Cos’è il ray tracing e come cambierà i giochi? | ENBLE
Cos'è il ray tracing e come cambierà i giochi? | ENBLE' - What is ray tracing and how will it change games? | ENBLE
Il ray tracing è una tecnica di illuminazione che porta un livello extra di realismo ai giochi. Emula il modo in cui la luce si riflette e si rifrange nel mondo reale, fornendo un ambiente più credibile rispetto a quello che si vede tipicamente utilizzando l’illuminazione statica nei giochi più tradizionali. Ma cosa è esattamente il ray tracing? E, cosa più importante, come funziona?
Una buona scheda grafica può utilizzare il ray tracing per migliorare l’immersione, ma non tutte le GPU possono gestire questa tecnica. Continua a leggere per decidere se il ray tracing è essenziale per la tua esperienza di gioco e se giustifica la spesa di centinaia di euro per un’aggiornamento della GPU.
Fotoni virtuali
Per capire come funziona il rivoluzionario sistema di illuminazione del ray tracing, dobbiamo tornare indietro e capire come la luce veniva resa nei giochi in passato, nonché ciò che deve essere emulato per un’esperienza fotorealistica.
I giochi senza ray tracing si basano su un’illuminazione statica “predefinita”. Gli sviluppatori posizionano fonti di luce all’interno di un ambiente che emettono luce uniformemente in qualsiasi vista. Inoltre, i modelli virtuali come NPC e oggetti non contengono informazioni su altri modelli, il che richiede alla GPU di calcolare il comportamento della luce durante il processo di rendering. Le texture delle superfici possono riflettere la luce per simulare la lucentezza, ma solo la luce emessa da una sorgente statica. Prendi ad esempio il confronto tra i riflessi in GTA V qui sotto.
Nel complesso, l’evoluzione della GPU ha contribuito a rendere questo processo sempre più realistico nel corso degli anni, ma i giochi non sono ancora fotorealistici in termini di riflessi, rifrazioni e illuminazione generale del mondo reale. Per realizzare ciò, la GPU ha bisogno della capacità di tracciare raggi di luce virtuali.
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Nel mondo reale, la luce visibile è una piccola parte della famiglia di radiazioni elettromagnetiche percepita dall’occhio umano. Contiene fotoni che si comportano sia come particelle che come onde. I fotoni non hanno una dimensione o una forma reale, possono solo essere creati o distrutti.
Detto questo, la luce può essere identificata come un flusso di fotoni. Più fotoni hai, più luminosa appare la luce. La riflessione avviene quando i fotoni rimbalzano su una superficie. La rifrazione avviene quando i fotoni, che viaggiano in linea retta, attraversano una sostanza trasparente e la linea viene deviata o “piegata”. I fotoni distrutti possono essere percepiti come “assorbiti”.
Il ray tracing nei giochi cerca di emulare il modo in cui la luce funziona nel mondo reale. Traccia il percorso della luce simulata tracciando milioni di fotoni virtuali. Più è luminosa la luce, più fotoni virtuali la GPU deve calcolare e più superfici rifletterà, rifrangerà e scatterà.
Il processo non è nulla di nuovo. La CGI utilizza il ray tracing da decenni, anche se in passato era necessario utilizzare un grande numero di computer per generare un intero film, poiché un singolo fotogramma poteva richiedere ore o addirittura giorni per essere renderizzato. Ora, i PC domestici possono emulare grafiche ray-traced in tempo reale, sfruttando l’accelerazione hardware e trucchi di illuminazione intelligenti per limitare il numero di raggi a un numero gestibile.
Ecco la cosa sorprendente: come qualsiasi film o spettacolo televisivo, le scene nell’animazione CGI vengono tipicamente “riprese” utilizzando angolazioni diverse. Per ogni fotogramma, puoi muovere una telecamera per catturare l’azione, ingrandire, ridurre o spostare un’intera area. E come nell’animazione, devi manipolare tutto fotogramma per fotogramma per emulare il movimento. Unisci tutte le riprese insieme e avrai una storia fluente.
Nei giochi, controlli una singola telecamera che è sempre in movimento e cambia continuamente il punto di vista, specialmente nei giochi ad alta velocità. Sia nei giochi CGI che in quelli con ray tracing, la GPU non solo deve calcolare come la luce riflette e rifrange in una determinata scena, ma deve anche calcolare come viene catturata dall’obiettivo – il tuo punto di vista. Per i giochi, è un enorme quantità di lavoro computazionale per un singolo PC o console.
