ray tracing, ai giochi un realismo in più un livello che porta è una tecnica di illuminazione. Imitando il modo in cui la luce si riflette e rifrange nel mondo reale, fornisce un ambiente più credibile rispetto a quelli visti utilizzando l'illuminazione statica nei giochi più tradizionali. Allora, cos’è esattamente il ray tracing? E soprattutto, come funziona? Una buona scheda grafica può utilizzare il ray tracing per aumentare l'immersione, ma non tutte le GPU possono gestire questa tecnica. Continua a leggere per decidere se il ray tracing è essenziale per la tua esperienza di gioco e se giustifica la spesa di centinaia di dollari per una GPU aggiornata.
Ray Tracing – Fotoni virtuali
Per capire come funziona il rivoluzionario sistema di illuminazione del ray tracing, dobbiamo fare un passo indietro e capire come i giochi hanno reso la luce in precedenza e cosa deve essere emulato per un'esperienza fotorealistica. I giochi senza ray tracing si basano sull'illuminazione statica "cotta". Gli sviluppatori posizionano le sorgenti luminose in un ambiente che emette luce in modo uniforme in qualsiasi vista. Inoltre, i modelli virtuali come NPC e oggetti non contengono informazioni su altri modelli e richiedono che la GPU calcoli il comportamento dell'illuminazione durante il rendering. Le texture superficiali possono riflettere la luce per imitare la lucentezza, ma possono riflettere solo la luce emessa da una sorgente statica. Prendiamo come esempio il confronto dei riflessi in GTA V riportato di seguito.
Nel complesso, l'evoluzione della GPU ha aiutato questo processo a sembrare più realistico nel corso degli anni, ma i giochi non sono ancora fotorealistici in termini di riflessi, rifrazioni e illuminazione generale del mondo reale. Per raggiungere questo obiettivo, la GPU deve essere in grado di seguire i raggi di luce virtuali.
Nel mondo reale, la luce visibile è una piccola parte della famiglia delle radiazioni elettromagnetiche percepite dall'occhio umano. Contiene fotoni che si comportano sia come particelle che come onde. I fotoni non hanno dimensioni o forma reali: possono solo essere creati o distrutti.
Tuttavia, la luce può essere descritta come un flusso di fotoni. Più fotoni hai, più luminosa è la luce percepita. La riflessione avviene quando i fotoni rimbalzano su una superficie. La rifrazione si verifica quando i fotoni che viaggiano in linea retta attraversano un materiale trasparente e la linea viene reindirizzata o “piegata”. I fotoni distrutti possono essere rilevati come “assorbiti”.
Il ray tracing nei giochi tenta di imitare il modo in cui funziona la luce nel mondo reale. Traccia il percorso della luce simulata tracciando milioni di fotoni virtuali. Più intensa è la luce, maggiore è il numero di fotoni virtuali che la GPU deve calcolare e maggiori sono le superfici che la luce riflette, rifrange e disperde.
Questo processo non è una novità. La CGI utilizza il ray tracing da decenni, ma all'inizio richiedeva interi computer per eseguire il rendering di un film completo, poiché il rendering di un singolo fotogramma poteva richiedere ore o addirittura giorni. I computer domestici possono ora emulare la grafica ray-tracing in tempo reale, sfruttando l’accelerazione hardware e trucchi di illuminazione intelligenti per limitare il numero di raggi a un numero gestibile.
Ecco una vera rivelazione: come in qualsiasi film o programma televisivo, le scene nell'animazione CGI vengono spesso “girate” utilizzando diverse angolazioni. Per ogni fotogramma, puoi spostare una telecamera per catturare l'azione, ingrandire, rimpicciolire o eseguire la panoramica di un'intera area. E come nell'animazione, devi manipolare tutto fotogramma per fotogramma per imitare il movimento. Quando metti insieme tutte le immagini, hai una storia fluida.
Nei giochi, soprattutto quelli dal ritmo frenetico, controlli una singola telecamera che è sempre in movimento e cambia costantemente la sua prospettiva. Sia nei giochi CGI che in quelli con ray tracing, la GPU non deve solo calcolare il modo in cui la luce viene riflessa e rifratta in una determinata scena, ma anche il modo in cui viene catturata dall'obiettivo, a seconda della prospettiva. Per i giochi, si tratta di un'enorme quantità di lavoro computazionale per un singolo computer o console.
Sfortunatamente, non disponiamo ancora di computer di livello consumer in grado di gestire veramente la grafica con ray tracing a frame rate elevati. Invece, ora disponiamo di hardware in grado di imbrogliare efficacemente.
Ray Tracing – Grafica realistica
La fondamentale somiglianza del ray tracing con la vita reale lo rende una tecnica di rendering 3D estremamente realistica, rendendo persino giochi a blocchi come Minecraft quasi fotorealistici nelle giuste condizioni. C'è solo un problema: è estremamente difficile da simulare. Ricreare il modo in cui funziona la luce nel mondo reale è complesso e dispendioso in termini di risorse, poiché richiede grandi quantità di potenza di calcolo.
Pertanto, le attuali opzioni di ray tracing nei giochi, come il ray tracing incentrato su RTX di Nvidia, non sono realistiche. Non si tratta di un vero ray tracing, in cui ogni punto di luce viene simulato. Invece, la GPU "imbroglia" utilizzando una varietà di approcci intelligenti per fornire qualcosa di simile allo stesso effetto visivo, ma senza gravare troppo sull'hardware.
