traçado de raio, para jogos um realismo extra um nível que traz é uma técnica de iluminação. Ao imitar a forma como a luz reflete e refrata no mundo real, proporciona um ambiente mais verossímil do que aqueles vistos com iluminação estática em jogos mais tradicionais. Então, o que exatamente é traçado de raio? E o mais importante, como isso funciona? Uma boa placa gráfica pode usar ray tracing para aumentar a imersão, mas nem todas as GPUs conseguem lidar com essa técnica. Continue lendo para decidir se o ray tracing é essencial para sua experiência de jogo e se justifica gastar centenas de dólares em uma GPU atualizada.
Ray Tracing – Fótons Virtuais
Para entender como funciona o revolucionário sistema de iluminação do ray tracing, precisamos dar um passo atrás e entender como os jogos renderizavam luz anteriormente e o que precisa ser emulado para uma experiência fotorrealista. Os jogos sem ray tracing dependem de iluminação estática “preparada”. Os desenvolvedores colocam fontes de luz em um ambiente que emite luz uniformemente em qualquer visualização. Além disso, modelos virtuais como NPCs e objetos não contêm informações sobre quaisquer outros modelos e exigem que a GPU calcule o comportamento da iluminação durante a renderização. As texturas de superfície podem refletir a luz para imitar o brilho, mas só podem refletir a luz emitida por uma fonte estática. Veja a comparação de reflexos no GTA V abaixo como exemplo.
No geral, a evolução da GPU ajudou esse processo a parecer mais realista ao longo dos anos, mas os jogos ainda não são fotorrealistas em termos de reflexos, refrações e iluminação geral do mundo real. Para conseguir isso, a GPU deve ser capaz de seguir os raios de luz virtuais.
No mundo real, a luz visível é uma pequena parte da família da radiação eletromagnética percebida pelo olho humano. Ele contém fótons que se comportam tanto como partículas quanto como ondas. Os fótons não têm tamanho ou forma real – eles só podem ser criados ou destruídos.
No entanto, a luz pode ser descrita como um fluxo de fótons. Quanto mais fótons você tiver, mais brilhante será a luz percebida. A reflexão ocorre quando os fótons ricocheteiam em uma superfície. A refração ocorre quando os fótons viajando em linha reta passam através de um material transparente e a linha é redirecionada ou “dobrada”. Os fótons destruídos podem ser detectados como “absorvidos”.
O Ray Tracing em jogos tenta imitar a forma como a luz funciona no mundo real. Ele traça o caminho da luz simulada rastreando milhões de fótons virtuais. Quanto mais brilhante a luz, mais fótons virtuais a GPU deve calcular e mais superfícies a luz reflete, refrata e espalha.
Este processo não é novidade. O CGI usa o ray tracing há décadas, mas no início era necessário um conjunto de computadores para renderizar um filme completo, já que a renderização de um único quadro podia levar horas ou até dias. Os computadores domésticos agora podem emular gráficos com traçado de raio em tempo real, aproveitando a aceleração de hardware e truques de iluminação inteligentes para limitar o número de raios a um número gerenciável.
Aqui está uma verdadeira revelação: como acontece com qualquer filme ou programa de TV, as cenas em animação CGI são frequentemente “filmadas” usando ângulos diferentes. Para cada quadro, você pode mover uma câmera para capturar a ação, aumentar, diminuir o zoom ou deslocar uma área inteira. E como na animação, você tem que manipular tudo quadro a quadro para imitar o movimento. Quando você junta todas as imagens, você tem uma história fluida.
Nos jogos, principalmente nos de ritmo acelerado, você controla uma única câmera que está sempre em movimento e mudando constantemente de perspectiva. Tanto em jogos CGI quanto em ray tracing, a GPU deve não apenas calcular como a luz é refletida e refratada em qualquer cena, mas também como ela é capturada pela lente – dependendo da sua perspectiva. Para jogos, trata-se de uma enorme quantidade de trabalho computacional para um único computador ou console.
Infelizmente, ainda não temos computadores para consumidores que possam realmente lidar com gráficos com ray tracing em altas taxas de quadros. Em vez disso, agora temos hardware que pode trapacear efetivamente.
Ray Tracing – Gráficos realistas
A semelhança fundamental do Ray Tracing com a vida real torna-o uma técnica de renderização 3D extremamente realista, fazendo até mesmo jogos em blocos como o Minecraft parecerem quase fotorrealistas nas condições certas. Só há um problema: é extremamente difícil de simular. Recriar a forma como a luz funciona no mundo real é complexo e exige muitos recursos, exigindo grandes quantidades de poder computacional.
Portanto, as opções atuais de ray tracing em jogos, como o ray tracing focado em RTX da Nvidia, não são realistas. Este não é um verdadeiro traçado de raios, onde cada ponto de luz é simulado. Em vez disso, a GPU “trapaceia” usando uma variedade de abordagens inteligentes para entregar algo próximo ao mesmo efeito visual, mas sem sobrecarregar tanto o hardware.
A maioria dos jogos de ray tracing agora usa uma combinação de técnicas de iluminação tradicionais, muitas vezes chamadas de rasterização, e técnicas de ray tracing em certas superfícies, como poças refletivas e trabalhos em metal. Battlefield V é um ótimo exemplo disso. Você vê o reflexo dos soldados na água, o reflexo do terreno nos aviões e o reflexo das explosões na pintura de um carro. É possível mostrar reflexos em motores 3D modernos, mas não no nível de detalhe mostrado em jogos como Battlefield V quando o ray tracing está ativado.
