Trazado de rayos especial y la importancia de la luz en los videojuegos

Quien soy
Judit Llordés
@juditllordes
Autor y referencias


Para obtener más información:
Primeras impresiones de PS5: ¬Ņes una nueva generaci√≥n respetable?

En la GDC 2018 (Conferencia de desarrolladores de juegos), NVIDIA finalmente anunci√≥ RTX. La tecnolog√≠a para el trazado de rayos en los videojuegos ofrece a los desarrolladores un renderizado cinematogr√°fico en tiempo real. Y fue divertido observar c√≥mo todos los perfiles sociales de los m√°s famosos motor de juegos los no propietarios fueron inundados con publicaciones sobre trazado de rayos, lo que garantiza un soporte inmediato. Desde este punto de vista, cualquier desarrollador m√≠nimamente acostumbrado a utilizar un motor de renderizado en tiempo real, seguramente habr√° experimentado un poco de burla, dados los mil problemas mucho m√°s pr√°cticos que han plagado tales plataformas desde tiempos inmemoriales. Pero todo esto era inevitable dado el despliegue publicitario que esta tecnolog√≠a tiene desde hace alg√ļn tiempo y sigue teniendo en la actualidad. En la web, los v√≠deos de Minecraft o Battlefield con trazado de rayos activo son muy buscados, y en las √ļltimas semanas este tema ha vuelto a cobrar protagonismo con la confirmaci√≥n de su soporte desde PS5.



El trazado de rayos parece estar ah√≠ tecnolog√≠a del momento, la aguja de las escalas en la elecci√≥n de la tarjeta de video para comprar. Una innovaci√≥n incre√≠ble que todos est√°bamos esperando. Seguro que lo es, pero ¬Ņy si te dijera eso? sus ra√≠ces se remontan a la d√©cada de 80? ¬ŅQue los sistemas de renderizado fuera de l√≠nea, como el Renderman de Pixar y los propios motores del juego en parte, han estado apoyando esta tecnolog√≠a desde hace alg√ļn tiempo? Empecemos por lo b√°sico ...


Luz hoy en día

Tomemos, por ejemplo, Unity, una de las plataformas de desarrollo de juegos no propietarias más extendidas del mundo. Este entorno permite a los desarrolladores gestionar la iluminación ambiental a través de dos técnicas principales, a saber iluminación en tiempo real e mapas de luz horneados. El primero gestiona eliluminación directa en tiempo real, es decir, el comportamiento del material y la sombra de un objeto 3D golpeado directamente por una fuente de luz. Esta fuente puede ser:


  • Punto de luz: un punto luminoso que ilumina el entorno por igual en todas las direcciones, disminuyendo en intensidad a medida que se aleja del centro. El comportamiento cl√°sico de una bombilla;
  • Foco: mismo principio de luz puntual s√≥lo forzada a un cono luminoso. Piense en un faro teatral;
  • Luz direccional: luz que simula el comportamiento del Sol, una fuente de luz muy lejana que ilumina todo el entorno;
  • √Ārea de luz: √°rea rectangular que emana luz solo por un lado y que se extiende gradualmente disminuyendo en todas las direcciones. Simular el comportamiento de una ventana;
  • Materiales emisores: literalmente un material que emite luz. Permite que cualquier superficie 3D se convierta en una fuente de luz;
  • Luz ambiental: luz de fondo de toda la escena. No proviene de una fuente espec√≠fica, sino que "flota" en el entorno. Por lo general, se utilizan fotos particulares de 360 ‚Äč‚Äč¬į de un entorno, llamadas HDRI, que contienen informaci√≥n brillante.

Estas no son minucias del desarrollador ...


Cada una de estas luces presentes en la escena, si se gestiona solo a trav√©s de iluminaci√≥n en tiempo real, proporciona a los objetos y materiales solo informaci√≥n directa, como intensidad, color, radio, inclinaci√≥n, etc. Directo significa que no se tiene en cuenta el comportamiento f√≠sico de la luz, es decir, el hecho de que los fotones reboten entre una superficie y otra, cambiando as√≠ de direcci√≥n, color e intensidad cada vez. ¬ŅY eso qu√© quiere decir? Significa que si se coloca un vaso sobre una mesa de color rojo, el vidrio tambi√©n tomar√° un ligero tono rojo, a pesar de que el material es vidrio transparente. Sin esta informaci√≥n, que suena a minucias pero en realidad no lo es, nunca podr√≠as tener una representaci√≥n fotorrealista. El problema es que calcular el comportamiento f√≠sico real de la luz en tiempo real es (era) imposible, ya que requiere (va) demasiada potencia de c√°lculo. ¬ŅC√≥mo hacerlo entonces? Usando los mapas de luz horneados.


La imagen de la izquierda muestra el resultado de un render sin el procedimiento de cocción. Es posible notar cómo se ve la imagen completamente irreal, desprovisto de contexto y profundidad. Pero si agrega el mapas de luz producido al hornear el resultado cambia radicalmente.