La maggior parte dei giochi di ray tracing ora utilizza una combinazione di tecniche di illuminazione tradizionali, spesso chiamate rasterizzazione, e tecniche di ray tracing su determinate superfici, come pozzanghere riflettenti e parti metalliche. Battlefield V ne è un ottimo esempio. Vedi il riflesso dei soldati nell'acqua, il riflesso del terreno sugli aerei e il riflesso delle esplosioni sulla vernice di un'auto. È possibile mostrare i riflessi nei moderni motori 3D, ma non al livello di dettaglio mostrato in giochi come Battlefield V quando il ray tracing è abilitato.
Il ray tracing può essere utilizzato anche per rendere le ombre più dinamiche e realistiche. Lo vedrai utilizzato con grande effetto in Shadow of the Tomb Raider.
L'illuminazione con ray tracing può creare ombre molto più realistiche nelle scene scure e chiare, fornendo bordi più morbidi e una maggiore definizione. Ottenere questo aspetto senza il ray tracing è straordinariamente difficile. Gli sviluppatori possono emularlo solo utilizzando sorgenti luminose statiche preimpostate in modo attento e controllato. Ci vuole molto tempo e impegno per collocare tutte queste “luci della ribalta” – e anche in questo caso il risultato non è del tutto corretto.
Alcuni giochi utilizzano il ray tracing per l'illuminazione globale, effettuando effettivamente il ray tracing dell'intera scena. Tuttavia, questa è l'opzione più costosa dal punto di vista computazionale e richiede le schede grafiche moderne più potenti per funzionare in modo efficace. Metro Exodus utilizza questa tecnica, ma l'implementazione non è perfetta.
Ecco perché sono popolari solo mezze misure come il ray tracing delle ombre o le superfici riflettenti. Altri giochi sfruttano le tecnologie Nvidia come il denoising e il Deep Learning Super Sampling per migliorare le prestazioni e coprire alcuni dei singhiozzi visivi derivanti dall'elaborazione di meno raggi di quelli necessari per eseguire il rendering di una vera scena di ray tracing. Queste tecnologie sono ancora riservate a screenshot e filmati pre-renderizzati, dove server ad alta potenza possono impiegare giorni per elaborare un singolo fotogramma.
Come funzionano i raggi?
Le schede grafiche della serie RTX 20 di Nvidia offrivano hardware creato appositamente per il ray tracing per gestire anche queste applicazioni relativamente modeste del ray tracing.
Tutte le schede RTX ora supportano il ray tracing ed esiste un altro modo per ingannare le prestazioni sulle ultime GPU della serie RTX 40. SER, o Shader Execution Reordering, è disponibile su RTX 4090 e RTX 4080 e Nvidia afferma che può migliorare le prestazioni nei giochi ray-tracing del 25%. Funziona riordinando le istruzioni di ray tracing quando vengono elaborate dalla GPU, ottimizzando l'attività in base alla potenza di calcolo disponibile.
Sebbene i primi giorni del ray tracing fossero difficili, le ultime schede di Nvidia hanno funzionato molto meglio. Con la nuova generazione SER e DLSS 3, possiamo vedere il ray tracing che non riduce il frame rate. Il nuovo DLSS 3.5 di Nvidia promette anche di supportare il ray tracing con Ray Reconstruction.
Il metodo ray tracing di Nvidia, però, non è l'unica opzione disponibile. Esistono anche effetti di post-elaborazione di "tracciamento del percorso" di Reshade che offrono immagini simili, sebbene non abbiano le stesse prestazioni.
AMD ora ha anche opzioni per il ray tracing, ne parleremo più avanti.
Avrai comunque bisogno di una potente scheda grafica per il ray tracing, indipendentemente dall'applicazione, ma man mano che la tecnica diventa più diffusa tra gli sviluppatori di giochi, potremmo vedere una gamma più ampia di hardware di supporto a prezzi molto più convenienti.
Anche se il ray tracing si è concentrato principalmente sui PC, sta iniziando a farsi strada anche su altri dispositivi. Apple ha recentemente annunciato che il chip A15 Bionic dell'iPhone 17 è dotato di ray tracing con accelerazione hardware, anche nei giochi.
Come vedere il ray tracing a casa
Per vedere il ray tracing a casa, avrai bisogno di una nuova e costosa scheda grafica. Il ray tracing con accelerazione hardware è disponibile solo sulle GPU Nvidia RTX o sulle GPU della serie RX 6000 di AMD. Le schede della serie GTX 10 e 16 supportano il ray tracing ma mancano dei core RT che le renderebbero comodamente giocabili.
Se stai cercando di giocare con risoluzioni superiori a 1080p e frame rate di 60 fps o superiori, la soluzione migliore è concederti il lusso di una scheda grafica di fascia alta. A 4K, RTX 3080 e RX 6800 XT sono le carte migliori, ma puoi anche cavartela con RTX 1440 o RX 3070 se sei disposto a passare a 6800p in alcuni giochi.
Sebbene esista un numero limitato di giochi con funzionalità di ray tracing, questo numero sta gradualmente aumentando. I migliori esempi di ray tracing includono le prime demo RTX come Battlefield V, Shadow of the Tomb Raider e Metro Exodus. Anche i giochi più recenti come Control e MechWarrior 5: Mercenaries sembrano interessanti. Stay in the Light è un gioco horror indipendente creato utilizzando ombre e riflessi con ray tracing. Quake II, rimasterizzato con ray tracing RTX, è un altro ottimo esempio.
Ci sono meno giochi di ray tracing sul mercato, ma il settore è in crescita. Mentre PlayStation 5 e Xbox Series X iniziano a pubblicizzare il ray tracing, i concorrenti seguiranno presto l’esempio. Il gioco multipiattaforma Watch Dogs 2 differisce dal nuovo Watch Dogs: Legion in quanto il nuovo gioco introduce il ray tracing per l'esecuzione su console e computer.
Prova a utilizzare il ray tracing Port Royal di UL Benchmark per determinare se il tuo computer funzionerà con il ray tracing.
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