Si últimamente has visto las últimas noticias sobre juegos y gráficos de un vistazo, entonces has escuchado la última y más grande palabra de moda: trazado de rayos. También es posible que haya escuchado una palabra de sonido similar llamada trazado de ruta. Y podría ser totalmente perdonado por no comprender completamente cuál es cualquiera de los procesos.
Una explicación simple es que tanto el trazado de ruta como el trazado de rayos son técnicas gráficas que resultan en imágenes de aspecto más realista a un costo significativamente mayor. potencia de cálculo. Hay un video de Minecraft en YouTube que demuestra los aspectos particulares del trazado de rayos de una manera clara, pero también ilustra el estrés que ejerce sobre un sistema.
Si esa es la única explicación que necesitas, ¡genial! Pero si desea profundizar y descubrir cómo funciona cada técnica y por qué las compañías de hardware de GPU están cobrando una pequeña fortuna por las tarjetas con capacidad de trazado de rayos, siga leyendo.
Rasterización y gráficos de computadora
Cualquier imagen que vea mostrada en la pantalla de una computadora no comenzó como esa imagen. Comienza como una trama o una imagen vectorial. Una imagen de trama se compone de una colección de píxeles sombreados.
Una imagen vectorial se basa en fórmulas matemáticas que significan que la imagen se puede aumentar de tamaño casi indefinidamente. La desventaja de las imágenes vectoriales es que los detalles más precisos son difíciles de lograr. Las imágenes vectoriales se utilizan mejor cuando solo se necesitan unos pocos colores.
La fuerza principal de la rasterización es su velocidad, especialmente en comparación con técnicas como el trazado de rayos. Su GPU, unidad de procesamiento de gráficos, le dirá al juego que cree una imagen en 3D a partir de formas pequeñas, generalmente triángulos. Estos triángulos se convierten en píxeles individuales y luego pasan por un sombreador para crear la imagen que ve en la pantalla.
La rasterización ha sido la opción de acceso para los gráficos de videojuegos durante mucho tiempo debido a lo rápido que puede procesarse, pero la tecnología actual comienza a chocar contra sus límites. Se necesitan técnicas más avanzadas para avanzar al siguiente nivel. Ahí es donde entra el trazado de rayos.
El trazado de rayos se ve mucho más realista que la esterilización, como lo ilustra la imagen a continuación. Mira los reflejos en la tetera y la cuchara.
¿Qué es el trazado de rayos?
En el nivel de superficie, el trazado de rayos es un término sombrilla que significa todo, desde una sola intersección de luz y objeto hasta completar el fotorrealismo. Sin embargo, en el contexto más común utilizado hoy en día, el trazado de rayos se refiere a una técnica de representación que sigue un haz de luz (en píxeles) desde un punto de ajuste y simula cómo reacciona cuando encuentra objetos.
Tómese un momento y mire la pared de la habitación en la que se encuentra. ¿Hay una fuente de luz en la pared o la luz se refleja en la pared desde otra fuente? Los gráficos con trazado de rayos comenzarían en su ojo y seguirían su línea de visión hasta la pared, y luego seguirían el camino de la luz desdeLa pared vuelve a la fuente de luz.
El diagrama de arriba ilustra cómo esto funciona. La razón de los "ojos" simulados (la cámara en este diagrama) es para disminuir la carga en la GPU.
¿Por qué? Bueno, el trazado de rayos no es nuevo. En realidad ha existido por bastante tiempo. Pixar utiliza técnicas de trazado de rayos para crear muchas de sus películas, pero los gráficos de alta fidelidad cuadro por cuadro en las resoluciones que logra Pixar llevan tiempo.
Muchotiempo. Algunos fotogramas en Monsters Universitytomaron 29 horas cada uno. Toy Story 3tomó un promedio de 7 horas por fotograma, y algunos fotogramas tardaron 39 horas según una historia de 2010 de Wired.
Debido a que la película ilustra el reflejo de la luz de cada superficie para crear el estilo gráfico que todos conocen y aman, la carga de trabajo es casi inimaginable. Al limitar las técnicas de trazado de rayos solo a lo que el ojo puede ver, los juegos pueden utilizar la técnica sin causar que su procesador gráfico tenga una fusión (literal).
Echa un vistazo a la imagen a continuación.
Eso no es una fotografía, a pesar de lo real que parece. Es una imagen de trazado de rayos. Intenta imaginar cuánta potencia se requiere para crear una imagen que se vea así. Se puede rastrear y procesar un rayo sin muchos problemas, pero ¿qué pasa cuando ese rayo rebota en un objeto?
Un solo rayo puede convertirse en 10 rayos, y esos 10 pueden convertirse en 100, y así sucesivamente. El aumento es exponencial. Después de un punto, los rebotes y los reflejos más allá del terciario y el cuaternario muestran rendimientos decrecientes. En otras palabras, requieren mucha más potencia para calcular y mostrar de lo que valen. En aras de representar una imagen, se debe trazar un límite en alguna parte.
Ahora imagine hacer que 30 a 60 veces persiguen. Esa es la cantidad de potencia requerida para usar técnicas de trazado de rayos en los juegos. Ciertamente es impresionante, ¿verdad?
La accesibilidad de las tarjetas gráficas con capacidad de trazado de rayos aumentará con el tiempo, y eventualmente esta técnica estará tan disponible como los gráficos 3D. Por ahora, sin embargo, el trazado de rayos todavía se considera la vanguardia de los gráficos por computadora. Entonces, ¿cómo entra en juego el trazado de ruta?
¿Qué es el trazado de ruta?
El trazado de ruta es un tipo de trazado de rayos. Cae bajo ese paraguas, pero donde el trazado de rayos se teorizó originalmente en 1968, el trazado de ruta no apareció en escena hasta 1986 (y los resultados no fueron tan dramáticos como los de ahora).
Recuerde el aumento exponencial en los rayos mencionados ¿más temprano? El trazado de ruta proporciona una solución para eso. Cuando se utiliza el trazado de ruta para la representación, los rayos solo producen un solo rayo por rebote. Los rayos no siguen una línea establecida por rebote, sino que se disparan en una dirección aleatoria.
El algoritmo de trazado de ruta toma una muestra aleatoria de todos los rayos para crear la imagen final. Esto da como resultado una muestra de una variedad de diferentes tipos de iluminación, pero especialmente de iluminación global.
Una cosa interesante sobre el trazado de ruta es que el efecto se puede emular mediante el uso de sombreadores. Recientemente apareció un sombreador para un emulador de Nintendo Switch que permitía a los jugadores calcular la iluminación global trazada en títulos como The Legend of Zelda: Breath of the Wildy Super Mario Odyssey.Mientras que los efectos se ven bien, no son tan completos como el trazado de ruta real.
El trazado de ruta es solo uno forma de trazado de rayos. Si bien fue aclamado como la mejor manera de renderizar imágenes, el trazado de ruta tiene sus propios defectos.
Pero al final, tanto el trazado de ruta como el trazado de rayos dan como resultado imágenes absolutamente hermosas. Ahora que el hardware en las máquinas de nivel de consumidor ha alcanzado un punto en el que el trazado de rayos es posible en tiempo real en los videojuegos, la industria está preparada para hacer un avance que es casi tan impresionante como el paso de los gráficos 2D a 3D.
Sin embargo, todavía pasará algún tiempo, al menos varios años, antes de que el hardware necesario se considere "asequible". Hasta ahora, incluso las tarjetas gráficas necesarias cuestan más de $ 1,000.