Ray tracing é uma forma avançada de computação gráfica que simula a forma como a luz funciona na vida real. Ele pode criar gráficos de computador que parecem verdadeiramente fotorrealistas.

No passado, o ray tracing era limitado a projetos massivos de computação gráfica, como filmes de Hollywood CG . Agora é encontrado em jogos para PC^{(PC gaming)} e, em breve, nos consoles de jogos da próxima geração.

Para entender por que isso deixou tantas pessoas empolgadas, precisamos comparar os gráficos ray-traced com o método de renderização de gráficos convencional que tem sido usado até agora: rasterização.

Rasterização x Ray Tracing^{(Rasterization vs Ray Tracing)}

A computação gráfica moderna em tempo real é incrível! É difícil imaginar que tenha algo a ver com os gráficos 3D básicos de vinte ou trinta anos atrás. A verdade é que um console como o Playstation 1 e o atual Playstation 4 usam o mesmo método básico de renderizar gráficos 3D e depois colocá-los na tela 2D.

Isso é conhecido como rasterização^{(rasterization)} . Um “raster” é uma imagem mostrada como uma grade de pixels, que é exatamente o que sua tela exibe. Rasterização^{(Rasterization)} é o processo de converter uma cena 3D em uma imagem 2D em uma tela. 

Isso precisa ser feito, porque a cena 3D é, bem, 3D. Tem profundidade, de modo que os objetos virtuais podem passar uns pelos outros e serem vistos de qualquer ponto de vista. No processo de rasterização, o computador precisa descobrir como seria essa cena se sua tela fosse basicamente uma janela para esse mundo 3D.

Na vida real, uma cena tem textura e iluminação^{(texture and lighting)} , assim como forma, profundidade e tamanho^{(depth and size)} . Como a simulação de luz tradicionalmente consome mais energia do computador^{(computer power)} do que qualquer computador doméstico^{(home computer)} é capaz, os programadores criaram truques e atalhos para criar algo que se pareça com luz, cor e textura^{(color and texture)} reais usando esse processo de rasterização.

O traçado de raios^{(Ray tracing)} é, de certa forma, muito mais simples. Em vez de tentar usar uma longa lista de truques para criar a ilusão de luz real, ele simula a luz real. Agora, quando o computador precisa descobrir como seria a cena vista pela “janela” da tela, ele apenas executa a simulação de traçado de raios e tudo funciona.

No mundo real, os raios de luz que entram em seu olho refletem tudo o que você está olhando antes de atingir suas retinas. O Ray^(Ray) Tracing alcança o mesmo resultado de forma mais eficiente. Ele faz isso disparando “raios” de luz simulados da “câmera” e deixando-a saltar pela cena virtual, captando informações de cor e brilho^{(color and brightness information)} no caminho. Sua tela representa o olho virtual, então você vê um mundo virtual verdadeiramente realista.

Ao usar o ray tracing , uma única técnica cria objetos, reflexos, sombras e outros elementos de uma cena que parecem reais. Esse realismo acontece naturalmente como resultado da simulação, sem necessidade de truques ou atalhos!

Onde experimentar o Ray Tracing^{(Where To Experience Ray Tracing)}

Se você quiser ver o ray tracing em ação, tudo o que você precisa fazer é assistir a qualquer filme moderno que use gráficos gerados por computador. Se você assistir a um filme de computação gráfica^{(CG film)} como Toy Story 4 , tudo o que está vendo é produto de ray tracing . 

Se você quiser explorar um mundo interativo de rastreamento de raios, atualmente há apenas um jogo na cidade. A série RTX de GPUs Nvidia^{(RTX series of Nvidia GPUs)} , juntamente com videogames e aplicativos que suportam essa tecnologia. Você pode executar alguns aplicativos de rastreamento de raio com hardware não RTX^{(RTX hardware)} , mas não obterá um bom desempenho. Não deixe de conferir nosso artigo sobre os melhores jogos que exibem hardware RTX^{(RTX hardware)} .

O problema é que o hardware RTX^{(RTX hardware)} ainda é bastante caro. No entanto, a próxima geração de consoles de videogame tem uma forma de suporte ao rastreamento de raios. O que significa que o mundo dos jogos convencionais pode ajudar a transformar o rastreamento de raios na próxima grande tecnologia de jogos. Ainda assim, se o rastreamento de raios é tão difícil de fazer em tempo real, como essas novas GPUs^{(GPUs manage)} o gerenciam?

Como o rastreamento de raios em tempo real é alcançado?^{(How Is Real Time Ray Tracing Achieved?)}

Qualquer computador pode renderizar uma cena 3D usando ray tracing. As pessoas que trabalham com pacotes de renderização 3D fazem isso há anos. Qualquer CPU moderna pode realizar os cálculos reais necessários para traçar o caminho da luz ao redor da cena.

