ser criados ou destruídos.
Dito isso, a luz pode ser identificada como um fluxo de fotões. Quanto mais fotões você tiver, mais brilhante será a luz percebida. A reflexão ocorre quando os fotões ricocheteiam em uma superfície. A refração ocorre quando os fotões – que viajam em linha reta – passam por uma substância transparente e a linha é redirecionada ou “curvada”. Fotões destruídos podem ser percebidos como “absorvidos”.
O ray tracing em jogos tenta emular a forma como a luz funciona no mundo real. Ele traça o caminho da luz simulada rastreando milhões de fotões virtuais. Quanto mais intensa a luz, mais fotões virtuais a GPU precisa calcular, e mais superfícies ela refletirá, refratará e dispersará.
O processo não é algo novo. A CGI usa o ray tracing há décadas, embora o processo exigisse fazendas de computadores nos primeiros dias para gerar um filme completo, já que um único quadro poderia levar horas ou até dias para ser renderizado. Agora, PCs domésticos podem emular gráficos ray-traced em tempo real, aproveitando a aceleração por hardware e truques de iluminação inteligentes para limitar o número de raios a um número gerenciável.
Aqui está o que é realmente surpreendente: assim como em um filme ou programa de TV, as cenas em animação CGI são tipicamente “filmadas” usando ângulos diferentes. Para cada quadro, você pode mover uma câmera para capturar a ação, aproximar, afastar ou percorrer uma área inteira. E, assim como na animação, você deve manipular tudo quadro a quadro para simular o movimento. Junte todas as filmagens e você terá uma história em movimento.
Em jogos, você controla uma única câmera que está sempre em movimento e sempre mudando o ponto de vista, especialmente em jogos de ritmo acelerado. Tanto em jogos CGI quanto em jogos com ray tracing, a GPU não apenas precisa calcular como a luz reflete e refrata em qualquer cena, mas também como ela é capturada pela lente – o seu ponto de vista. Para jogos, isso representa uma quantidade enorme de trabalho computacional para um único PC ou console.
Infelizmente, ainda não temos PCs de nível do consumidor que possam realmente renderizar gráficos com ray tracing em altas taxas de quadros. Em vez disso, agora temos hardware que pode trapacear de forma eficaz.
Vamos ser realistas
A semelhança fundamental do ray tracing com a vida real faz dele uma técnica de renderização 3D extremamente realista, até mesmo tornando jogos blocados como o Minecraft parecerem quase fotorrealistas nas condições certas. Há apenas um problema: é extremamente difícil de simular. Recriar a forma como a luz funciona no mundo real é complicado e consome muitos recursos, exigindo grande poder de computação.
É por isso que as opções de ray tracing existentes em jogos, como o ray tracing impulsionado por RTX da Nvidia, não são verdadeiras para a vida real. Eles não são verdadeiros ray tracing, onde cada ponto de luz é simulado. Em vez disso, a GPU “trapaceia” usando várias aproximações inteligentes para entregar algo próximo ao mesmo efeito visual, mas sem ser tão exigente para o hardware.
A maioria dos jogos de ray tracing agora usa uma combinação de técnicas de iluminação tradicionais, geralmente chamadas de rasterização, e ray tracing em superfícies específicas, como poças reflexivas e trabalhos em metal. Battlefield V é um ótimo exemplo disso. Você vê o reflexo de tropas na água, o reflexo do terreno em aviões e o reflexo de explosões na pintura de um carro. É possível mostrar reflexos em motores 3D modernos, mas não no nível de detalhe mostrado em jogos como Battlefield V quando o ray tracing está ativado.
O ray tracing também pode ser utilizado para sombras, tornando-as mais dinâmicas e realistas. Você verá isso sendo usado com grande efeito em Shadow of the Tomb Raider.
A iluminação por ray tracing pode criar sombras muito mais realistas em cenas escuras e brilhantes, com bordas mais suaves e maior definição. Alcançar esse visual sem ray tracing é extremamente difícil. Os desenvolvedores só podem falsificá-lo por meio do uso cuidadoso e controlado de fontes de luz preset e estáticas. Colocar todas essas “luzes de palco” leva muito tempo e esforço – e mesmo assim, o resultado não é completamente correto.
Alguns jogos vão além e usam o ray tracing para iluminação global, efetivamente rastreando um cenário inteiro. Mas essa é a opção computacionalmente mais cara e requer as placas gráficas mais poderosas da atualidade para ser executada de forma eficaz. Metro Exodus usa essa técnica, embora a implementação não seja perfeita.
Por causa disso, meias-medidas, como apenas rastrear sombras ou superfícies reflexivas, são populares. Outros jogos aproveitam as tecnologias da Nvidia, como desembaçamento e Deep Learning Super Sampling, para melhorar o desempenho e disfarçar alguns dos soluços visuais que ocorrem ao renderizar menos raios do que seriam necessários para criar uma cena verdadeiramente rastreada por raios. Esses recursos ainda são reservados para capturas de tela e filmes pré-renderizados, onde servidores de alta potência podem levar dias para renderizar quadros individuais.
