Ray tracing vs. path tracing – qual é a melhor técnica de iluminação dinâmica?

Ray tracing e path tracing são duas das técnicas de iluminação dinâmica mais emocionantes e exigentes disponíveis para jogadores e desenvolvedores de jogos em 2024. Ambas representam um grande salto no realismo em relação às técnicas de iluminação “preparadas” mais tradicionais e podem até fazer jogos mais antigos parecerem muito mais bonitos. realista do que suas texturas e geometria em blocos têm o direito de ser.

Mas se tanto o traçado de raio quanto o traçado de caminho geram uma iluminação mais realista nos jogos, o que é melhor? E qual é a diferença entre eles? Veja como o ray tracing e o path tracing se comparam e por que você poderá ver um mais do que o outro em seus jogos favoritos nos próximos anos.

O que é rastreamento de raio?

O traçado de raio é um método realista de modelagem de iluminação em uma cena. Originalmente concebido no final dos anos 1960, só recentemente foi trazido para jogos em tempo real devido à sua complexidade de cálculo.

O traçado de raio funciona lançando um raio em uma cena através do ponto de vista do jogador. Cada vez que o raio interage com um objeto, o efeito desse objeto no raio é calculado, incluindo sua cor, transparência e orientação. Esse raio continua a ser rastreado à medida que salta pela cena até cruzar com uma fonte de luz. Esse cálculo é feito para cada pixel de uma cena, criando uma técnica de iluminação de aparência incrivelmente realista, mas também incrivelmente exigente.

O traçado de raio tem sido usado em CGI de filmes há anos, muitas vezes levando horas ou até dias para renderizar quadros individuais. No entanto, à medida que o poder de computação melhorou, e após o lançamento das placas gráficas RTX da Nvidia e das GPUs RDNA da AMD , os aceleradores de ray tracing tornaram possível o ray tracing em tempo real nos jogos. Embora restrito a sombras e reflexos nos primeiros lançamentos, desde então foi estendido à iluminação global em alguns jogos.

O que é rastreamento de caminho?

O rastreamento de caminho é um método mais moderno de modelagem de iluminação dinâmica em tempo real em uma cena. Desenvolvido em meados da década de 1980, ele adota uma abordagem diferente, enviando centenas ou até milhares de raios de uma vez a partir de uma fonte de luz e, em seguida, rastreando-os à medida que saltam aleatoriamente em uma cena. Isso é muito mais complicado na superfície, mas o resultado final é uma renderização mais fácil, pois em vez de rastrear cada raio do pixel até a fonte, ele apenas rastreia uma amostra desses raios com base no caminho mais provável que a luz seguiria.

É uma combinação de traçado de raio e simulação de Monte Carlo que permite ao jogo ou aplicativo usar um número gerenciável de caminhos para rastrear uma fonte de luz. Isso permite efeitos de iluminação semelhantes ao ray tracing com menos sobrecarga, mas, sem dúvida, e igualmente importante, permite uma granularidade muito maior com base nas capacidades do sistema e nas configurações escolhidas. Um tamanho de amostra maior significa mais demanda na GPU que renderiza a cena, mas também maior detalhe. Amostras menores tornam o rastreamento de caminho mais gerenciável, em detrimento da qualidade visual.

No entanto, os resultados finais do rastreamento de caminho não são perfeitos. Eles são combinados com algoritmos de eliminação de ruído para limpar a imagem resultante e os resultados são impressionantes.

Existem certas cenas e certos objetos, como objetos refletivos e refrativos – um copo d'água, por exemplo – para os quais o algoritmo de rastreamento de caminho precisa ser ajustado para evitar perda indevida de informações em amostras menores. É possível que, com esses objetos, o algoritmo simplesmente faça um traçado de raio de força bruta, para garantir a precisão.

O resultado final em cada caso, porém, é uma cena renderizada que parece tão realisticamente iluminada quanto uma cena com ray tracing, se não mais, mas com potencial para sobrecarga muito menor – especialmente em configurações de detalhes mais altas. O path tracing também é considerado mais eficaz para cenas bem iluminadas, pois possui mais dados para serem usados, enquanto o ray tracing pode ser mais eficaz na renderização de cenas com muitas sombras, pois conhece o caminho real que os raios de luz seguiriam. .

O path tracing parece melhor do que o ray tracing?

O traçado de raio é uma técnica precisa para modelar iluminação em tempo real, porque segue o caminho natural de como a luz pode se propagar em torno de uma cena. No entanto, o grande número de cálculos que precisam ser feitos para utilizar o ray tracing de maneira eficaz é incrível. Mesmo o hardware moderno, com toda a sua aceleração de hardware, pode ter dificuldades em jogos com muito ray tracing. É por isso que muitos dos jogos que suportam “ray tracing” na verdade só usam ray tracing para alguma parte de uma cena: sombras ou reflexos, normalmente.

O rastreamento de caminho, por outro lado, pode produzir visuais igualmente fortes ou até mais bonitos, ao mesmo tempo em que exige menos do hardware de renderização. É o modelo usado em alguns dos jogos “ray tracing” mais impressionantes até agora, como Quake II RTX , Portal RTX e a atualização do modo Overdrive para Cyberpunk 2077 . Também está sendo modificado para jogos mais antigos, como Half-Life 2 , com grande efeito.

O rastreamento de caminho oferece uma forma de iluminação dinâmica mais bonita e menos intensa e, em geral, é indiscutivelmente a melhor solução. No entanto, o traçado de raios ainda tem seu lugar onde tamanhos limitados de amostra traçados levariam a problemas com a precisão visual. Existem também muitos exemplos modernos de jogos tradicionalmente rasterizados, onde a iluminação ray tracing ou path tracing acrescenta muito pouco à experiência, ao mesmo tempo que reduz completamente as taxas de quadros – como Hogwarts Legacy .

É provável que até que as placas gráficas se tornem poderosas o suficiente para que o ray tracing ou o path tracing sejam tão facilmente renderizados quanto a rasterização, veremos uma combinação de efeitos de iluminação em jogos futuros, já que cada técnica tem seu lugar.