O traçado de raio também pode ser usado para fazer as sombras parecerem mais dinâmicas e realistas. Você verá isso sendo usado com grande efeito em Shadow of the Tomb Raider.
A iluminação Ray Tracing pode criar sombras muito mais realistas em cenas claras e escuras, proporcionando bordas mais suaves e maior definição. Conseguir essa aparência sem traçado de raios é extraordinariamente difícil. Os desenvolvedores só podem emular isso usando fontes de luz estáticas predefinidas de maneira cuidadosa e controlada. É preciso muito tempo e esforço para colocar todos esses “refletores” – e mesmo assim o resultado não é muito bom.
Alguns jogos usam ray tracing para iluminação global, traçando efetivamente toda a cena. No entanto, esta é a opção mais cara em termos computacionais e requer as placas gráficas modernas mais poderosas para funcionar de maneira eficaz. Metro Exodus usa essa técnica, mas a implementação não é perfeita.
É por isso que apenas meias medidas, como sombras de traçado de raios ou superfícies reflexivas, são populares. Outros jogos aproveitam as tecnologias da Nvidia, como remoção de ruído e Deep Learning Super Sampling, para melhorar o desempenho e encobrir alguns dos problemas visuais decorrentes do processamento de menos raios do que o necessário para renderizar uma cena real de ray tracing. Essas tecnologias ainda são reservadas para capturas de tela e filmes pré-renderizados, onde servidores de alta potência podem passar dias processando um único quadro.
Como funcionam os raios?
As placas gráficas da série RTX 20 da Nvidia ofereciam hardware construído especificamente para ray tracing para lidar até mesmo com essas aplicações relativamente modestas de ray tracing.
Todas as placas RTX agora suportam ray tracing e há outra maneira de enganar o desempenho nas GPUs da série RTX 40 mais recentes. SER, ou Shader Execution Reordering, está disponível no RTX 4090 e RTX 4080, e a Nvidia afirma que pode melhorar o desempenho em jogos com Ray Tracing em 25%. Ele funciona reordenando as instruções de ray tracing quando elas são processadas pela GPU, otimizando a tarefa para o poder de computação disponível.
Embora os primeiros dias do ray tracing tenham sido difíceis, as placas mais recentes da Nvidia tiveram um desempenho muito melhor. Com a nova geração SER e DLSS 3, podemos ver ray tracing que não reduz sua taxa de quadros. O novo DLSS 3.5 da Nvidia também promete suportar ray tracing com Ray Reconstruction.
No entanto, o método de rastreamento de raios da Nvidia não é a única opção disponível. Existem também efeitos de pós-processamento de “path tracing” do Reshade que oferecem visuais semelhantes, embora não tenham o mesmo desempenho.
A AMD agora também tem opções de rastreamento de raios, falaremos mais sobre isso mais tarde.
Você ainda precisará de uma placa gráfica poderosa para rastreamento de raios, independentemente do aplicativo, mas à medida que a técnica se torna mais difundida entre os desenvolvedores de jogos, poderemos ver uma gama mais ampla de hardware de suporte a preços muito mais acessíveis.
Embora o ray tracing tenha se concentrado principalmente em PCs, ele também está começando a chegar a outros dispositivos. A Apple anunciou recentemente que o chip A15 Bionic do iPhone 17 apresenta ray tracing acelerado por hardware, inclusive em jogos.
Como ver o traçado de raios em casa
Para ver o ray tracing em casa, você precisará de uma placa gráfica nova e cara. O ray tracing acelerado por hardware está disponível apenas em GPUs Nvidia RTX ou GPUs da série RX 6000 da AMD. As placas GTX das séries 10 e 16 suportam ray tracing, mas não possuem os núcleos RT que as tornariam confortavelmente jogáveis.
Se você deseja jogar em resoluções acima de 1080p e taxas de quadros de 60fps ou superiores, sua melhor aposta é comprar uma placa gráfica de última geração. Em 4K, o RTX 3080 e o RX 6800 XT são as placas de destaque, mas você também pode sobreviver com o RTX 1440 ou RX 3070 se estiver disposto a aumentar para 6800p em determinados jogos.
Embora haja um número limitado de jogos com recursos de ray tracing, esse número está aumentando gradualmente. Os melhores exemplos de ray tracing incluem as primeiras demos RTX como Battlefield V, Shadow of the Tomb Raider e Metro Exodus. Jogos mais recentes como Control e MechWarrior 5: Mercenaries também parecem interessantes. Stay in the Light é um jogo de terror independente criado usando sombras e reflexos traçados por raios. Quake II, remasterizado com ray tracing RTX, é outro grande exemplo.
Existem menos jogos de ray tracing no mercado, mas a indústria está crescendo. À medida que o PlayStation 5 e o Xbox Series X começarem a divulgar o ray tracing, os concorrentes logo seguirão o exemplo. O jogo multiplataforma Watch Dogs 2 difere do novo Watch Dogs: Legion porque o novo jogo introduz ray tracing para rodar em consoles e computadores.
Tente usar o ray tracing Port Royal da UL Benchmark para determinar se o seu computador funcionará com ray tracing.
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