¿Qué es el trazado de rayos? (Y lo que significa para los juegos de PC)
Publicado: 2022-01-29¿Has notado que tus ojos se abren mucho más cuando juegas últimamente? Si es así, eso puede deberse a una nueva técnica que se está extendiendo, lentamente, a través de la esfera del juego. Las mejoras visuales más recientes y espectaculares en los juegos de PC son cortesía del trazado de rayos, algo que solo recientemente se ha vuelto posible en tiempo real con hardware especializado.
Aunque comúnmente se hace referencia al trazado de rayos en los juegos de PC, la Xbox Series X de Microsoft y la PlayStation 5 de Sony también tienen el hardware necesario y una creciente biblioteca de juegos que lo admiten. Este artículo cubre cómo el trazado de rayos difiere de la rasterización tradicional, por qué es importante para el futuro de los juegos y, por supuesto, si el trazado de rayos debe influir en la compra de su próxima PC para juegos (ya sea una computadora de escritorio o una computadora portátil para juegos) o consola.
Los fundamentos del trazado de rayos
El trazado de rayos es una técnica que funciona bien para iluminar una escena generada por computadora. El concepto no es nuevo; lo nuevo es tener al alcance el músculo informático para llevarlo a cabo de manera eficiente.
Imagina disparar un rayo de luz a un objeto y rastrear cómo rebota en la superficie, casi como entrar en una habitación oscura y apuntar con una linterna. Luego imagina disparar muchos rayos, usando los que regresan (y los que no) para descubrir cómo debería verse la escena. Por ejemplo, los rayos que no regresaron probablemente fueron bloqueados por un objeto, creando así una sombra. (Pensar en el concepto de la misma manera que funciona el radar no está muy lejos).
Esa explicación básica destaca cómo el trazado de rayos es paralelo a la iluminación del mundo real: la luz que llega a tu ojo le dice a tu cerebro lo que estás viendo. Las películas animadas han estado utilizando el trazado de rayos durante décadas; Toy Story de Pixar, por ejemplo, la puso en primer plano en 1995, y desde entonces se han logrado grandes avances en la renderización.
Sin embargo, desde que la industria del cine ha estado utilizando el trazado de rayos, los videojuegos se han basado en una técnica diferente, la rasterización, para renderizar mundos en 3D. Pero, antes de llegar a las razones detrás de eso, comparemos el trazado de rayos con la rasterización.
Los fundamentos: trazado de rayos frente a rasterización
La rasterización es un enfoque basado en objetos para la representación de escenas. Cada objeto se pinta con color primero, luego se aplica la lógica para mostrar solo los píxeles que están más cerca del ojo. Por el contrario, el trazado de rayos colorea los píxeles primero y luego los identifica con los objetos. Simple... eso lo explica todo, ¿verdad?
Bueno, no del todo , así que piénsalo así. La rasterización requiere técnicas especiales y ajustes para crear imágenes realistas. Por ejemplo, la canalización de renderizado de un juego puede personalizarse y optimizarse para aplicar un determinado efecto, donde los píxeles de un objeto tienen un patrón determinado. Naturalmente, este tipo de lógica variará de un objeto a otro y de una escena a otra. Se requiere un esfuerzo por parte del desarrollador para aprovechar esto, pero puede resultar rentable, ya que la computadora puede representar una escena complicada sin cantidades proporcionadas de potencia de procesamiento.
El trazado de rayos tiende a aplicarse de una manera más general que la rasterización, ya que se basa en disparar rayos de luz. Como resultado, las técnicas para lograr resultados visuales con él se basan en cómo se utilizan esos rayos. Las sombras y los reflejos más suaves, por ejemplo, requieren disparar más rayos, mientras que los efectos de movimiento y desenfoque pueden requerir alterar la sincronización de los rayos o el punto de origen de los rayos.
En total, la rasterización y el trazado de rayos se pueden usar para lograr el mismo resultado (o, al menos, cerca de él). Así que ahora exploremos por qué uno se usaría sobre el otro.
Juegos convencionales, conoce el trazado de rayos
Hace décadas, la rasterización ganó su lugar en los videojuegos porque el hardware requerido para hacerlo era lo suficientemente asequible para que los compradores principales pudieran acceder, a diferencia del que se requería para el trazado de rayos. Esto sigue siendo en gran medida cierto; Las tarjetas gráficas para juegos están optimizadas para la rasterización y lo seguirán siendo durante muchos años.
