Ray tracing vs. path tracing – confronto tra metodi di illuminazione dinamica | ENBLE

Ray tracing vs. path tracing - dynamic lighting methods comparison | ENBLE

Il ray tracing è un effetto di illuminazione che ha diviso i giocatori e i produttori di GPU per anni. Alcuni lo considerano la prossima generazione di illuminazione in-game che sta introducendo effetti visivi precedentemente impossibili, mentre altri lo considerano troppo costoso in termini di hardware di supporto e criticano anche il suo impatto sui frame rate. Ma non è l’unica tecnica avanzata di illuminazione in circolazione. Il path tracing è un modo alternativo per gestire l’illuminazione dinamica che può essere sia più bello da guardare che meno esigente per una GPU. Almeno in teoria.

Nella realtà, il ray tracing e il path tracing hanno il loro posto nei giochi e potresti trovarti a giocare con entrambi nei prossimi anni. Ecco come si confrontano il ray tracing e il path tracing.

Cos’è il ray tracing?

Il ray tracing è un metodo realistico per modellare l’illuminazione in una scena. Inizialmente concepito alla fine degli anni ’60, è stato portato solo di recente nei giochi in tempo reale a causa della sua elevata richiesta di calcolo.

Il ray tracing funziona lanciando un raggio in una scena attraverso il punto di vista del giocatore. Ogni volta che il raggio interagisce con un oggetto, viene calcolato l’effetto di quell’oggetto sul raggio, inclusi il suo colore, la trasparenza e l’orientamento. Quel raggio continua a essere tracciato mentre rimbalza in una scena fino a quando non interseca una fonte luminosa. Questo calcolo viene effettuato per ogni pixel in una scena, creando una tecnica di illuminazione incredibilmente realistica, ma anche incredibilmente esigente.

Il ray tracing è stato utilizzato nella CGI cinematografica per anni, spesso richiedendo ore o addirittura giorni per renderizzare singoli fotogrammi. Tuttavia, grazie al miglioramento della potenza di calcolo e al lancio delle schede grafiche RTX di Nvidia, gli acceleratori di ray tracing hanno reso possibile il ray tracing in tempo reale nei giochi. Sebbene inizialmente limitato alle ombre e ai riflessi, è stato successivamente esteso all’illuminazione globale in alcuni giochi.

Quake 2 è incredibile con l’illuminazione tracciata dal percorso. Nvidia

Cos’è il path tracing?

Il path tracing è un metodo più moderno per modellare l’illuminazione dinamica in tempo reale in una scena. Sviluppato a metà degli anni ’80, adotta un approccio diverso inviando centinaia o addirittura migliaia di raggi contemporaneamente da una fonte luminosa e tracciandoli mentre rimbalzano casualmente in una scena. Questo è molto più complicato in superficie, ma il risultato finale è un render più semplice, poiché invece di tracciare ogni singolo raggio dal pixel alla sorgente, ne traccia solo un campione basato sul percorso più probabile che la luce potrebbe seguire.

Si tratta di una combinazione di ray tracing e simulazione di Monte Carlo che consente al gioco o all’applicazione di utilizzare un numero gestibile di percorsi per tracciare una fonte luminosa. Ciò consente effetti di illuminazione simili al ray tracing con meno overhead, ma, probabilmente, ancora più importante, consente una granularità molto maggiore in base alle capacità del sistema e alle impostazioni scelte. Un numero maggiore di campioni comporta una maggiore richiesta sulla GPU che renderizza la scena, ma anche una maggiore precisione. Campioni più piccoli rendono il path tracing più gestibile, a discapito della qualità visiva.

I risultati finali del path tracing non sono perfetti, tuttavia. Vengono combinati con algoritmi di riduzione del rumore per pulire l’immagine risultante e i risultati sono impressionanti.

Ci sono determinate scene e determinati oggetti, come oggetti riflettenti e rifrattivi – un bicchiere d’acqua, ad esempio – per i quali l’algoritmo di path tracing deve essere regolato per evitare una perdita eccessiva di informazioni in campioni più piccoli. È possibile che con tali oggetti, l’algoritmo esegua semplicemente un ray tracing forzato per garantire l’accuratezza.

Tuttavia, il risultato finale in entrambi i casi è una scena renderizzata che appare illuminata in modo realistico come una scena ray traced, se non di più, ma con un potenziale overhead molto più basso, soprattutto con impostazioni di dettaglio più elevate. Il path tracing è anche considerato più efficace per le scene ben illuminate, poiché ha più dati su cui basarsi, mentre il ray tracing può essere più efficace nel renderizzare scene con molte ombre, poiché conosce il percorso reale dei raggi di luce.

Alcuni effetti luminosi ray tracing semplicemente non valgono il costo. DigitalTrends

Ray tracing vs path tracing: quale è meglio?

Il ray tracing è una tecnica accurata per modellare l’illuminazione in tempo reale, perché segue il percorso naturale di come la luce può propagarsi in una scena. Tuttavia, il numero di calcoli che devono essere effettuati per utilizzare efficacemente il ray tracing è incredibile. Anche l’hardware moderno, con tutta la sua accelerazione hardware, può avere difficoltà nei giochi con un uso intensivo di ray tracing. Ecco perché molti dei giochi che supportano il “ray tracing” utilizzano effettivamente il ray tracing solo per una parte della scena: ombre o riflessi, di solito.

La tracciatura del percorso, d’altra parte, può produrre visivi altrettanto forti, o addirittura di migliore aspetto, richiedendo meno risorse hardware per il rendering. È il modello utilizzato in alcuni dei giochi “ray traced” più impressionanti finora, come Quake II RTX, Portal RTX e l’aggiornamento Overdrive mode per Cyberpunk 2077. Viene anche modificato in giochi più vecchi, come Half-Life 2, con grande effetto.

La tracciatura del percorso offre una forma di illuminazione dinamica di migliore aspetto e meno intensiva, ed è in generale, argomentabilmente, la soluzione migliore. Tuttavia, la ray tracing ha ancora il suo posto dove dimensioni limitate di campioni tracciati dal percorso potrebbero causare problemi con l’accuratezza visiva. Ci sono anche molti esempi moderni di giochi tradizionalmente rasterizzati in cui l’illuminazione tracciata da ray o da percorso aggiunge molto poco all’esperienza, mentre fa crollare completamente i frame rate, come Hogwarts Legacy.

È probabile che finché le schede grafiche non diventino sufficientemente potenti da rendere il ray tracing o la tracciatura del percorso altrettanto facili da renderizzare come la rasterizzazione, vedremo una combinazione di effetti di illuminazione nei giochi futuri, poiché ogni tecnica ha il suo posto.