Che cos'è il ray tracing nei videogiochi?

Il ray tracing è una funzionalità che vedrete menzionata con le ultime schede grafiche Nvidia RTX serie 50 e con le nuove Radeon RX 9070 XT e RX 9070 di AMD. Viene utilizzato nei giochi moderni per produrre immagini incredibili e si basa su hardware specializzato nelle attuali GPU, motivo per cui Nvidia, AMD e persino Intel mettono in evidenza la tecnologia ad ogni nuova versione hardware.

Il ray tracing viene utilizzato anche per dare nuova vita ad alcuni giochi classici, come dimostra la recente uscita di Half-Life 2 RTX.

Vediamo insieme cos'è il ray tracing, dove viene utilizzato, i vari effetti che supporta, le sfide che deve affrontare e quali giochi ne traggono vantaggio. Quindi, senza ulteriori indugi, iniziamo.

Nei videogiochi, il ray tracing simula un'illuminazione realistica. Tutto qui. Alcuni degli effetti che crea possono essere incredibilmente impressionanti, producendo mondi molto più credibili di quanto possa fare la rasterizzazione tradizionale, ma essenzialmente questo è tutto ciò che fa. Gli effetti di luce come ombre realistiche, riflessi, traslucenza e illuminazione globale sono tutti notevolmente migliorati con il ray tracing rispetto ai metodi precedenti.

Se si vuole rendere una strada bagnata dalla pioggia con pozzanghere che riflettono le insegne al neon e le vetrine dei negozi che rifrangono la luce in modo corretto per costruire un mondo convincente, il ray tracing è la strada da percorrere. Questo è il motivo per cui la tecnologia è utilizzata in modo così efficace in giochi come Cyberpunk 2077 e, più recentemente, nell'aggiornamento GTA V Enhanced, per citare solo due titoli di una lista in continua crescita.

Poiché il ray tracing simula accuratamente il modo in cui la luce interagisce con gli oggetti in una scena, può consentire agli artisti di concentrarsi sulla creazione degli ambienti che hanno in mente, invece di dover lavorare intorno ai limiti della rasterizzazione. Per questo motivo, il ray tracing è spesso indicato come il futuro del rendering dei giochi, e ci sono molti esempi che suggeriscono che potrebbe essere vero.

Quando uno sviluppatore implementa il ray tracing, mira a effetti e concetti visivi specifici. Non è solo qualcosa che si attiva, è un kit di strumenti di effetti, da quelli relativamente semplici, come le ombre, a tecniche più complesse come l'illuminazione globale. Ecco una rapida carrellata dei principali effetti del ray tracing:

Creare riflessi con la rasterizzazione tradizionale è estremamente difficile, se non impossibile, senza soluzioni alternative. Nel corso degli anni, gli sviluppatori hanno utilizzato tecniche come la Screen Space Reflection (SSR), che può gestire in modo efficiente i riflessi dell'acqua o duplicare una scena per creare l'illusione di un riflesso. Tuttavia, questi metodi hanno evidenti limiti: la SSR, ad esempio, riflette solo ciò che è attualmente sullo schermo, il che significa che gli oggetti fuori dal campo visivo della telecamera non appariranno nei riflessi.

I riflessi con ray tracing, al contrario, rappresentano accuratamente l'ambiente di gioco, migliorando significativamente l'immersione. Specchi, vetri, pozzanghere e persino i riflessi più impercettibili sulle superfici lucide traggono tutti vantaggio dal ray tracing. Tuttavia, i riflessi possono essere impegnativi dal punto di vista computazionale, ed è qui che entrano in gioco soluzioni basate sull'intelligenza artificiale come il DLSS 3.5 Ray Reconstruction di Nvidia.

Gli sviluppatori di videogiochi utilizzano le mappe delle ombre da anni, ma queste presentano dei limiti: le ombre possono sembrare artificiali, risentire dei limiti di risoluzione e avere problemi con l'illuminazione dinamica. Le ombre con ray tracing sono molto più realistiche, soprattutto se combinate con altre tecniche di ray tracing come l'illuminazione globale.

Tradizionalmente, i giochi gestivano l'illuminazione in modo molto semplice. L'illuminazione diretta aggiungeva un tocco di credibilità, ma il risultato poteva comunque sembrare un cartone animato. Man mano che i giochi sono diventati più dettagliati e ricchi, la richiesta di un'illuminazione realistica è aumentata al punto che la sottile interazione tra materiali, superfici e illuminazione secondaria è diventata essenziale. La tradizionale rasterizzazione pre-elaborava l'illuminazione per creare un mondo più credibile e solido, ma questo andava a scapito del dinamismo. Quando qualcosa si muoveva, l'illuminazione poteva sembrare fuori luogo perché non era in grado di reagire in modo realistico.

Il ray tracing ancora una volta viene in soccorso gestendo l'illuminazione con un maggior grado di precisione, creando un ambiente più coinvolgente. Simula sia la luce diretta che quella indiretta per produrre una scena più credibile. Una scena dinamica e con tonalità molto più vicine a quelle che si vedono nel mondo reale. Gli effetti dell'illuminazione globale con ray tracing possono essere impercettibili, soprattutto in ambienti naturali come una giungla fitta, ma il cervello coglie gli spunti giusti e rende tutto più realistico di quanto potrebbe mai fare un'illuminazione preimpostata.

Il ray tracing ha dovuto affrontare sfide significative. Per cominciare, è incredibilmente costoso dal punto di vista computazionale e richiede hardware dedicato. Una scheda grafica moderna e potente è essenziale per sfruttare appieno la tecnologia.

Anche con le più recenti GPU, non è possibile tracciare ogni singolo raggio di luce in una scena a frame rate fluidi. Il risultato sono immagini rumorose che richiedono una post-elaborazione per essere ripulite. A causa di queste limitazioni, la maggior parte dei giochi rende le scene con ray-tracing a una risoluzione inferiore e utilizza tecniche di upscaling come DLSS o FSR per mantenere la qualità dell'immagine.

Un altro ostacolo è che non tutti i giochi supportano il ray tracing. Non è così semplice come acquistare una scheda RTX serie 50 e vedere improvvisamente ogni gioco trasformato. La buona notizia è che DirectX 12 di Microsoft include il supporto integrato per il ray tracing, rendendone più facile l'implementazione per gli sviluppatori.

Un'ultima sfida è che la rasterizzazione tradizionale è diventata estremamente efficace nel simulare un'illuminazione realistica. Si basa ancora su approssimazioni e trucchi intelligenti, e alcuni effetti sono impossibili senza il ray tracing, ma gli sviluppatori hanno perfezionato le tecniche di rasterizzazione al punto che la differenza visiva potrebbe non sempre giustificare il costo computazionale del ray tracing.

Il ray tracing in tempo reale esiste ormai da alcuni anni e molti giochi ne mostrano le potenzialità. Ecco alcuni titoli di spicco che mettono in risalto questa tecnologia:

• Alan Wake 2
• Mito nero: Wukong
• Controllo
• Cyberpunk 2077
• Ghostwire: Tokyo
• Indiana Jones e il grande cerchio
• Marvel's Spider-Man
• Metro Exodus
• Minecraft RTX
• Ratchet & Clank: Rift Apart
• Resident Evil Village
• Shadow of the Tomb Raider
• Watch Dogs: Legion

Sul sito web di Nvidia è possibile trovare un elenco ordinabile di giochi con ray tracing. Sebbene si concentri sulle tecnologie di Nvidia, è comunque una risorsa utile per trovare giochi che mostrano le capacità del ray tracing.