Cos’è il Ray Tracing, e qual è il significato di questa tecnologia? Scopriamo le applicazioni concrete AMD e Nvidia e gli esempi nei Videogiochi moderni.

Ray Tracing su PC: come cambiano i giochi con questa tecnologia?

Il ray tracing è l’ultima di una serie di tecnologie che promettono di rivoluzionare il mondo dei videogiochi. Questa tecnica di rendering ha attratto attorno a sé un interesse pari a quello che, ai suoi tempi, è stato l’hype per le prime schede video 3D, per le ombre dinamiche, oppure per gli effetti particellari delle DirectX 11.

Il mondo dei videogiochi vive da sempre di queste attese. Della speranza cioè che arrivi un nuovo sistema capace di offrire una grafica fotorealistica, ma soprattutto accessibile.

Può essere questo il caso del ray tracing? Cerchiamo di scoprirlo.

Ray Tracing: cos’è?

La prima domanda, la più banale, è cercare di capire cosa sia questo nuovo sistema che promette faville.

Da un punto di vista veramente pratico, si tratta di una tecnica di rendering basata sul tracciamento dei raggi luminosi lungo tutto il loro percorso. Parliamo di raggi che partono dal sole, da una lampadina, da qualsiasi sorgente.

Riferendo tutto il discorso ai videogiochi, il tracciato della luce viene registrato a partire dalla telecamera del giocatore (ovvero il nostro punto di vista). Il bello è che con il ray tracing gli sviluppatori possono anche simulare cosa succede quando la luce incontra i riflessi di un altro oggetto. Oppure quando viene bloccata, generando ombre. E persino quando passa attraverso superfici trasparenti o semi-trasparenti.

Ovviamente, non è sempre possibile simulare qualsiasi comportamento di qualsiasi raggio di luce. Nel mondo di gioco proposto dai titoli più recenti, allora, gli sviluppatori e i produttori delle schede video applicano strategie differenti che possono comunque sfruttare al meglio questa tecnologia.

Vediamo un po’ di esempi pratici.

Applicazioni concrete di questa tecnologia

Dopo aver risposto sommariamente alla domanda “Cos’è il ray tracing?”, vale la pena capire come può essere utilizzata questa tecnica.

Qua la palla passa evidentemente alle varie software house. Un esempio è quello di DICE, che in Battlefield 5 ha impiegato un sistema ingegnoso. Invece di creare un raggio di pixel per ogni superficie – cosa che avrebbe comportato un carico di calcolo enorme – la casa di sviluppo ha creato un algoritmo speciale. Questo calcola solo i raggi di pixel legati alle superfici riflettenti, scartando quelle che non riflettono.

In Metro Exodus, invece, il ray tracing viene applicato all’illuminazione globale. Si tratta di un metodo più “pesante” rispetto a quello di Battlefield 5. I raggi di luce, infatti, vengono generati tenendo conto dell’intera scena, con un aggiornamento dinamico e in tempo reale.

L’effetto è piuttosto evidente nelle aree scure che all’improvviso vengono investite da un fascio di luce, come spiegato in questo video:

Ray Casting, BVH e le altre tecniche di gestione della luce

Quello della gestione delle luci e delle fonti luminose è un tema che evidentemente non si esaurisce solo con il sistema oggetto di questo articolo.

Sono tante altre le tecnologie di nuova generazione – legate o meno al ray tracing – che trovano sempre maggiore implementazione nei videogiochi. Ecco un rapido riepilogo:

• Ray Casting: processo che, all’interno di un algoritmo di ray tracing, proietta i raggi di luce dalla telecamera principale verso i pixel della scena. In questo modo, si comprendono gli eventuali puntidi intersezione con gli altri oggetti. Ciò consente di determinare la distanza tra il punto diosservazione e gli altri poligoni, così da identificare il colore del pixel;
• Bounding Volume Hierarchy: abbreviato in BVH, accelera la fase di verifica delle intersezioni tra iraggi di luce e gli oggetti di una scena;
• Denoising Filtering: una tecnica di filtro che incrementa la qualità delle immagini senza doverproiettare ulteriori raggi di luce. Questo può portare a ridurre il tempo di tracciamento dei raggi giàesistenti;
• Path tracing: definibile come una forma più intensa di ray tracing, viene utilizzata soprattutto daNvidia. Consente di tracciare migliaia di raggi per ogni pixel, e permette di simulare ilcomportamento di numerose sorgenti luminose.

Le soluzioni AMD e Nvidia per il Ray Tracing

Sono diverse le soluzioni che i produttori di schede video hanno implementato per sfruttare al massimo il rendering della luce. Geforce RTX, ad esempio, è una dicitura che ormai i giocatori hanno imparato a conoscere. Tant’è che sono nati immancabili meme sulla possibile differenza che i giochi presentano quando il ray tracing è attivo o meno.

Tra le tante soluzioni proposte, possiamo citarne proprio una di Nvidia, ovvero l’architettura Ampere. Evoluzione della precedente Turing, affianca alle unità di elaborazione tradizionali nuovi componenti specializzati proprio nel ray tracing. Come RT Core, dedicato alla velocizzazione di operazioni legate anche al BVH. I Tensor Core, invece, accelerano le operazioni di denoising, migliorando così la qualità delle immagini e diminuendo il numero di fasci di luce da gestire.

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