De Ray tracing a Path Tracing: El futuro de la iluminación en los videojuegos

Con el paso de los años las tecnologías relacionadas con los videojuegos continúan avanzando, siendo uno de los grandes saltos de los últimos años, la implementación, ya de forma masiva, del ray-tracing, tecnología que permite mejorar las iluminaciones, sombras y reflejos de los videojuegos.

El ray tracing comenzó su aplicación en los videojuegos en 2018 en el caso de PC, con la llegada de la serie RTX de Nvidia, que soportaba la tecnología. Esta tecnología más recientemente aterrizó en las consolas de la mano de la nueva generación, pasando a ser aplicada de forma mucho más transversal en los videojuegos.

Ha pasado el tiempo, y la tecnología ha continuado evolucionando, es así como si hace unos años hablábamos de ray-tracing como la novedad, ahora el futuro viene de la mano del path tracing, una evolución de esta tecnología.

Alex Ziebert, Gerente de Marketing Técnico de Nvidia, en conversación con Mouse, nos explica que “en los juegos que ya utilizan ray-tracing, tienen uno, dos o tres, efectos basados en ray-tracing, sombras, reflejos, iluminación global, pero la base es un rasterizado (tecnología de iluminación normal utilizada en los videojuegos), mientras que con path tracing, todo lo que ves está basado en el trazado de rayos, porque camino (path) es una colección de rayos, y ahí eso nos permite, un salto más en el realismo gráfico”.

Actualmente existen dos juegos que utilizan path tracing, los cuales son Minecraft RTX, y Quake 2 RTX, pero son casos muy específicos. “Se ha desarrollado un sistema de path tracing que es muy propio para los engine de estos dos juegos. Pero el concepto en general, ya se sabe que es posible ocupar path-tracing en tiempo real en juegos, y hay todo un movimiento dentro de Nvidia, y Nvidia Research, en buscar soluciones para usar path tracing en más aplicaciones y juegos”, nos menciona Alex.

Es así, como aunque la tecnología existe actualmente, el desarrollo para la optimización de esta, y el poder implementar su uso masivo en los videojuegos, es un camino que aún hay que recorrer.

En los juegos de PC, algunos títulos ya ocupan las sombras, reflejos e iluminación global basada en ray-tracing, juegos como Cyberpunk 2077 y Control, sacan el máximo provecho de esta tecnología, por lo que según nos mencionan desde Nvidia, el salto desde este punto al path tracing no es demasiado alto en términos de performance, con varios beneficios en términos de calidad de imagen.

Pero qué es lo que falta para poder llegar a la implementación de esta tecnología…

“Sí, demandará más (performance) hacerlo todo por path tracing, pero el juego ya está preparado para esto. Ya utiliza materiales, ya está hecho para iluminación global, y cosas por el estilo, sólo hay que adecuar la técnica para el engine, y creo que es ahí dónde está el punto más importante”, nos mencionan, agregando que “es más una cuestión de adecuar el formato de los datos de los juegos tradicionales modernos, a trabajar bien con los sistemas de trazado de rayos”.

“Es mucho más fácil porque la mayor parte del trabajo ya está hecha, tanto de parte de que ya existe DXR, una API para hacer uso de la aceleración de hardware para ray tracing, y es común al resto de juegos. Es decir los juegos ocupan DirectX 12, y DXR es una extensión de DirectX 12 y ya está todo dentro de un mismo ambiente de desarrollo, las estructuras de datos ya existen, por lo que herramientas existen, es más una cuestión de ajustar, hacer un render, capaz de ejecutar path tracing bien, utilizando todas las complejidades, todas las herramientas con un buen rendimiento, y es justamente aquí donde estamos”, explica.

A pesar de esto, el camino del path tracing aún tiene elementos que solucionar, uno de esto es el tema de las refracciones, el cual involucra una cantidad de rayos al interior de los objetos hasta que estos encuentran una salida. “En muchos casos (los desarrolladores) evitan objetos que tengan refracciones, porque son el terror de cualquier path tracer”, nos menciona Alexandre, enfatizando que se deben buscar soluciones a esto, dado que es una realidad que existen objetos que dependen de refracciones internas.

Con esta tecnología, se apunta a una fidelidad gráfica en el cual la iluminación alcance el máximo nivel de realismo, y aunque uno podría pensar que se requeriría un hardware más potente, actualmente toda la tecnología ya existen, y lo que se busca es optimizar su uso con el fin de que pueda ser implementado por los desarrolladores.

“El hardware ya lo tenemos, desde la primera generación de RTX, tenemos RT Cores, tenemos DLSS que es muy importante y las API ya existen, tenemos DRX, Vulkan también tiene su parte de ray-tracing, entonces no es tanto una cuestión de hardware, aunque por supuesto necesitamos hardware más potente, pero es más una cuestión de hacer uso estos recursos que ya existen, y tornar viable, y crear un buen algoritmo, hacer la implementación lo suficientemente sencilla para que los desarrolladores la adopten”.

Qué es lo que viene después….

Con la implementación del path tracing se apunta al máximo realismo que se podría alcanzar, por lo que surge la duda de si seguir creciendo en este ámbito.

Alexandre para esto realiza una comparación con el CGI en películas, mencionando que “Se supone que es el máximo que se puede alcanzar. En películas hay todavía buen CGI, mal CGI, en juegos también pueden hacerlo mal, entonces no es que simplemente aquí está la tecnología y todo funciona. Hay decisiones artísticas que son importantes, entonces depende del talento, la habilidad de los creadores de hacer un buen uso de la tecnología”.

Un ejemplo de esto, nos explica son los juegos de terror, los cuales por lo general cuentan con ambientes bastante oscuros. Estos al utilizar path tracing y en el fondo una iluminación real, si tienen muy pocas fuentes de luz, es que puede llegar a no verse nada. “Son decisiones que tendrán que hacer los desarrolladores al trabajar con estas tecnologías más y más realistas”.

Finalmente, Alexandre nos menciona que “es algo que ya está al alcance, no es un sueño lejano. Faltan unos ajustes para que las herramientas estén disponibles, para entregarlas a los desarrolladores y hagan un buen uso de estas”.