Che cos'è il Ray Tracing? (E cosa significa per i giochi per PC)
Pubblicato: 2022-01-29Hai notato che i tuoi occhi si allargano molto di più quando giochi ultimamente? Se è così, ciò potrebbe essere dovuto a una nuova tecnica che si sta diffondendo, lentamente, attraverso la game-o-sphere. Gli ultimi e più spettacolari miglioramenti visivi nei giochi per PC sono offerti per gentile concessione del ray tracing, qualcosa che solo di recente è diventato possibile in tempo reale con hardware specializzato.
Sebbene il ray tracing sia comunemente citato nei giochi per PC, Xbox Series X di Microsoft e PlayStation 5 di Sony hanno anche l'hardware necessario e una libreria in crescita di giochi che lo supportano. Questo articolo illustra in che modo il ray tracing differisce dalla rasterizzazione tradizionale, perché è importante per il futuro dei giochi e, naturalmente, se il ray tracing dovrebbe influenzare l'acquisto del tuo prossimo PC da gioco (che sia un desktop da gioco o un laptop da gioco) o console.
Le basi del Ray Tracing
Il ray tracing è una tecnica che funziona bene per illuminare una scena generata dal computer. Il concetto non è nuovo; la novità è avere a portata di mano il muscolo informatico per farcela in modo efficiente.
Immagina di sparare un raggio di luce su un oggetto e di tracciare come rimbalza sulla superficie, quasi come entrare in una stanza buia e puntare una torcia. Quindi immagina di riprendere molti raggi, usando quelli che tornano (e non tornano) per capire come dovrebbe apparire la scena. Ad esempio, i raggi che non sono tornati sono stati probabilmente bloccati da un oggetto, creando così un'ombra. (Pensare al concetto nello stesso modo in cui funziona il radar non è lontano.)
Questa spiegazione di base mette in evidenza come il ray tracing sia parallelo all'illuminazione del mondo reale: la luce che raggiunge il tuo occhio dice al tuo cervello cosa stai vedendo. I film d'animazione utilizzano il ray tracing da decenni; Toy Story della Pixar, ad esempio, lo ha portato alla ribalta nel 1995 e da allora sono stati fatti grandi passi avanti nel rendering.
Da quando l'industria cinematografica ha utilizzato il ray tracing, tuttavia, i videogiochi si sono basati su una tecnica diversa, la rasterizzazione, per il rendering di mondi 3D. Ma, prima di arrivare alle ragioni alla base di ciò, mettiamo a confronto il ray tracing con la rasterizzazione.
I Fondamenti: Ray Tracing e Rasterizzazione
La rasterizzazione è un approccio basato sugli oggetti al rendering delle scene. Ogni oggetto viene prima dipinto con il colore, quindi viene applicata la logica per mostrare solo i pixel più vicini all'occhio. Al contrario, il ray tracing colora prima i pixel, quindi li identifica con gli oggetti in un secondo momento. Semplice... questo spiega tutto, no?
Beh, non del tutto , quindi pensaci in questo modo. La rasterizzazione richiede tecniche speciali e modifiche per creare immagini realistiche. Ad esempio, la pipeline di rendering di un gioco potrebbe essere adattata e ottimizzata per applicare un determinato effetto, in cui i pixel su un oggetto hanno un determinato schema. Naturalmente, questo tipo di logica varierà da oggetto a oggetto e da scena a scena. Richiede uno sforzo da parte dello sviluppatore per trarne vantaggio, ma può ripagare in termini di efficienza, poiché il computer potrebbe essere in grado di eseguire il rendering di una scena complicata senza quantità proporzionate di potenza di elaborazione.
Il ray tracing tende ad essere applicato in modo più generale rispetto alla rasterizzazione, poiché si basa sulla ripresa di raggi di luce. Di conseguenza, le tecniche per ottenere risultati visivi con esso si basano su come vengono utilizzati quei raggi. Ombre e riflessi più morbidi, ad esempio, richiedono la ripresa di più raggi, mentre gli effetti di movimento e sfocatura possono richiedere la modifica della temporizzazione dei raggi o del punto di origine dei raggi.
Tutto sommato, la rasterizzazione e il ray tracing possono essere utilizzati per ottenere lo stesso risultato (o, almeno, vicino ad esso). Quindi ora esploriamo perché uno dovrebbe essere usato sull'altro.
Gaming mainstream, scopri il Ray Tracing
Decenni fa, la rasterizzazione si è guadagnata il suo posto nei videogiochi perché l'hardware necessario per farlo era abbastanza conveniente per l'accesso agli acquirenti tradizionali, a differenza di quello necessario per il ray tracing. Questo è ancora in gran parte vero; le schede grafiche da gioco sono ottimizzate per la rasterizzazione e lo saranno per molti anni a venire.
