¿Qué es el trazado de ruta y el trazado de rayos? ¿Y por qué están mejorando los gráficos?

Si ha echado un vistazo a las últimas noticias sobre juegos y gráficos últimamente, ha escuchado la última y más importante palabra de moda: trazado de rayos. Es posible que también haya escuchado una palabra similar llamada trazado de ruta. Y se le podría perdonar por completo que no comprenda completamente qué es cualquiera de los dos procesos.

Una explicación simple es que el trazado de ruta y el trazado de rayos son técnicas gráficas que brindan imágenes más realistas a costa de una potencia de cálculo significativamente mayor. Hay un video de Minecraft en YouTube que muestra claramente los aspectos especiales del trazado de rayos, pero también ilustra el estrés que ejerce sobre un sistema.

Si esa es la única explicación que necesita, ¡genial! Pero si desea profundizar y descubrir cómo funciona cada técnica y por qué los fabricantes de hardware de GPU cobran una pequeña fortuna por tarjetas compatibles con trazado de rayos, siga leyendo.

Rasterización e infografías

Cualquier imagen que vea en la pantalla de una computadora no comenzó como esta imagen. Comienza con una imagen rasterizada o vectorial. Una imagen de trama se compone de una colección de píxeles sombreados.

Una imagen vectorial se basa en fórmulas matemáticas, lo que significa que el tamaño de la imagen se puede aumentar casi indefinidamente. La desventaja de las imágenes vectoriales es que es difícil obtener detalles más precisos. Las imágenes vectoriales se utilizan mejor cuando solo se necesitan unos pocos colores.

La principal ventaja de la rasterización es su velocidad, especialmente en comparación con técnicas como el trazado de rayos. Su GPU, o unidad de procesamiento de gráficos, le indicará al juego que cree una imagen en 3D a partir de formas pequeñas, la mayoría de las veces triángulos. Estos triángulos se transforman en píxeles individuales y luego se someten a un sombreado para crear la imagen que ves en la pantalla.

La pixelización ha sido durante mucho tiempo la opción preferida para los gráficos de videojuegos debido a la rapidez con la que se puede procesar, pero a medida que la tecnología actual comienza a alcanzar sus límites, se necesitan técnicas más avanzadas para pasar al siguiente nivel. Aquí es donde entra en juego el trazado de rayos.

El trazado de rayos parece mucho más realista que la pixelación, como se muestra en la imagen a continuación. Mira los reflejos en la tetera y la cuchara.

¿Qué es el trazado de rayos?

A nivel de superficie, el trazado de rayos es un término general que significa todo, desde una intersección única de luz y objeto hasta el fotorrealismo completo. Dans le contexte le plus couramment utilisé aujourd’hui, cependant, le lancer de rayons fait référence à une technique de rendu qui suit un faisceau de lumière (en pixels) à partir d’un point de consigne et simule sa réaction lorsqu’il rencontre los objetos.

Tómate un momento y mira la pared de la habitación en la que te encuentras. ¿Hay una fuente de luz en la pared o la luz se refleja en la pared desde otra fuente? Los gráficos de trazado de rayos comenzarían en su ojo y seguirían su línea de visión hacia la pared, luego seguirían el camino de la luz desde la pared hasta la fuente de luz.

El diagrama de arriba ilustra cómo funciona esto. El motivo de los «ojos» simulados (la cámara en este diagrama) es reducir la carga en la GPU.

¿Por qué? Bueno, el trazado de rayos no es nada nuevo. De hecho, ha existido por un tiempo. Pixar utiliza técnicas de trazado de rayos para crear muchas de sus películas, pero los gráficos de alta fidelidad fotograma a fotograma en las resoluciones que alcanza Pixar lleva tiempo.

Un montón de tiempo. Algunas imágenes de Monsters University tomaron 29 horas cada una. Toy Story 3 tomó un promedio de 7 horas por fotograma, y ​​algunos fotogramas tomaron 39 horas según una historia de 2010 de Wired.

Debido a que la película ilustra el reflejo de la luz en cada superficie para crear el estilo gráfico que todos han llegado a conocer y amar, la carga de trabajo es casi inimaginable. Al limitar las técnicas de trazado de rayos a lo que el ojo puede ver, los juegos pueden usar esta técnica sin que su GPU se derrita (literalmente).

Eche un vistazo a la imagen de abajo.

No es una fotografía, a pesar de su apariencia real. Es una imagen con trazado de rayos. Intente imaginar el poder que se necesita para crear una imagen que se vea así. Un rayo se puede rastrear y procesar sin demasiados problemas, pero ¿qué pasa cuando ese rayo rebota en un objeto?

Un solo rayo puede convertirse en 10 rayos, y esos 10 pueden convertirse en 100, y así sucesivamente. El aumento es exponencial. Después de un punto, los rebotes y los reflejos más allá del Terciario y el Cuaternario muestran rendimientos decrecientes. En otras palabras, requieren mucha más potencia para calcular y mostrar de lo que valen. Para renderizar una imagen, se debe trazar un límite en alguna parte.

Ejemplo de trazado de rayos

Ahora imagina hacer esto de 30 a 60 veces por segundo. Esta es la cantidad de energía necesaria para utilizar técnicas de trazado de rayos en los juegos. Ciertamente es impresionante, ¿no?

La posibilidad de llegar a tarjetas gráficas capaces de realizar el trazado de rayos aumentará con el tiempo y, finalmente, esta técnica estará tan disponible como los gráficos 3D. Sin embargo, por ahora, el trazado de rayos todavía se considera la vanguardia de los gráficos por computadora. Entonces, ¿cómo entra en juego la marcación de caminos?

¿Qué es el trazado de ruta?

El trazado de ruta es un tipo de trazado de rayos. Cae bajo ese paraguas, pero donde el trazado de rayos se teorizó originalmente en 1968, el trazado de caminos solo entró en escena en 1986 (y los resultados no fueron tan dramáticos como los de ‘hoy’).

¿Recuerda el aumento exponencial de los radios mencionado anteriormente? El rastreo de rutas proporciona una solución a esto. Cuando se usa la ruta de la ruta para renderizar, los rayos producen solo un rayo por rebote. Los radios no siguen una línea fija por rebote, sino que disparan en una dirección aleatoria.

Luego, el algoritmo de trazado de ruta toma una muestra aleatoria de todos los rayos para crear la imagen final. El resultado es una muestra de diferentes tipos de iluminación, pero sobre todo iluminación global.

Una cosa interesante sobre el diseño de la ruta es que el efecto se puede emular mediante el uso de sombreadores. Recientemente apareció un sombreador de parche para un emulador de Nintendo Switch que permitía a los jugadores emular la Iluminación global trazada en títulos como The Legend of Zelda: Breath of the Wild y Super Mario Odyssey. Si bien los efectos son hermosos, no son tan completos como el trazado de la ruta real.

El trazado de ruta es solo una forma de trazado de rayos. Aunque ha sido aclamado como la mejor forma de renderizar imágenes, el trazado de rutas tiene sus propios defectos.

Pero al final del día, el trazado y el trazado de rayos crean imágenes absolutamente impresionantes. Ahora que el hardware de la máquina de consumo ha llegado a un punto en el que el trazado de rayos en tiempo real es posible en los videojuegos, la industria está preparada para lograr un avance casi tan impresionante como el paso de los gráficos 2D a 3D.

Sin embargo, pasará algún tiempo, al menos varios años, antes de que el hardware necesario se considere «asequible». A partir de ahora, incluso las tarjetas gráficas necesarias cuestan más de $ 1,000.

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