El trazado de rayos y el trazado de trayectorias son dos de las técnicas de iluminación dinámica más emocionantes y exigentes disponibles para los jugadores y desarrolladores de juegos en 2024. Ambas representan un gran salto en el realismo con respecto a las técnicas de iluminación «horneadas» más tradicionales e incluso pueden hacer que los juegos más antiguos se vean mucho más realistas de lo que sus texturas y geometrías en bloques tienen derecho a ser.
Pero si tanto el trazado de rayos como el trazado de trayectorias generan una iluminación más realista en los juegos, ¿cuál es mejor? ¿Y cuál es la diferencia entre ellos? Aquí se muestra una comparación entre el trazado de rayos y el trazado de trayectorias, y por qué es posible que veas uno más que el otro en tus juegos favoritos en los próximos años.
¿Qué es el trazado de rayos?
El trazado de rayos es un método realista de modelado de la iluminación en una escena. Originalmente concebido a fines de la década de 1960, recién se lo incorporó a los juegos en tiempo real debido a lo exigente que es su cálculo.
El trazado de rayos funciona proyectando un rayo en una escena a través del punto de vista del jugador. Cada vez que el rayo interactúa con un objeto, se calcula el efecto de ese objeto en el rayo, incluido su color, transparencia y orientación. Ese rayo continúa siendo rastreado a medida que rebota en una escena hasta que se cruza con una fuente de luz. Ese cálculo se realiza para cada píxel de una escena, lo que lo convierte en una técnica de iluminación increíblemente realista, pero también increíblemente exigente.
El trazado de rayos se ha utilizado en CGI de películas durante años, y a menudo se necesitan horas o incluso días para renderizar fotogramas individuales. Sin embargo, a medida que la potencia informática ha mejorado y tras el lanzamiento de las tarjetas gráficas RTX de Nvidia y las GPU RDNA de AMD, los aceleradores de trazado de rayos han hecho posible el trazado de rayos en tiempo real en los juegos. Aunque estaba restringido a sombras y reflejos en los primeros lanzamientos, desde entonces se ha extendido a la iluminación global en algunos juegos.
¿Qué es el trazado de ruta?
El trazado de trayectorias es un método más moderno para modelar la iluminación dinámica en tiempo real en una escena. Desarrollado a mediados de los años 80, adopta un enfoque diferente al enviar cientos o incluso miles de rayos a la vez desde una fuente de luz y luego rastrearlos a medida que rebotan aleatoriamente en una escena. Esto es mucho más complicado a primera vista, pero el resultado final es una renderización más sencilla, ya que en lugar de rastrear cada rayo desde el píxel hasta la fuente, solo rastrea una muestra de esos rayos en función de la ruta más probable que tomaría la luz.
Es una combinación de trazado de rayos y Simulación de Monte Carlo que permite que el juego o la aplicación utilicen una cantidad manejable de rutas para rastrear una fuente de luz. Esto permite efectos de iluminación similares al trazado de rayos con menos sobrecarga, pero podría decirse que, igual de importante, permite una granularidad mucho mayor en función de las capacidades del sistema y la configuración elegida. Un mayor tamaño de muestra significa una mayor demanda en la GPU al renderizar la escena, pero también un mayor detalle. Las muestras más pequeñas hacen que el trazado de rutas sea más manejable, a expensas de la calidad visual.
Sin embargo, los resultados finales del rastreo de trayectorias no son perfectos. Se combinan con algoritmos de eliminación de ruido para limpiar la imagen resultante y los resultados son impresionantes.
Hay ciertas escenas y ciertos objetos, como el reflejo y Objetos refractivos (un vaso de agua, por ejemplo) para los que se necesita ajustar el algoritmo de trazado de trayectorias para evitar una pérdida indebida de información en muestras más pequeñas. Es posible que con esos objetos, el algoritmo simplemente realice un trazado de rayos por fuerza bruta para garantizar la precisión.
Sin embargo, el resultado final en cada caso es una escena renderizada que se ve tan realistamente iluminada como una realizada con trazado de rayos, si no más, pero con el potencial de una sobrecarga mucho menor, especialmente en configuraciones de mayor detalle. El trazado de trayectorias también se considera más efectivo para escenas bien iluminadas, ya que tiene más datos en los que basarse, mientras que el trazado de rayos puede ser más efectivo para renderizar escenas con muchas sombras, ya que conoce el camino real que tomarían los rayos de luz.
¿El trazado de trayectoria se ve mejor que el trazado de rayos?
El trazado de rayos es una técnica precisa para modelar la iluminación en tiempo real, ya que sigue la trayectoria natural de propagación de la luz en una escena. Sin embargo, la gran cantidad de cálculos que se deben realizar para utilizar el trazado de rayos de manera efectiva es increíble. Incluso el hardware moderno, con toda su aceleración de hardware, puede tener problemas en juegos con un gran uso del trazado de rayos. Es por eso que muchos de los juegos que admiten el «trazado de rayos» en realidad solo lo utilizan para una parte de la escena: sombras o reflejos, por lo general.
Por otro lado, el trazado de trayectorias puede producir imágenes igualmente potentes o incluso más atractivas, sin exigir tanto al hardware de renderizado. Es el modelo utilizado en algunos de los juegos con «ray tracing» más impresionantes hasta el momento, como Quake II RTX, Portal RTXy la actualización del modo Overdrive para Ciberpunk 2077También se está modificando en juegos más antiguos, como Vida media 2con gran efecto.
El trazado de trayectorias ofrece una forma de iluminación dinámica más atractiva y menos intensa y, en general, podría decirse que es la mejor solución. Sin embargo, el trazado de rayos todavía tiene su lugar donde los tamaños de muestra de trazado de trayectorias limitados generarían problemas con la precisión visual. También hay muchos ejemplos modernos de juegos tradicionalmente rasterizados donde la iluminación con trazado de rayos o trazado de trayectorias agrega muy poco a la experiencia, al tiempo que reduce por completo las velocidades de cuadros, como El legado de Hogwarts.
Es probable que hasta que las tarjetas gráficas sean lo suficientemente potentes como para que el trazado de rayos o el trazado de trayectorias se representen tan fácilmente como la rasterización, veamos una combinación de efectos de iluminación en juegos futuros, ya que cada técnica tiene su lugar.
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