Il viaggio del ray tracing nel gaming mainstream è iniziato nel 2018 con il lancio della linea di schede desktop GeForce RTX di Nvidia, sotto forma di GeForce RTX 2080. Nvidia ha introdotto le sue schede GeForce RTX 3000 di seconda generazione nel 2020 (intitolata GeForce RTX 3080) e la rivale AMD ha rapidamente seguito l'esempio con la sua serie Radeon RX 6000. (Vedi la nostra recensione dell'ammiraglia Radeon RX 6800 XT.)
In breve, ci è voluto così tanto tempo prima che il ray tracing entrasse nella scena dei giochi perché le risorse informatiche per realizzarlo erano irraggiungibili a prezzi che avrebbero consentito l'adozione mainstream. Certo, il costo di entrata è ancora relativamente alto: né AMD né Nvidia offrono ancora una scheda grafica desktop di fascia bassa con ray tracing hardware. Al momento, la scheda video "entry level" in grado di eseguire il ray tracing nell'hardware è la GeForce RTX 2060, lanciata nel 2019 a un budget non molto conveniente di $ 349 e vende ben oltre quella della maggior parte delle fonti in questi giorni, a causa di la forte domanda (e la scarsa offerta di) schede video.
Le migliori schede grafiche Ray-Tracing che abbiamo testato...
Tuttavia, a un certo punto, i prezzi si stabilizzeranno. E la scena è pronta per una continua adozione mainstream, soprattutto da quando le ultime console di gioco si sono unite alla festa.
Miglioramenti visivi con Ray Tracing
È importante rendersi conto che il ray tracing ha solo messo piede nella porta della grafica di gioco. Questo perché il rendering di un intero gioco in ray-tracing in tempo reale è ancora ben oltre le capacità dell'hardware odierno. I giochi che supportano il ray tracing lo utilizzano solo per determinati effetti, principalmente quelli relativi alle ombre e all'illuminazione, mentre tutto il resto è ancora rasterizzato.
In primo luogo, una breve guida alla terminologia. Le schede Nvidia a marchio RTX, ad esempio GeForce RTX 2060 o RTX 3080, utilizzano un'implementazione di rendering grafico proprietaria che Nvidia chiama in generale "RTX". Questa implementazione può utilizzare DirectX 12 e, più specificamente, la sua DirectX Raytracing API (DXR) per visualizzare i percorsi luminosi nel motore di gioco.
DXR, nel frattempo, è un'API di ray-tracing che può funzionare indipendentemente dall'hardware di Nvidia o in combinazione con esso. Ad esempio, gli sviluppatori del gioco Crysis hanno mostrato una demo del proprio motore Crytek diversi anni fa che eseguiva riflessioni ray-tracing su una scheda AMD Radeon RX serie 5000 (una GPU senza core RT integrati), anche se le prestazioni erano prevedibilmente lente . Se dovessi eseguire la stessa demo su una scheda AMD Radeon RX 6000 Series, completa di core RT integrati, elaborerebbe la scena DXR in modo molto più veloce.
I core RT (specializzati per elaborare la matematica dei raggi di luce) aiutano qualsiasi scheda grafica, con marchio AMD o Nvidia, a eseguire DXR più velocemente, ma DXR non ha bisogno di core RT per funzionare.
Vediamo come il ray tracing può migliorare visivamente un gioco. Ho preso le seguenti coppie di screenshot in Shadow of the Tomb Raider di Square Enix per PC, che supporta le ombre con ray-tracing sulle schede grafiche Nvidia GeForce RTX. In particolare, guarda le ombre sul terreno.
Ecco un altro paio di scene di Shadow of the Tomb Raider...
E diamo un'occhiata all'ultimo set...
Le ombre con ray-tracing sono più morbide e realistiche rispetto alle versioni rasterizzate più dure. La loro oscurità varia a seconda della quantità di luce che un oggetto sta bloccando e anche all'interno dell'ombra stessa, mentre la rasterizzazione sembra conferire a ogni oggetto un bordo duro. Le ombre rasterizzate non sembrano ancora male, ma dopo aver giocato con le ombre ray traced, è difficile tornare indietro.
Attualmente, il supporto del ray tracing nei giochi è in qualche modo polarizzante perché la funzionalità deve essere implementata separatamente per le schede AMD e Nvidia. Più giochi supportano le schede Nvidia principalmente perché Nvidia è stata l'unica a produrre schede grafiche compatibili con il ray-tracing fino al 2020, ma più giochi stanno iniziando a supportare entrambe le versioni. Esempi di quest'ultimo includono Cyberpunk 2077, Dirt 5, Godfall e World of Warcraft: Shadowlands.
