Depois de ter desempenhado um papel fundamental, mas que talvez nem tenhamos notado, no cinema, a rastreamento de raios também entrou com força no mundo da jogos de vídeo.
Mas o que é 'Ray Tracing' e como funciona? É uma tecnologia para criar luzes, sombras e reflexos em imagens e vídeos em computação gráfica, e está destinado a mudar (para melhor) o futuro dos videogames.
Vamos ver como.
Ray Tracing: o que é e como funciona
Por mais distante que possa parecer, o ponto de partida para entender como funciona o traçado de raios é o mundo real e a maneira como nossa visão o percebe. Para ver qualquer coisa, na verdade, eu fótons do qual a luz é composta (que pode vir de sol ou de outra fonte) deve saltar sobre isso antes de chegar ao nosso olho. A quantidade de luz absorvida pelo objeto durante o salto determina o cor, la brilho e qualquer reflexões.
Como o nome também sugere, o rastreamento de raios não faz nada além de emular esse processo físico de uma forma Digital. Quando você quiser render uma cena (ou seja, transformando o conjunto de dados sobre luzes, objetos e materiais presentes em uma imagem bidimensional), o computador simula o caminho dos raios de luz que chegam à 'câmera' (ou à nossa perspectiva). Ao seguir esses raios até as várias fontes de luz, o computador pode calcular com precisão a cor e a intensidade da luz de cada pixel da imagem, levando também em consideração reflexos, Bagliori ou áreas que estão apenas parcialmente na sombra.
O resultado, se um número suficientemente alto de raios de luz for usado, é muito realista, precisamente porque ele emula fielmente a física do mundo real. No entanto, conforme o número de raios aumenta, o mesmo acontece com o custo computacional, esse é o tempo e a energia necessários para renderizar cada cena. Esta é a principal razão pela qual o traçado de raio só foi aplicado na indústria cinematográfica até alguns anos atrás efeitos especiais e para filme de animação. Nesses contextos, é de fato aceitável que a renderização de um único quadro possa exigir minutos, horas ou também dia. O mesmo obviamente não é verdade para videogames, onde a renderização deve ser em tempo real. Então, o que mudou nos últimos anos, para permitir a chegada do ray tracing também no panorama dos videogames?
Uma história de compromissos
Mesmo sem o rastreamento de raios, a indústria de jogos tem sido capaz de oferecer muitos produtos graficamente avançado e realista. Para obtê-los, no entanto, muitas vezes foram inventados truques, muitas vezes quase invisíveis aos jogadores, capazes de devolver excelentes resultados a um baixo custo computacional, requisito necessário para ser capaz de produzir. 30, 60 ou mais quadros por segundo enquanto o jogador joga.
Quanto a sombras e luz, uma das técnicas mais populares é sobre isso mapeamento de sombra. Com essa técnica, antes que a cena do videogame seja renderizada do ponto de vista do jogador, vai-se olhar a perspectiva do fontes de luz (cujo número também depende da complexidade gráfica do jogo). Desta forma, é possível controlar quais pontos dos objetos e superfícies são "visíveis" para a fonte de luz e, portanto, Iluminado a partir dele. A imagem resultante, embora normalmente adequada, ainda tende a ter muitas sombras Claro, e muitas vezes precisa de mais manipulações que levam em consideração luzes difusas e iluminações ambiental.
Também para superfícies reflexivas, como espelhos d'água, objetos de metal e especialmente espelhos, os desenvolvedores muitas vezes tiveram que fazer engenharia. Para obter reflexos realistas, de fato, é essencialmente necessário renderizar uma segunda vez o ambiente do jogo, talvez incluindo também objetos que não são diretamente visíveis (e, portanto, normalmente não seriam renderizados). Para remediar este problema e limitar o número de cálculos, os reflexos, se houver, são frequentemente limitados a objetos fixos da cena e alguns objetos em movimento, como o jogador.
A era do rastreamento de raios
Apesar da presença dessas técnicas, os desenvolvedores há muito tempo olham para o rastreamento de raios como o próximo passo à frente para o cenário dos jogos. O fabricante da placa gráfica abriu as portas para esta nova era NVIDIA que em 2018 apresentou a série RTX equipado com arquitetura Turing. Entre as várias melhorias incluídas nesta nova geração estava, de fato, também incluído ohardware dedicado apenas para apoiar o rastreamento de raios.
A versão desta tecnologia suportada pela NVIDIA, tendo que ser executada em tempo real, não é comparável às renderizações cinematográficas. Também neste caso, alguns truques são usados para reduzir o poder de computação necessário: em primeiro lugar, o número de raios seguidos, e o número de saltos que eles podem fazer, é limitado. Essa redução por si só, no entanto, cria sombras muito "ruidosas", com bordas e manchas irregulares. Para isso é necessário aplicar também outros algoritmos que removam esse ruído e permitam obter uma imagem realista.
Além disso, para melhorar ainda mais o equilíbrio entre desempenho e qualidade gráfica, muitos jogos podem optar por implementar apenas parcialmente o traçado de raio. Na verdade, você pode decidir usá-lo apenas para sombras (como em Shadow of the Tomb Raider) ou apenas para reflexões (como Campo de batalha v), renderizando o resto de uma forma mais tradicional. No entanto, não faltam jogos que decidiram tirar o máximo partido desta tecnologia, como por exemplo Êxodo de Metro e mais recentemente Minecraft.
O futuro dos videogames
Embora dois anos tenham se passado desde o anúncio da NVIDIA, o suporte para ray tracing ainda não é amplamente difundido de forma popular, tanto porque a série RTX é bastante cara em comparação com outras alternativas quanto porque o suporte a essa tecnologia ainda requer um investimento adicional dos desenvolvedores.
No entanto, isso não significa que as coisas não mudaram ou que não vão mudar: em 2019 NVIDIA anunciou uma atualização com suporte a ray tracing também para as placas já lançadas na linha GTX. Os cálculos necessários para implementar essa técnica também podem ser feitos no nível do software. A falta de hardware dedicado obviamente envolve um maior comprometimento em termos de desempenho, mas permanece uma ampliação da base de pessoas com a possibilidade de aproveitar o ray tracing.
A notícia mais importante, porém, ainda está por vir: é o suporte para o traçado de raios por ambos Xbox Series X que de PlayStation 5, a próxima geração de Microsoft e Sony. Como acontece com muitas novidades no mundo dos games, se é verdade que o PC é aquele que caminha em direção às novas fronteiras tecnológicas e gráficas, então são os consoles que trazem essas novidades de forma generalizada entre os jogadores. Com o suporte de consoles, de fato, muitos outros títulos (mesmo em sua versão para PC) verão o traçado de raios integrado. Também é muito provável que com a chegada anunciada da tecnologia no AMD o custo de um computador capaz de explorá-lo diminui drasticamente.
Nós estamos prontos
O futuro dos jogos parece destinado a abraçar totalmente esta novidade e nós, como jogadores, podemos apenas estar felizes e animados com a provável onda de títulos graficamente bonitos e envolventes nos quais nos perderemos por horas e horas de jogo. A única coisa que nos resta fazer no momento é ter um pouco mais de paciência.
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