Purtroppo, non abbiamo ancora PC di livello consumer che possono davvero renderizzare grafiche ray-traced ad alte frequenze di frame. Invece, ora abbiamo hardware in grado di “imbrogliare” in modo efficace.
Facciamolo diventare reale
La somiglianza fondamentale del ray tracing con la vita reale lo rende una tecnica di rendering 3D estremamente realistica, rendendo persino giochi con blocchi come Minecraft quasi fotorealistici nelle giuste condizioni. C’è solo un problema: è estremamente difficile da simulare. Ricreare il modo in cui la luce funziona nel mondo reale è complicato e richiede molte risorse, richiedendo enormi potenze di calcolo.
Ecco perché le opzioni di ray tracing esistenti nei giochi, come il ray tracing supportato da Nvidia RTX, non sono fedeli alla realtà. Non si tratta di vero ray tracing, in cui ogni punto di luce viene simulato. Invece, la GPU “inganna” utilizzando diverse approssimazioni intelligenti per fornire qualcosa di simile come effetto visivo, ma senza richiedere una potenza hardware così elevata.
La maggior parte dei giochi con ray tracing utilizzano ora una combinazione di tecniche di illuminazione tradizionali, chiamate comunemente rasterizzazione, e ray tracing su superfici specifiche come pozzanghere riflettenti e lavori in metallo. Battlefield V ne è un ottimo esempio. Si possono vedere i riflessi delle truppe sull’acqua, i riflessi del terreno sugli aerei e i riflessi delle esplosioni sulla vernice di una macchina. È possibile mostrare i riflessi nei motori 3D moderni, ma non al livello di dettaglio mostrato nei giochi come Battlefield V quando il ray tracing è abilitato.
Il ray tracing può anche essere utilizzato per le ombre per renderle più dinamiche e realistiche. Lo si può vedere utilizzato in modo eccellente in Shadow of the Tomb Raider.
La luce tracciata con il ray tracing può creare ombre molto più realistiche in scene scure e luminose, con bordi più morbidi e una maggiore definizione. Raggiungere quel look senza il ray tracing è estremamente difficile. Gli sviluppatori possono solo simulare attraverso un uso attento e controllato di fonti di luce predefinite e statiche. Posizionare tutte queste “luci di scena” richiede molto tempo e sforzo, e anche in quel caso il risultato non è del tutto corretto.
Alcuni giochi vanno fino in fondo e utilizzano il ray tracing per l’illuminazione globale, tracciando effettivamente un’intera scena. Ma questa è l’opzione più costosa dal punto di vista computazionale e richiede le schede grafiche più potenti dei modelli moderni per funzionare in modo efficace. Metro Exodus utilizza questa tecnica, anche se l’implementazione non è perfetta.
A causa di ciò, sono popolari soluzioni di compromesso come il ray tracing solo per le ombre o per le superfici riflettenti. Altri giochi sfruttano tecnologie di Nvidia come il denoising e il Deep Learning Super Sampling per migliorare le prestazioni e coprire alcuni degli errori visivi che si verificano quando vengono renderizzati meno raggi rispetto a quelli necessari per creare una scena veramente tracciata con il ray tracing. Queste tecniche sono ancora riservate a screenshot e filmati pre-renderizzati, in cui server ad alta potenza possono impiegare giorni per renderizzare singoli fotogrammi.
L’hardware dietro i raggi
Per gestire anche queste implementazioni relativamente modeste del ray tracing, le schede grafiche della serie RTX di Nvidia hanno introdotto hardware specificamente progettato per il ray tracing.
Ora, tutte le schede RTX supportano il ray tracing, e le più recenti GPU della serie RTX 40 dispongono di un altro modo per migliorare le prestazioni. SER, o Shader Execution Reordering, è disponibile su RTX 4090 e RTX 4080, e Nvidia afferma che può aumentare le prestazioni del 25% nei giochi con ray tracing. Funziona riordinando quando le istruzioni di ray tracing vengono elaborate dalla GPU, ottimizzando il compito per la potenza di calcolo disponibile.