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Ray Tracing: l'impatto sulle prestazioni
Quando si tratta di grafica per PC, tutto ha un prezzo e le chicche visive del ray tracing non fanno eccezione. Abilitarlo generalmente si traduce in una penalità alle prestazioni che varia nel suo impatto da partita a partita.
Prendiamo, ad esempio, il benchmark integrato nel gioco Shadow of the Tomb Raider. L'ho eseguito su un desktop pronto per il gioco con un processore AMD Ryzen 9 5900X, una scheda grafica GeForce RTX 3080 e 32 GB di memoria. I numeri presentati di seguito, testati a due risoluzioni, sono i frame medi al secondo (fps). Almeno 60 fps sono necessari per un gameplay fluido.
I risultati a due cifre delle prestazioni del ray tracing sono significativi e si noti che questo è con la funzione DLSS per il miglioramento delle prestazioni attiva. DLSS è una funzionalità specifica di Nvidia supportata in alcuni giochi che può aiutare a ridurre l'impatto sui frame rate del carico di calcolo del ray tracing. (Per molto di più sul DLSS, vedi la nostra funzione Test del DLSS 2.0 di Nvidia: frame rate più alti gratuitamente?) Il DLSS mostra grandi promesse, ma il gioco deve supportarlo. Mentre sta guadagnando slancio in questi giorni, il supporto per esso è tutt'altro che universale.
Ricorda, questo compromesso in termini di prestazioni deriva solo dall'applicazione di ombre e effetti di luce, quindi la tecnologia odierna è davvero molto lontana dall'uso del ray tracing per il rendering di un intero gioco. Detto questo, i risultati migliori in questo caso sono uno scenario peggiore, dal momento che questo gioco ha impostazioni delle ombre con ray-tracing con un impatto sulle prestazioni meno negativo.
L'ottimizzazione del gioco merita una menzione. Gli sviluppatori impareranno senza dubbio a ottimizzare meglio il ray-tracing proprio come hanno fatto con la rasterizzazione, quindi dovrebbe diventare possibile ottenere più effetti ray-tracing dall'hardware attuale. (Ancora una volta, guarda fino a che punto è arrivata la rasterizzazione.)
I principali giochi di Ray-Tracing che abbiamo recensito
Anche il DLSS è un approccio che aiuterà, e prevediamo il perfezionamento e l'espansione del DLSS con il passare del tempo. AMD sta anche lavorando alla propria alternativa per il risparmio delle prestazioni in stile DLSS, denominata "Super Resolution". Super Resolution è stato sviluppato in collaborazione con il team DirectML di Microsoft ("ML" è l'abbreviazione di "machine learning"). Tuttavia, AMD afferma che la tecnologia è ancora una via d'uscita e probabilmente non vedremo giochi in esecuzione con essa almeno fino al 2022.
Un futuro ray-tracing: guadagnare lentamente vapore
Nonostante le applicazioni limitate del ray tracing nei giochi di oggi, è qui per restare. La scritta è stata sul muro da quando AMD ha seguito Nvidia introducendo le schede grafiche Radeon con supporto hardware ray tracing. Il supporto hardware del ray-tracing in Xbox Series X e PlayStation 5 guida ulteriormente quel punto a casa.
A tal proposito, la scelta di adottare il ray tracing è stata fatta per i giocatori console. È stato realizzato anche per i giocatori PC che acquistano moderne schede grafiche di fascia medio-alta, poiché tutti gli ultimi modelli supportano il ray-tracing hardware, ma resta la domanda se i giocatori con schede grafiche più vecchie o di fascia bassa debbano aggiornare o quelle sul mercato dovrebbe salire.
In breve, non è necessario investire in una scheda grafica che supporti il ray tracing hardware a meno che non si determini che le differenze visive valgono i soldi. Il ray tracing attualmente offre pochi altri vantaggi per i giochi, quindi si riduce al semplice divertimento.
L'attuale disponibilità limitata e i prezzi elevati delle schede grafiche rendono il ray tracing un investimento ancora più grande di quanto dovrebbe essere, quindi a meno che tu non sia stato abbastanza fortunato da ottenere una scheda GeForce RTX o Radeon RX 6800, potrebbe avere senso mantenere il ray tracing attivo la lista dei desideri e utilizzare il denaro per i giochi. Quella strategia potrebbe funzionare ancora meglio a lungo termine, dal momento che sarai in grado di rivivere qualsiasi gioco che hai acquistato che ha aggiunto il supporto del ray tracing mentre stavi aspettando.