El viaje del trazado de rayos a los juegos convencionales comenzó en 2018 con el lanzamiento de la línea de tarjetas de escritorio GeForce RTX de Nvidia, en forma de GeForce RTX 2080. Nvidia presentó sus tarjetas de la serie GeForce RTX 3000 de segunda generación en 2020 (encabezadas por GeForce RTX 3080) , y su rival AMD rápidamente hizo lo mismo con su serie Radeon RX 6000. (Vea nuestra revisión del buque insignia Radeon RX 6800 XT).
En resumen, el trazado de rayos tardó tanto en ingresar a la escena de los juegos porque los recursos informáticos para llevarlo a cabo habían sido inalcanzables a precios que permitirían la adopción generalizada. Por supuesto, el costo de entrada sigue siendo relativamente alto: ni AMD ni Nvidia ofrecen una tarjeta gráfica de escritorio de gama baja con trazado de rayos de hardware todavía. Por el momento, la tarjeta de video de "nivel de entrada" capaz de ray tracing en hardware es la GeForce RTX 2060, que se lanzó en 2019 a un precio no muy económico de $ 349 y se vende mucho más que eso en la mayoría de las fuentes en estos días, debido a la alta demanda (y baja oferta) de tarjetas de video.
Las mejores tarjetas gráficas con trazado de rayos que hemos probado...
Aún así, en algún momento, los precios se estabilizarán. Y el escenario está listo para la adopción generalizada continua, especialmente desde que las últimas consolas de juegos se han unido a la fiesta.
Mejoras visuales con trazado de rayos
Es importante darse cuenta de que el trazado de rayos solo ha puesto el pie en la puerta de los gráficos para juegos. Esto se debe a que la representación de un juego completo en el trazado de rayos en tiempo real todavía está mucho más allá de las capacidades del hardware actual. Los juegos que admiten el trazado de rayos lo usan solo para ciertos efectos, principalmente los relacionados con las sombras y la iluminación, mientras que todo lo demás aún está rasterizado.
Primero, una introducción rápida a la terminología. Las tarjetas de la marca RTX de Nvidia, la GeForce RTX 2060 o RTX 3080, por ejemplo, utilizan una implementación de representación de gráficos patentada a la que Nvidia se refiere en términos generales como "RTX". Esta implementación puede usar DirectX 12 y, más específicamente, su API DirectX Raytracing (DXR) para generar rutas de luz en el motor del juego.
Mientras tanto, DXR es una API de trazado de rayos que puede funcionar independientemente del hardware de Nvidia o junto con él. Por ejemplo, los desarrolladores del juego Crysis mostraron una demostración de su propio motor Crytek hace varios años que ejecutaba reflejos con trazado de rayos en una tarjeta de la serie AMD Radeon RX 5000 (una GPU sin núcleos RT integrados), aunque se esperaba que el rendimiento fuera lento. . Si tuviera que ejecutar la misma demostración en una tarjeta AMD Radeon RX 6000 Series, completa con núcleos RT integrados, procesaría la escena DXR significativamente más rápido.
Los núcleos RT (que están especializados para procesar las matemáticas de los rayos de luz) ayudan a cualquier tarjeta gráfica, de la marca AMD o Nvidia, a ejecutar DXR más rápido, pero DXR no necesita núcleos RT para ejecutarse.
Veamos cómo el trazado de rayos puede mejorar visualmente un juego. Tomé los siguientes pares de capturas de pantalla en Shadow of the Tomb Raider de Square Enix para PC, que admite sombras con trazado de rayos en las tarjetas gráficas Nvidia GeForce RTX. Específicamente, mira las sombras en el suelo.
Aquí hay otro par de escenas de Shadow of the Tomb Raider...
Y veamos un conjunto final...
Las sombras con trazado de rayos son más suaves y realistas en comparación con las versiones rasterizadas más duras. Su oscuridad varía según la cantidad de luz que bloquea un objeto e incluso dentro de la sombra misma, mientras que la rasterización parece darle a cada objeto un borde duro. Las sombras rasterizadas aún no se ven mal, pero después de jugar el juego con sombras con trazado de rayos, es difícil volver atrás.
Actualmente, la compatibilidad con el trazado de rayos en los juegos genera cierta polarización porque la función debe implementarse por separado para las tarjetas AMD y Nvidia. Más juegos admiten tarjetas Nvidia principalmente porque Nvidia fue la única que produjo tarjetas gráficas con capacidad de trazado de rayos hasta 2020, pero más juegos están comenzando a admitir ambos sabores. Ejemplos de estos últimos incluyen Cyberpunk 2077, Dirt 5, Godfall y World of Warcraft: Shadowlands.