O hardware por trás dos raios
Para lidar até mesmo com essas implementações relativamente modestas de ray tracing, as placas gráficas da série RTX 20 da Nvidia introduziram hardware especificamente projetado para ray tracing.
Agora, todas as placas RTX suportam ray tracing, e as GPUs mais recentes da série RTX 40 têm mais uma maneira de melhorar o desempenho. SER, ou Shader Execution Reordering, está disponível nas RTX 4090 e RTX 4080, e a Nvidia afirma que pode aumentar o desempenho em 25% em jogos com ray tracing. Funciona reorganizando quando as instruções de ray tracing são processadas pela GPU, otimizando a tarefa para a potência computacional disponível.
Embora os primeiros dias do ray tracing tenham sido difíceis, as placas recentes da Nvidia têm apresentado um desempenho muito melhor. Com o SER na próxima geração, juntamente com o DLSS 3, podemos ver ray tracing que não reduz a taxa de quadros. O novo DLSS 3.5 da Nvidia promete fortalecer o ray tracing por meio de Ray Reconstruction também.
O método de ray tracing da Nvidia não é a única opção disponível. Existem também efeitos de pós-processamento de “path tracing” do Reshade que oferecem visuais comparáveis sem o mesmo impacto no desempenho.
A AMD agora também tem opções de ray tracing, sobre as quais falaremos a seguir.
Você ainda vai querer uma placa gráfica poderosa para ray tracing, independentemente da implementação, mas à medida que a técnica se torna popular entre os desenvolvedores de jogos, podemos ver uma variedade maior de hardware de suporte a preços muito mais acessíveis.
Embora o ray tracing seja principalmente focado em PCs, está começando a se espalhar para outros dispositivos. A Apple recentemente anunciou que o chip A17 Bionic do iPhone 15 é capaz de ray tracing acelerado por hardware, incluindo em jogos.
E a AMD?
A AMD tem enfrentado dificuldades nos últimos anos para oferecer ray tracing acelerado por hardware, mas isso mudou com o lançamento das RX 6800, 6800 XT e 6900 XT. Essas novas placas apresentam suporte a ray tracing DirectX 12 e oferecem excelente desempenho, mesmo que a AMD ainda não esteja no mesmo nível da Nvidia no departamento de ray tracing (leia nossas comparações RX 6800 XT versus RTX 3080 e RX 6900 XT versus RTX 3090 para saber mais).
Isso dificilmente é uma surpresa, considerando que a arquitetura Big Navi que impulsiona os cartões RX 6000 da AMD é muito mais uma primeira geração de aceleração de ray-tracing. É a mesma arquitetura que alimenta os visuais no PlayStation 5 e Xbox Series X, atendendo a uma camada inferior de desempenho geral do que os principais cartões da Nvidia. No entanto, como o ray tracing é um recurso destacado nos consoles de próxima geração, esperamos um melhor suporte e otimizações no futuro. Em um futuro próximo, veremos a estreia do AMD FidelityFX Super Resolution (FSR) para PCs de jogos e também as versões mais recentes do Microsoft Xbox.
Como você pode ver o ray tracing em casa?
Você precisará de uma placa de vídeo recente – e cara – para ver o ray tracing em casa. O ray tracing acelerado por hardware está disponível apenas em GPUs Nvidia RTX ou nas GPUs da série RX 6000 da AMD. As placas da série GTX 10 e 16 suportam ray tracing, mas não possuem os núcleos RT para torná-lo confortavelmente jogável.
Se você espera jogar em resoluções acima de 1080p e com taxas de quadros de 60 fps ou mais, a melhor opção é investir em uma placa de vídeo topo de linha. Em 4K, as placas RTX 3080 e RX 6800 XT se destacam, mas você pode se contentar com uma RTX 3070 ou RX 6800 se estiver disposto a jogar em 1440p em certos títulos.
Há uma seleção limitada de jogos com suporte a ray tracing, mas o número está crescendo. Os principais exemplos de ray tracing incluem demos iniciais de RTX, como Battlefield V, Shadow of the Tomb Raider e Metro Exodus. Jogos mais recentes, como Control e MechWarrior 5: Mercenaries, também parecem cativantes. Stay in the Light é um jogo de terror independente construído usando sombras e reflexos com ray tracing. O Quake II remasterizado com ray tracing RTX é outro exemplo fantástico.
Há menos jogos com ray tracing no mercado, mas a indústria está crescendo. À medida que o PlayStation 5 e o Xbox Series X começam a divulgar o ray tracing, os concorrentes logo seguirão. O jogo multiplataforma Watch Dogs 2 é diferente do novo Watch Dogs: Legion, pois o novo jogo iniciou o ray tracing para funcionar em consoles e computadores.
Tente usar o Port Royal ray tracing da UL Benchmark para determinar se o seu PC funcionará com ray tracing.
