OTT explica: O que é Ray Tracing?

Ray tracing é uma forma avançada de computação gráfica que simula a forma como a luz funciona na vida real. Ele pode criar gráficos de computador que parecem verdadeiramente fotorrealistas.

No passado, o ray tracing era limitado a projetos massivos de computação gráfica, como filmes de Hollywood CG. Agora é encontrado em jogos para PC e, em breve, nos consoles de jogos da próxima geração.

Para entender por que isso deixou tantas pessoas empolgadas, precisamos comparar os gráficos ray-traced com o método de renderização de gráficos convencional que tem sido usado até agora: rasterização.

Rasterização x Ray Tracing

A computação gráfica moderna em tempo real é incrível! É difícil imaginar que tenha algo a ver com os gráficos 3D básicos de vinte ou trinta anos atrás. A verdade é que um console como o Playstation 1 e o atual Playstation 4 usam o mesmo método básico de renderizar gráficos 3D e depois colocá-los na tela 2D.

Isso é conhecido como rasterização . Um “raster” é uma imagem mostrada como uma grade de pixels, que é exatamente o que sua tela exibe. Rasterização é o processo de converter uma cena 3D em uma imagem 2D em uma tela.

Isso precisa ser feito, porque a cena 3D é, bem, 3D. Tem profundidade, para que os objetos virtuais possam passar um pelo outro e serem vistos de qualquer ponto de vista. No processo de rasterização, o computador precisa descobrir como seria essa cena se sua tela fosse basicamente uma janela para esse mundo 3D.

Na vida real, uma cena tem textura e iluminação, assim como forma, profundidade e tamanho. Como a simulação de luz tradicionalmente consome mais energia do computador do que qualquer computador doméstico é capaz, os programadores criaram truques e atalhos para criar algo que se pareça com luz, cor e textura reais usando esse processo de rasterização.

O traçado de raios é, de certa forma, muito mais simples. Em vez de tentar usar uma longa lista de truques para criar a ilusão de luz real, ele simula a luz real. Agora, quando o computador precisa descobrir como seria a cena vista pela “janela” da tela, ele apenas executa a simulação de traçado de raios e tudo funciona.

No mundo real, os raios de luz que entram em seu olho refletem tudo o que você está olhando antes de atingir suas retinas. O Ray Tracing alcança o mesmo resultado de forma mais eficiente. Ele faz isso disparando “raios” de luz simulados da “câmera” e deixando-a saltar pela cena virtual, captando informações de cor e brilho no caminho. Sua tela representa o olho virtual, então você vê um mundo virtual verdadeiramente realista.

Ao usar o ray tracing, uma única técnica cria objetos, reflexos, sombras e outros elementos de uma cena que parecem reais. Esse realismo acontece naturalmente como resultado da simulação, sem necessidade de truques ou atalhos!

Onde experimentar o Ray Tracing

Se você quiser ver o ray tracing em ação, tudo o que você precisa fazer é assistir a qualquer filme moderno que use gráficos gerados por computador. Se você assistir a um filme em computação gráfica como Toy Story 4, tudo o que está vendo é um produto do ray tracing.

Se você quiser explorar um mundo interativo de rastreamento de raios, atualmente há apenas um jogo na cidade. A série RTX de GPUs Nvidia, juntamente com videogames e aplicativos que suportam essa tecnologia. Você pode executar alguns aplicativos de rastreamento de raio com hardware não RTX, mas não obterá um bom desempenho. Não deixe de conferir nosso artigo sobre os melhores jogos que exibem hardware RTX.

O problema é que o hardware RTX ainda é bastante caro. No entanto, a próxima geração de consoles de videogame tem uma forma de suporte ao rastreamento de raios. O que significa que o mundo dos jogos convencionais pode ajudar a transformar o rastreamento de raios na próxima grande tecnologia de jogos. Ainda assim, se o rastreamento de raios é tão difícil de fazer em tempo real, como essas novas GPUs o gerenciam?

Como o rastreamento de raios em tempo real é alcançado?

Qualquer computador pode renderizar uma cena 3D usando ray tracing. As pessoas que trabalham com pacotes de renderização 3D fazem isso há anos. Qualquer CPU moderna pode realizar os cálculos reais necessários para traçar o caminho da luz ao redor da cena.

No entanto, CPUs e GPUs modernas não conseguem processar esses números com rapidez suficiente para gerar uma imagem em tempo real. Por exemplo, as enormes fazendas de computadores usadas para fazer filmes como Monsters Inc ou Toy Story levam horas para renderizar um único quadro do produto final.

Os videogames modernos, por outro lado, precisam gerar pelo menos trinta quadros de imagens a cada segundo para serem considerados jogáveis, com o padrão-ouro atualmente definido em torno da marca de 60 quadros por segundo.

Então, como GPUs como a série Nvidia RTX conseguem usar o método de rastreamento de raios em taxas de quadros reproduzíveis? A resposta é que eles não usam ray tracing para tudo. Pelo menos não em títulos modernos.

O truque é combinar gráficos tradicionais com rastreamento de raios seletivo. As placas RTX possuem hardware de rastreamento de raios dedicado que fica ao longo de uma GPU mais tradicional. Dessa forma, o ray-tracing pode ser usado para compensar algumas das deficiências do hardware gráfico tradicional.

Existem videogames que você pode jogar com um cartão RTX totalmente ray-traced. O melhor exemplo é o Quake II RTX. Este é um videogame de décadas que é simples o suficiente para que o rastreamento de raios em tempo real seja possível. No entanto, quando se trata de aplicar o rastreamento de raios puro aos videogames atuais, ainda levará anos até que esse hardware se torne popular.

Ray Tracing é o futuro?

A resposta curta é sim, o ray tracing é o futuro. A resposta mais longa é que, à medida que o hardware que possibilita o rastreamento de raios em tempo real se torna mais barato, provavelmente o veremos substituir a renderização tradicional pouco a pouco. Se os gráficos ray-traced se tornarem uma parte normal da nova geração de consoles, não haverá como voltar atrás.

Os desenvolvedores podem incluir recursos de rastreamento de raio com segurança em seus títulos, porque todas as plataformas populares o suportarão. Como os gráficos de rastreamento de raio são superiores, as estrelas realmente estão se alinhando para a chegada do rastreamento de raio em hardware acessível. O que significa que o verdadeiro fotorrealismo pode finalmente estar aqui.

O outro grande sinal de que o ray-tracing se tornará um método de renderização convencional é como agora está sendo incluído nas ferramentas comuns que os desenvolvedores usam para criar videogames e outros aplicativos 3D. Em outras palavras, não é mais necessário que os desenvolvedores inventem suas próprias soluções de rastreamento de raios.

Mecanismos gráficos populares, como Unreal Engine 4 ou Frostbite, agora incluem suporte para rastreamento de raio acelerado por hardware RTX. Tornando muito mais provável que os desenvolvedores o incluam como uma opção para seus títulos.

Você deve comprar o Ray Tracing agora?

No momento da redação deste artigo, ainda estamos na primeira geração de hardware de rastreamento de raios. Embora os preços tenham caído, o desempenho ainda é bastante medíocre. Se você é um hardcore, early adopter, há muito o que gostar no ray-tracing no PC.

Se você não está disposto a gastar centenas ou milhares de dólares como um dos primeiros a adotar, é melhor investir na próxima geração de consoles convencionais que prometem apresentar a tecnologia ou esperar pelo sucessor das placas da série RTX 20.