Qu'est-ce que le ray tracing et est-ce vraiment l'avenir du gaming ?

(Crédit image : Nvidia)

Si vous avez été dans et autour de l'industrie du jeu au cours des deux dernières années, vous aurez entendu parler du lancer de rayons. Il y a eu beaucoup de discussions sur la façon dont le lancer de rayons représente l'avenir du jeu, et le futur matériel devra sûrement incorporer des ressources dédiées pour le gérer. Mais qu'est-ce que le lancer de rayons, et l'énorme bulle de battage publicitaire qui s'étend lentement autour de lui est-elle justifiée ?

Une indication dans l'affirmative est l'annonce par Mark Cerny dans un Fonction filaire que la prochaine console de Sony prendra en charge le lancer de rayons via son GPU AMD Navi personnalisé. Il a même introduit une ride intéressante - la console pourra tirer parti du lancer de rayons non seulement pour les effets visuels, mais également pour simuler l'audio positionnel.

Un monde d'ombre et de lumière

Comme toute nouvelle technologie orientée consommateur, le lancer de rayons est partiellement obscurci par tous les mots à la mode marketing émanant de personnes ayant un intérêt direct à le vendre. La vérité est que le lancer de rayons n'est pas du tout nouveau, c'est une technique que les studios de cinéma utilisent depuis des années dans les effets spéciaux et l'animation pour éclairer les scènes et permettre des réflexions appropriées des objets numériques. Vous souvenez-vous avoir vu ces navires de guerre extraterrestres exploser entourés de fumée et de feu se refléter dans le casque d'Iron Man dans The Avengers ? C'est le lancer de rayons au travail. Ce qui est nouveau, c'est la promesse de faire ce genre de rendu en temps réel. Il permet aux jeux vidéo de réaliser à la volée ce qu'il faut des jours, voire des semaines, aux fermes de rendu hollywoodiennes, en s'appuyant sur un matériel extrêmement coûteux pour calculer le lancer de rayons pour des scènes complexes avec des millions de faisceaux de photons individuels.

Le lancer de rayons fonctionne en simulant les rayons de lumière et la manière dont ils interagissent avec les objets et les surfaces. Il modélise la façon dont l'éclairage affecte la couleur ou l'occlusion par rayon. Auparavant, l'éclairage était géré pendant la rastérisation, le processus de traduction des modèles polygonaux 3D en une image 2D construite à partir de pixels. Les effets d'éclairage étaient en grande partie 'truqués', avec un moteur déterminant comment les sources de lumière dans une scène affecteraient théoriquement les surfaces en fonction du placement et de l'ombrage/coloration des pixels de cette surface en conséquence. Il est efficace sur le plan informatique, il ne nécessite donc pas le type de matériel dédié ridiculement puissant que le lancer de rayons a traditionnellement, mais il comporte un certain nombre de limitations.

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Avec le lancer de rayons, les développeurs peuvent simuler le fonctionnement de la lumière dans le monde réel, ce qui est impossible dans les solutions raster. Cela signifie que les scènes apparaissent plus naturellement éclairées et réalistes, et cela signifie également que les sources lumineuses ou les objets réfléchissants qui ne sont pas dans le cadre peuvent toujours être reflétés avec précision dans la scène visible. L'explosion d'une grenade hors écran peut toujours être vue reflétée dans la coque en métal brillant d'un char Abrams roulant vers votre personnage, par exemple, et les ombres projetées par d'autres soldats actuellement hors cadre peuvent être rendues plus précisément.

Le lancer de rayons fonctionne en suivant un faisceau de lumière d'un pixel à l'écran vers la scène 3D et en suivant où ou s'il interagit avec des objets avant d'atteindre la source de lumière. S'il frappe un objet, ou s'il est réfléchi entre plusieurs objets, ou même réfracté en passant à travers du verre ou de l'eau, ces données sont représentées dans le pixel en termes de lumière et de couleur.

Il est également possible d'utiliser le lancer de rayons dans la conception sonore, comme le suggère Mark Cerny, en particulier si vous recherchez une solution plus rapide et plus propre que les méthodes plus traditionnelles. Si vous traitez les ondes sonores comme des rayons beaucoup plus petits, vous pouvez les modéliser de la même manière que la lumière des modèles de traçage de rayons, en les attirant de la source à l'utilisateur final et en jugeant où ils interagissent avec les objets de l'environnement. La difficulté est que les ondes sonores sont généralement beaucoup plus grandes que les ondes lumineuses, atteignant jusqu'à dix mètres ou plus, tandis que la longueur d'onde de la lumière est mesurée en nanomètres, donc les modéliser comme des rayons entraînera inévitablement des inexactitudes. C'est certainement possible, cependant, et serait plus efficace en termes de calcul que la plupart des solutions alternatives.