No entanto, CPUs e GPUs^{(CPUs and GPUs)} modernas não conseguem processar esses números com rapidez suficiente para gerar uma imagem em tempo real. Por exemplo, as enormes fazendas de computadores usadas para fazer filmes como Monsters Inc ou Toy Story^{(Inc or Toy Story)} levam horas para renderizar um único quadro do produto final. 

Os videogames modernos, por outro lado, precisam gerar pelo menos trinta quadros de imagens a cada segundo para serem considerados jogáveis, com o padrão-ouro atualmente definido em torno da marca de 60 quadros por segundo.

Então, como GPUs como a série Nvidia RTX^{(Nvidia RTX series)} conseguem usar o método de rastreamento de raios em taxas de quadros reproduzíveis? A resposta é que eles não usam ray^{(t use ray)} tracing para tudo. Pelo menos não em títulos modernos.

O truque é combinar gráficos tradicionais com rastreamento de raios seletivo. As placas RTX possuem hardware de rastreamento de raios dedicado que fica ao longo de uma GPU mais tradicional . Dessa forma, o ray-tracing pode ser usado para compensar algumas das deficiências do hardware gráfico tradicional.

Existem videogames ^{(video game)}que^(are) você pode jogar com uma placa RTX^{(RTX card)} totalmente ray-traced. O melhor exemplo é o Quake II RTX . Este é um videogame^{(video game)} de décadas que é simples o suficiente para que o rastreamento de raios em tempo real seja possível. No entanto, quando se trata de aplicar ray-tracing puro aos videogames^{(video game)} atuais , ainda levará anos até que esse hardware se torne popular.

Ray Tracing é o futuro?^{(Is Ray Tracing the Future?)}

A resposta curta é sim, o ray tracing é o futuro. A resposta mais longa é que, à medida que o hardware que possibilita o rastreamento de raios^{(ray tracing)} em tempo real se torna mais barato, provavelmente o veremos substituir a renderização tradicional pouco a pouco. Se os gráficos ray-traced se tornarem uma parte normal da nova geração de consoles, não haverá como voltar atrás.

Os desenvolvedores podem incluir recursos de rastreamento de raio com segurança em seus títulos, porque todas as plataformas populares o suportarão. Como os gráficos de rastreamento de raio são superiores, as estrelas realmente estão se alinhando para a chegada do rastreamento de raio em hardware acessível. O que significa que o verdadeiro fotorrealismo pode finalmente estar aqui. 

O outro grande sinal de que o ray-tracing se tornará um método de renderização^{(rendering method)} convencional é como agora está sendo incluído nas ferramentas comuns que os desenvolvedores usam para criar videogames e outros aplicativos 3D. Em outras palavras, não é mais necessário que os desenvolvedores inventem suas próprias soluções de rastreamento de raios.

Mecanismos gráficos populares, como Unreal Engine 4 ou Frostbite , agora incluem suporte para rastreamento de raio acelerado por hardware RTX . Tornando muito mais provável que os desenvolvedores o incluam como uma opção para seus títulos.

Você deve comprar o Ray Tracing agora?^{(Should You Buy Into Ray Tracing Now?)}

No momento da redação deste artigo, ainda estamos na primeira geração de hardware de rastreamento de raios. Embora os preços tenham caído, o desempenho ainda é bastante medíocre. Se você é um hardcore, early adopter, há muito o que gostar no ray-tracing no PC.

Se você não está disposto a gastar centenas ou milhares de dólares como um dos primeiros a adotar, é melhor investir na próxima geração de consoles convencionais que prometem apresentar a tecnologia ou esperar pelo sucessor das placas da série RTX 20.

OTT Explains: What Is Ray Tracing?

Ray tracіng is an advanced form of computer graphics that simulаtes the wаy light works in real life. It сan create computer graphics that look truly photorealistic.

In the past, ray tracing was limited to massive computer graphics projects, such as Hollywood CG films. Now it’s found in PC gaming and soon, next generation gaming consoles.

To understand why this has so many people excited, we need to compare ray-traced graphics to the mainstream graphics rendering method that’s been used until now: rasterization.

Rasterization vs Ray Tracing

Modern real-time computer graphics look amazing! It’s hard to imagine that it has anything to do with the basic 3D graphics from twenty or thirty years ago. The truth is that a console like the Playstation 1 and the current Playstation 4 use the same basic method of rendering 3D graphics and then putting it on your 2D screen.

This is known as rasterization. A “raster” is an image shown as a grid of pixels, which is exactly what your screen displays. Rasterization is the process of converting a 3D scene into a 2D image on a screen. 

