Què és Ray Tracing?
Pel que fa als gràfics per ordinador, Ray Tracing és una tècnica de renderització que simula les característiques físiques d’una llum que aporten il·luminació, ombres i efectes realistes als jocs. Imita com un raig de llum fa rebotar objectes des d’un punt fixat, il·lustrant el reflex de la llum de totes les superfícies. Al seu torn, tot el procés millora la qualitat de la imatge i proporciona als espectadors una experiència més immersiva. La tècnica s’ha utilitzat durant molt de temps en pel·lícules en 3D i, finalment, va trobar el seu camí en jocs d’ordinador d’alt nivell que proporcionaven efectes visuals de qualitat cinematogràfica. Ray Tracing ha canviat el joc en el món dels jocs i és una tècnica de renderització preferida que la rasterització, que té limitacions per representar els veritables colors dels objectes.
Seguiment de raigs a les GPU Nvidia
Com a fabricant líder de targetes gràfiques, Nvidia sempre ha estat audaç en experimentar amb noves formes de millorar la qualitat visual dels seus productes. A partir del setembre del 2018, Nvidia ha llançat targetes gràfiques amb funcions de Ray Tracing. L’arquitectura Turing de Nvidia és el primer disseny de GPU amb maquinari dedicat, o nuclis RT, per al processament de Ray Tracing en temps real.
Què són els nuclis RT?
El traçat de raigs normalment es reserva per a aplicacions no en temps real, ja que el temps de càlcul que es necessita per processar l’operació de traçat de raigs és molt més llarg que altres efectes visuals. Nvidia va fer un gran avanç en integrar el maquinari en els seus dissenys arquitectònics amb l’únic propòsit de calcular el traçat de raigs en temps real. Aquest maquinari afegit, conegut com a RT Cores, s’ha inaugurat a les targetes gràfiques RTX de Nvidia. Aquesta també va ser la primera targeta gràfica per a consumidors del món amb suport per al traçat de raigs a nivell de maquinari
Els nuclis RT calculen els colors dels píxels mentre un raig de llum viatja d’un punt a un altre. El procés es fa més complex quan hi ha moltes fonts de llum. A més, diversos processos involucrats en el traçat de raigs, com ara Ray Casting, Path Tracing, BVH (Bounding Volume Hierarchy) i Denoising Filtering, el converteixen en una tècnica computacionalment intensa. El BVH és la part que més temps requereix dels càlculs de traçat de raigs i els RT-Cores acceleren el recorregut de BVH per al traçat de raigs en temps real. A part dels RT-Cores, hi ha un altre conjunt de maquinari a les GPU Nvidia que tenen un paper important en el seguiment de raigs en temps real. Els nuclis tensors, dissenyats per a l’acceleració de la intel·ligència artificial, també ajuden a la desintoxicació en temps real i a l’acceleració del llançament de raigs.
Targetes gràfiques Nvidia amb suport per al seguiment de raigs
Les targetes Nvidia amb RT Cores són un gran salt per al fabricant de targetes gràfiques de renom mundial. Això no obstant, es basa en el maquinari i les versions anteriors de targetes gràfiques no tenen aquestes funcions. Com que el rastreig de raigs té un gran atractiu per als consumidors, Nvidia també va posar la funció a disposició de les targetes gràfiques més antigues. Com que les arquitectures més antigues no inclouen RT Cores en els seus dissenys, Nvidia va fer possible la representació de traçat de raigs mitjançant controladors preparats per al joc.
Targetes gràfiques Nvidia amb traçat de raigs a nivell de maquinari
La primera generació de RT-Cores va aparèixer a la sèrie RTX 20 de Nvidia. El RTX 2080 va ser el primer de la sèrie RTX 20 que va mostrar l’arquitectura de Turing. Després el van seguir RTX 2080 Ti, RTX 2070 i RTX 2060. Titan RTX també forma part de la formació.
Al setembre de 2020, Nvidia va presentar el successor de Turing, l’Ampere, que presenta la segona generació de nuclis RT. L’ampere compta amb enormes actualitzacions en els índexs RT-Cores i Tensor Cores que augmenten la velocitat RT-Core a 58 RT-TFLOPS, 1,7x superior a la de Turing, proporcionant una representació de traçat de raigs molt més ràpida i millorant la qualitat de la imatge. De la mateixa manera, l'Ampere té més del doble de la velocitat del nucli tensor de Turing amb 238 Tensor-TFLOPS. L’Ampere és el nucli de la segona generació de GPU de RTX; la sèrie RTX 30 inclou els models RTX 3090, RTX 3080, RTX 3070 i RTX 3060 de la categoria Titan.
Targetes gràfiques Nvidia amb seguiment de raigs a nivell de programari
Nvidia va fer un altre avanç en habilitar el traçat de raigs en targetes gràfiques seleccionades sense nuclis RT dedicats. Aquesta és una bona notícia per als jugadors que utilitzen els models més antics que encara no es plantegen actualitzar les targetes gràfiques, però volen experimentar els avantatges visuals de la tècnica de traçat de raigs. Les targetes gràfiques GeForce GTX 1060 de 6 GB i versions superiors ara poden gaudir de les funcions de rastreig de raigs mitjançant DirectX Raytracing (DXR). A continuació es mostra la llista de targetes Nvidia compatibles amb el seguiment de raigs mitjançant DXR:
- GeForce GTX 1660 Ti
- GeForce GTX 1660
- Nvidia Titan Xp (2017)
- Nvidia Titan X (2016)
- GeForce GTX 1080 Ti
- GeForce GTX 1080
- GeForce GTX 1070 Ti
- GeForce GTX 1070
- GeForce GTX 1060 6GB
A causa de la manca de maquinari dedicat per al traçat de raigs, les targetes GTX només poden oferir efectes bàsics de traçat de raigs. Els nuclis de la sombra gestionen els càlculs de traçat de raigs i aquesta càrrega de treball addicional per als nuclis de la sombra afectarà el rendiment de la GPU. Tot i això, amb les funcions de rastreig de raigs, els jugadors poden experimentar una experiència visual més atractiva.
El futur del traçat de raigs a Nvidia
El rendiment de l’Ampere ja és més que satisfactori després de duplicar els índexs de processament de Turing. Tot i això, tot i que encara està fresc del forn, ja hi ha rumors sobre el seu successor, el Lovelace. Podem esperar nous desenvolupaments en càlculs de traçat de raigs en aquesta nova arquitectura de GPU. De la mateixa manera, és previsible que una nova generació de targetes gràfiques RTX ja estigui en procés. El futur del rastreig de raigs sembla brillant ja que Nvidia continua desenvolupant arquitectures GPU que satisfaran la fam del consumidor d’una millor experiència de joc.