Anche se i primi giorni del ray tracing sono stati difficili, le schede recenti di Nvidia sono state molto più performanti. Con SER nella prossima generazione, insieme a DLSS 3, potremmo vedere il ray tracing che non riduce la frequenza dei fotogrammi. La nuova DLSS 3.5 di Nvidia promette di migliorare ulteriormente il ray tracing attraverso la Ricostruzione dei Raggi.
Il metodo di ray tracing di Nvidia non è l’unica opzione disponibile. Ci sono anche effetti di post-processing “path tracing” di Reshade che offrono effetti visivi comparabili senza impattare così tanto sulle prestazioni.
Anche AMD ora ha opzioni per il ray tracing, di cui parleremo dopo.
Indipendentemente dall’implementazione, avrai comunque bisogno di una scheda grafica potente per il ray tracing, ma man mano che la tecnica si diffonderà tra gli sviluppatori di giochi, potremmo vedere una gamma più ampia di hardware di supporto a prezzi molto più accessibili.
Anche se il ray tracing è principalmente focalizzato sui PC, sta iniziando a farsi strada anche in altri dispositivi. Apple ha annunciato di recente che il chip A17 Bionic dell’iPhone 15 è in grado di supportare il ray tracing accelerato dall’hardware, incluso nei giochi.
Cosa succede con AMD?
Negli ultimi anni AMD ha avuto difficoltà a fornire il ray tracing accelerato dall’hardware, ma questa situazione è cambiata con il lancio delle schede RX 6800, 6800 XT e 6900 XT. Queste nuove schede supportano il ray tracing DirectX 12 e offrono prestazioni eccellenti, anche se AMD non è ancora al livello di Nvidia nel campo del ray tracing (leggi le nostre comparazioni RX 6800 XT vs RTX 3080 e RX 6900 XT vs RTX 3090 per saperne di più).
Non sorprende affatto, considerando che l’architettura Big Navi che alimenta le schede RX 6000 di AMD è molto simile ad una prima generazione di accelerazione del ray-tracing. È la stessa architettura che alimenta le immagini nella PlayStation 5 e nelle Xbox Series X, rivolgendosi a un livello inferiore di prestazioni rispetto alle schede di punta di Nvidia. Tuttavia, dato che il ray tracing è una caratteristica di spicco nelle console di prossima generazione, ci aspettiamo un miglior supporto e ottimizzazioni in futuro. Nel prossimo futuro, vedremo il debutto di AMD FidelityFX Super Resolution (FSR) per i PC da gioco e anche le ultime versioni di Microsoft Xbox.
Come si può vedere il ray tracing a casa?
Avrai bisogno di una scheda grafica recente – e costosa – per vedere il ray tracing a casa. Il ray tracing accelerato hardware è disponibile solo sulle GPU Nvidia RTX o sulle GPU della serie RX 6000 di AMD. Le schede della serie GTX 10 e 16 supportano il ray tracing ma non hanno i core RT per renderlo comodamente giocabile.
Se ti aspetti di giocare a risoluzioni superiori a 1080p e con frame rate di 60 fps o più, la tua migliore opzione è investire in una scheda grafica di fascia alta. A 4K, le schede di punta sono la RTX 3080 e la RX 6800 XT, ma puoi accontentarti di una RTX 3070 o una RX 6800 se sei disposto a passare a 1440p in alcuni titoli.
Ci sono pochi giochi abilitati al ray tracing, ma il loro numero sta aumentando. I migliori esempi di ray tracing includono le prime demo RTX, come Battlefield V, Shadow of the Tomb Raider e Metro Exodus. Giochi più recenti come Control e MechWarrior 5: Mercenaries sembrano anche molto interessanti. Stay in the Light è un gioco horror indipendente costruito utilizzando ombre e riflessi ray-traced. La versione rimasterizzata di Quake II con ray tracing RTX è un altro fantastico esempio.
Ci sono meno giochi con ray tracing sul mercato, ma il settore cresce. Man mano che PlayStation 5 e Xbox Series X iniziano a pubblicizzare il ray tracing, anche i concorrenti seguiranno presto. Il gioco multi-piattaforma Watch Dogs 2 è diverso dal nuovo Watch Dogs: Legion, poiché il nuovo gioco ha avviato il ray tracing per funzionare su console e computer.
Prova a utilizzare il ray tracing di Port Royal di UL Benchmark per determinare se il tuo PC funzionerà con il ray tracing.