This needs to be done, because the 3D scene is, well, 3D. It has depth, so the virtual objects can move past each other and be looked at from any point of view. In the process of rasterization, the computer has to figure out what that scene would look like if your screen was basically a window into that 3D world.

In real life, a scene has texture and lighting, as well as shape, depth and size. Since simulating light has traditionally taken more computer power than any home computer is capable of, programmers have created tricks and shortcuts to create something that looks close to real light, color and texture using this process of rasterization.

Ray tracing is, in one way, much simpler. Instead of trying to use a long list of tricks to create the illusion of real ight, it simulates real light instead. Now when the computer has to figure out what the scene would look like seen through the “window” of your screen, it just runs the ray tracing simulation and it all works out.

In the real world, the rays of light entering your eye have bounced off everything else you are looking at before reaching your retinas. Ray tracing achieves the same result in a more efficient way. It does this by shooting simulated “rays” of light from the “camera” and letting it bounce around the virtual scene, picking up color and brightness information on the way. Your screen represents the virtual eye, so you see a truly realistic virtual world.

By using ray tracing, a single technique creates objects, reflections, shadows and other elements of a scene that look real. That realism happens naturally as a result of the simulation, no tricks or shortcuts needed!

Where To Experience Ray Tracing

If you want to see ray tracing in action, all you have to do is watch any modern movie that uses computer-generated graphics. If you watch a CG film such as Toy Story 4, everything you’re seeing is a product of ray tracing. 

If you want to explore an interactive ray-traced world, there’s currently only one game in town. The RTX series of Nvidia GPUs, along with video games and apps that support this technology. You can run some ray-tracing applications with non-RTX hardware, but you won’t get good performance. Be sure to check out our article on the best games that show off RTX hardware.

The problem is that RTX hardware is still quite expensive. However, the upcoming generation of video game consoles have a form of ray-tracing support. Which means that the mainstream gaming world may help turn ray-tracing into the next major gaming technology. Still, if ray-tracing is so difficult to do in real time, how do these new GPUs manage it?

How Is Real Time Ray Tracing Achieved?

Any computer can render a 3D scene using ray tracing. People who work with 3D rendering packages have been doing it for years. Any modern CPU can perform the actual calculations needed to trace the path of light around the scene.

However, modern CPUs and GPUs can’t crunch those numbers quickly enough to generate an image in real time. For example, the massive computer farms used to make films such as Monsters Inc or Toy Story take hours to render a single frame of the final product. 

Modern video games, by contrast, need to generate at least thirty frames of images every second to be considered playable, with the gold standard currently set around the 60 frames per second mark.

So how can GPUs such as the Nvidia RTX series manage to use the ray-tracing method at playable frame rates? The answer is that they don’t use ray tracing for everything. At least not in modern titles.

The trick is to combine traditional graphics with selective ray-tracing. The RTX cards have dedicated ray-tracing hardware that sits along a more traditional GPU. In this way, ray-tracing can be used to compensate for some of the shortcomings of traditional graphics hardware.

There are video games you can play with an RTX card that are fully ray-traced. The best example is Quake II RTX. This is a decades-old video game that is simple enough that full real-time ray-tracing is possible. When it comes to applying pure ray-tracing to current video games however, it will still be years before such hardware becomes mainstream.

Is Ray Tracing the Future?

The short answer is yes, ray tracing is the future. The longer answer is that as hardware that makes real-time ray tracing possible becomes cheaper, we’ll probably see it replace traditional rendering bit by bit. If ray-traced graphics become a normal part of the new console generation, there will be no going back.

Developers can safely include ray-tracing features in their titles, because all popular platforms will support it. Since ray-traced graphics are superior, the stars really are aligning for the arrival of ray-tracing on affordable hardware. Which means that true photorealism may finally be here. 

The other major sign that ray-tracing will become a mainstream rendering method is how it’s now being included in the common tools that developers use to make video games and other 3D applications. In other words, it’s no longer necessary for developers to invent their own ray-tracing solutions.

Popular graphics engines such as Unreal Engine 4 or Frostbite now include support for RTX hardware-accelerated ray-tracing. Making it much more likely that developers will include it as an option for their titles.

Should You Buy Into Ray Tracing Now?

At the time of writing, we are still at the first-generation of ray-tracing hardware. While prices have come down, performance is still pretty mediocre. If you’re a hardcore, early adopter then there’s plenty to like about ray-tracing on PC.

If you aren’t willing to spend hundreds or thousands of dollars as an early adopter, it’s better to invest in the next generation of mainstream consoles which promise to feature the technology, or wait for the successor to the RTX 20-series cards.

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