Le récit du matériel

Traçage de rayons dans Metro Exodus ; activé dans l'image de droite, il est plus évident dans les reflets sur la neige et l'eau

Il est probable que vous ayez entendu parler du lancer de rayons pour la première fois (bien que vous l'ayez vu à l'écran dans des films pendant des années) lorsque Nvidia a commencé à vanter les capacités de lancer de rayons de sa série de cartes RTX 20. Nvidia a fait énormément de bruit sur la façon dont ses cœurs RT permettraient à la prochaine génération de GPU d'apporter pour la première fois un incroyable lancer de rayons en temps réel aux jeux vidéo. C'était en grande partie un stratagème pour justifier les prix extrêmement élevés des nouvelles cartes, mais ce n'était pas tout un battage marketing - cela représentait une réalisation technique incroyable assez incroyable, permettant aux modernes PC de jeu faire en temps réel ce qui a pris à ces studios hollywoodiens plusieurs ordres de grandeur de plus.

La réception de ces cartes de la série 20 a été mitigée et les ventes ont été tièdes, mais peut-être plus important encore, la domination de Nvidia sur le récit du « lancer de rayons dans les jeux » a commencé à glisser. Il y a eu un certain nombre de pierres d'achoppement, dont la première et la plus importante est le peu de jeux qui prennent actuellement en charge le lancer de rayons et comment, même dans les titres qui le font, cela n'a pas d'impact flagrant et immédiatement perceptible sur les graphismes et la présentation. Cela n'est pas une énorme surprise, bien sûr - la plupart des nouvelles technologies graphiques, comme la récente renaissance du HDR, prennent un certain temps pour être correctement déployées et mises en œuvre, mais il semble que Nvidia était un peu trop en avance sur le courbe et il a commencé à perdre sa prééminence en matière de lancer de rayons entre-temps.

Il y a d'abord eu la nouvelle que les cartes RTX n'étaient pas nécessaires pour le lancer de rayons, comme l'a démontré un Démo CryEngine . Ensuite, Nvidia elle-même a annoncé qu'elle étoffait la gamme GTX avec la technologie Turing mais sans matériel de traçage de rayons dédié, et enfin qu'elle apportait prise en charge du lancer de rayons sur les cartes GTX via une mise à jour du pilote. Et maintenant, des rumeurs circulent largement selon lesquelles AMD commencera bientôt à déployer ses propres cartes avec prise en charge dédiée du lancer de rayons qui pourraient égaler ou dépasser la gamme RTX en termes de performances. AMD travaillant apparemment avec Sony et Microsoft sur la prochaine génération de consoles (fournissant probablement des versions discrètes et personnalisées de leur architecture Navi), le fait que les puces AMD embarqueront bientôt du matériel dédié pour prendre en charge le lancer de rayons signifie que la prochaine génération de consoles sera probablement également sauter dans le train RT.

Éclairer la voie à suivre

Traçage de rayons dans le moteur Northlight de Remedy

Tout cela n'est pas une bonne nouvelle pour Nvidia, du moins à court terme, mais une bonne nouvelle pour les amateurs de lancer de rayons. Une prise en charge matérielle plus large signifie que faire le travail pour intégrer la technologie de traçage de rayons dans les jeux semblera beaucoup plus attrayant pour les développeurs, car il y aura un public capable d'apprécier les résultats. Et même pour Nvidia, à mesure que le lancer de rayons devient plus omniprésent, les ventes de son matériel RTX le seront également, surtout si la société est en mesure de comprimer les prix pour accélérer les ventes grand public.

C'est aussi une bonne nouvelle pour les joueurs en général. Le lancer de rayons ne fait peut-être pas d'énormes vagues dans la pratique maintenant, en grande partie parce que le support actuel semble un peu précipité ou cloué, mais comme nous voyons des jeux construits à partir du saut avec le support du lancer de rayons à l'esprit, les produits finaux commenceront à regarder beaucoup plus impressionnant. Dans d'innombrables démos, d'abord de Nvidia et maintenant de CryEngine et Unity (le moteur de jeux qui a récemment intégré des outils de traçage de rayons), nous avons vu le potentiel du traçage de rayons et, correctement mis en œuvre, c'est aussi étonnant que le marketing voudrait vous le faire croire.

La conclusion est que le lancer de rayons est plus HDR que 3D. Ce n'est pas une technologie fantaisiste et flash-in-the-pan qui ne parviendra pas à prendre pied et à sortir de la conversation en moins d'un an. C'est vraiment une partie importante de l'avenir des jeux, de s'assurer que la prochaine génération de jeux ressemble plus à la réalité que jamais auparavant, et être capable de le livrer en temps réel est vraiment une innovation étonnante. C'est inévitable, et la question principale autour du lancer de rayons est moins 'si' que 'quand'.