A través del procedimiento de cocción, es posible calcular el comportamiento físico real de la luz, indicando qué luces y objetos involucrar. Evidentemente este procedimiento no se realiza en tiempo real, pero está precalculado. Al igual que con la renderización fuera de línea (reproducción cinematográfica, por así decirlo), la operación de horneado requiere a veces, durante el cual el desarrollador de turno puede jugar QuakeJS online de forma segura, sin que su jefe pueda decirle nada. Una vez que se completa el procedimiento, algunos mapas de luz, que contiene reflejos, sombras y sombras, que se renderizarán en tiempo real sobre las texturas de los distintos objetos. Esto le permite aumentar en gran medida la calidad y el fotorrealismo de toda la escena.


Una mera cuestión de poder

Para obtener más información:
PlayStation VR: realidad virtual un a√Īo despu√©s

Pero si el procedimiento de horneado ya calcula de antemano el comportamiento exacto de la luz, ¬Ņpara qu√© diablos es el trazado de rayos? Como se mencion√≥ anteriormente, el algoritmo para calcular la trayectoria de la luz, siguiendo sus rayos a trav√©s de la interacci√≥n con las superficies, ha estado durante mucho tiempo en manos de los desarrolladores. Desde hace a√Īos, las producciones cinematogr√°ficas lo utilizan ampliamente y los videojuegos no son una excepci√≥n. Casi. S√≠, porque lamentablemente el procedimiento de horneado solo funciona para objetos est√°ticos, es decir, para el entorno desprovisto de animaci√≥n. Por ejemplo, si nuestro personaje camina sobre un charco, no reflejar√° naturalmente nuestra apariencia (a menos que haya alg√ļn truco de programador).


Esto se debe a que nuestro personaje no es estático y no se puede incluir en el horneado. Y ahí es donde entra el trazado de rayos en tiempo real. Algoritmos de trazado de rayos en videojuegos, optimizado para trabajar en tiempo real, calculan cuadro tras cuadro la reflexión, la refracción e l'ombra que los rayos de luz generan cuando inciden en un objeto, siguiendo todo su recorrido, tanto estático como en movimiento. Esto para todas las luces y todos los objetos en el escenario, sesenta veces por segundo. Entonces fue solo uno cuestión de tiempo. Es hora de permitir que los fabricantes de tarjetas de video creen arquitecturas lo suficientemente poderoso, capaz de procesar esa enorme cantidad de cálculos, obviamente con la ayuda de controladores y algoritmos especialmente optimizados para tiempo real. Como sucedió con la realidad virtual.

Los algoritmos de trazado de rayos calculan la reflexión, la refracción y la sombra que los rayos de luz generan cuando golpean un objeto, tanto estático como en movimiento

El elemento que une todo


Para obtener más información:
INSIDE (Switch) - Angustia mutante

Con el advenimiento del trazado de rayos en tiempo real en los videojuegos, la luz finalmente est√° recibiendo la consideraci√≥n que merece. Siempre hemos estado atentos a la calidad de modelos y textura, de animazioni y sistemas de part√≠culas, pero es la luz la que une todo para darle al ambiente la atm√≥sfera deseada. Es la luz la que hace que los materiales y las texturas brillen u opaquen; es la luz que, insinu√°ndose en los peque√Īos pliegues y cavidades, realza la definici√≥n de los modelos. Puede que nunca lo hayamos notado, pero siempre ha estado ah√≠. emocionarse, convirti√©ndose en ocasiones en protagonista indiscutible. Piense en Inside, por ejemplo. Durante el juego, un ojo atento notar√° inmediatamente que la calidad de los modelos y texturas es muy buena, pero nada que ver con una producci√≥n AAA. Muchos de los materiales no tienen textura y los modelos del entorno son bastante cuadrados.

La luz tiene un poder emocional increíble ...

Sin embargo, gr√°ficamente es un excelente juego, que logra emocionarnos como pocos. Esto se debe a que solo la iluminaci√≥n mejora todos los componentes gr√°ficos, creando paisajes de fuerte impacto emocional. Como el l√ļgubre crep√ļsculo del bosque en el que la gente silenciosa nos esconde, desgarrada solo por los faros luminosos del jeep de nuestros perseguidores. Las largas sombras de los esclavos andantes que, al ritmo de la marcha, se interponen r√≠gidamente entre un edificio y otro. La luz blanca sombreada que desde arriba nos invita a alcanzarla, a salir del oscuro charco de agua en el que nos hemos sumergido tan profundamente. El interior es un gran ejemplo de c√≥mo la luz siempre ha tenido un incre√≠ble poder emocional, sin tener que preocuparse necesariamente por los complejos algoritmos de simulaci√≥n y los poderes inform√°ticos a nivel de Tit√°n. Ahora, con la llegada del trazado de rayos a los videojuegos, ya no conocer√° fronteras. M√°s conscientes de su importancia, prepar√©monos para un brillante renacimiento de los videojuegos.


A√Īade un comentario de Trazado de rayos especial y la importancia de la luz en los videojuegos
¡Comentario enviado con éxito! Lo revisaremos en las próximas horas.