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Trazado de rayos: el impacto en el rendimiento
Cuando se trata de gráficos para PC, todo tiene un precio, y las ventajas visuales del trazado de rayos no son una excepción. Habilitarlo generalmente resulta en una penalización de rendimiento que varía en su impacto de un juego a otro.
Tomemos, por ejemplo, el punto de referencia incorporado en el juego Shadow of the Tomb Raider. Lo ejecuté en una computadora de escritorio lista para juegos con un procesador AMD Ryzen 9 5900X, una tarjeta gráfica GeForce RTX 3080 y 32 GB de memoria. Los números que se presentan a continuación, probados en dos resoluciones, son los cuadros promedio por segundo (fps). Se requieren al menos 60 fps para un juego fluido.
Los impactos de rendimiento de dos dígitos del trazado de rayos son significativos, y tenga en cuenta que esto es con la función DLSS de mejora del rendimiento activada. DLSS es una función específica de Nvidia compatible con ciertos juegos que puede ayudar a reducir el impacto en las velocidades de fotogramas de la carga computacional del trazado de rayos. (Para obtener más información sobre DLSS, consulte nuestra función Prueba de DLSS 2.0 de Nvidia: ¿velocidades de fotogramas más altas de forma gratuita?) DLSS es muy prometedor, pero el juego tiene que admitirlo. Si bien está ganando impulso en estos días, el apoyo que recibe está lejos de ser universal.
Recuerde, esta compensación de rendimiento proviene solo de la aplicación de sombras y efectos de iluminación, por lo que la tecnología actual está muy lejos de usar el trazado de rayos para renderizar un juego completo. Dicho esto, los impactos en el rendimiento son el peor de los casos en este caso, ya que este juego tiene configuraciones de sombra con trazado de rayos con un impacto de rendimiento menos negativo.
La optimización del juego merece una mención. Sin duda, los desarrolladores aprenderán a optimizar mejor el trazado de rayos de la misma manera que lo hicieron con la rasterización, por lo que debería ser posible obtener más efectos de trazado de rayos del hardware actual. (Nuevamente, mire hasta dónde ha llegado la rasterización).
Juegos clave de trazado de rayos que hemos revisado
DLSS es un enfoque que también ayudará, y esperamos perfeccionamiento y expansión de DLSS a medida que pasa el tiempo. AMD también está trabajando en su propia alternativa de ahorro de rendimiento de estilo DLSS, denominada "Super Resolución". Super Resolution se está desarrollando en conjunto con el equipo DirectML de Microsoft ("ML" es la abreviatura de "aprendizaje automático"). Sin embargo, AMD dice que la tecnología aún está lejos, y es probable que no veamos ningún juego ejecutándose con ella hasta 2022 como muy pronto.
Un futuro con trazado de rayos: ganando impulso lentamente
A pesar de las aplicaciones limitadas del ray tracing en los juegos actuales, llegó para quedarse. La escritura ha estado en la pared desde que AMD siguió a Nvidia al presentar las tarjetas gráficas Radeon con soporte de trazado de rayos de hardware. La compatibilidad con el trazado de rayos de hardware en Xbox Series X y PlayStation 5 impulsa aún más ese punto.
En ese sentido, la elección de adoptar el trazado de rayos se ha hecho para los jugadores de consola. También se creó para los jugadores de PC que compran tarjetas gráficas modernas de gama media a alta, ya que todos los modelos más recientes son compatibles con el trazado de rayos de hardware, pero la pregunta sigue siendo si los jugadores con tarjetas gráficas más antiguas o de gama baja deberían actualizar, o aquellos en el mercado. debería pony up.
En resumen, no es imperativo invertir en una tarjeta gráfica que admita el trazado de rayos de hardware a menos que determine que las diferencias visuales valen la pena. Actualmente, el trazado de rayos proporciona pocas otras ventajas para los juegos, por lo que se reduce a un simple disfrute.
La disponibilidad limitada actual y los altos precios de las tarjetas gráficas hacen que el trazado de rayos sea una inversión aún mayor de lo que debería ser, por lo que, a menos que haya tenido la suerte de obtener una tarjeta GeForce RTX o Radeon RX 6800, puede tener sentido mantener el trazado de rayos activado. la lista de deseos y usar el efectivo para juegos. Esa estrategia podría funcionar aún mejor a largo plazo, ya que podrás volver a experimentar cualquier juego que hayas comprado con soporte de trazado de rayos adicional mientras esperabas.