Il ray tracing è una tecnologia che ci accompagnerà nel corso dei prossimi anni e che Nvidia ha portato all’orecchio e all’occhio del pubblico nell’ultima parte del 2018, introducendo la serie di schede video GeForce RTX 20 basata su architettura Turing. La tecnologia per ora è supportata solamente da queste GPU, ma l’implementazione da parte di altre realtà e il supporto al ray tracing da parte delle console next-gen attese per fine 2020 sicuramente la sdoganerà, dando nuovo impulso all’industria dei videogiochi.
Ne avrete sicuramente sentito parlare con appellativi come il “Santo Graal” della grafica o affiancato a paroloni come “fotorealismo”. Tutte affermazioni corrette se pensate che - come abbiamo spiegato in un articolo dedicato - il ray tracing affonda le sue radici molto indietro nel tempo.
Lo scopo del ray tracing è quello di garantire un’illuminazione realistica delle scene simulando il comportamento fisico della luce, prendendo in considerazione le interazioni dei raggi prodotti da una o più sorgenti con le varie superfici prima di raggiungere l’occhio umano.
Questo almeno è ciò che avviene nella realtà. Nel caso della grafica, si calcola il percorso della luce seguendo i raggi a ritroso lungo la strada che dovrebbero aver compiuto prima di colpire una lente immaginaria.
Finora il termine ray tracing è stato applicato al rendering “non in tempo reale”, il che significa che ne ha fatto un uso smodato l’industria cinematografica per riprodurre illuminazione (e non solo) con un livello qualitativo simile alla realtà. Per arrivare a quel livello di implementazione della tecnologia servono datacenter e molto tempo, una soluzione inapplicabile in un ambito come quello del gaming.
Come hanno fatto quindi Nvidia e l’industria hi-tech a implementare il rendering del ray tracing in tempo reale nei videogiochi? Con diversi trucchetti e un’implementazione ibrida; non siamo, insomma, di fronte a videogiochi interamente renderizzati in ray tracing. La base, non certo semplice da mettere a punto, è stata quella di fondere il rendering tradizionale – rasterizzazione – con il ray tracing per alcuni aspetti fondamentali, ossia la riproduzione dell’illuminazione e delle ombre.
Inoltre, l’industria ha dovuto aspettare l’arrivo sul mercato di GPU sufficientemente potenti da poter gestire la mole di lavoro e il nuovo tipo di rendering. Al momento solo Nvidia offre il supporto al ray tracing con l’architettura Turing, dotata di unità dedicate chiamate RT core e Tensor core, funzionali all’accelerazione dei calcoli legati alla nuova tecnologia.
Abbiamo deciso di approfondire l’impatto effettivo del ray tracing usando una scheda video MSI GeForce RTX 2070 SUPER Gaming X e provando alcuni videogiochi tra i primi che implementano il ray tracing, consci che la maturità della tecnologia ci permetterà di vedere cose ancora più strabilianti in futuro. Cosa cambia con o senza ray tracing? La risposta è a poche righe di distanza.
RTX On, si accende la magia
RTX On, RTX Off. Ray tracing sì, ray tracing no. Usate la dicitura che più vi piace, ma quello che abbiamo fatto è stato verificare, confrontando varie scene di alcuni videogiochi, quale sia l’impatto del ray tracing. Non stiamo parlando di impatto prestazionale, che se avete avuto modo di leggere le nostre recensioni delle schede GeForce RTX negli ultimi mesi, esiste ed è innegabile. Le schede più potenti riescono chiaramente a gestire meglio la tecnologia grazie al maggior numero di unità dedicate, ma per accedere al ray tracing accelerato è oggi necessario un investimento di circa 360 euro. In futuro ovviamente l’asticella si abbasserà.
Per effettuare questi test abbiamo utilizzato una scheda video MSI GeForce RTX 2070 SUPER Gaming X, in modo da avere tutta la potenza necessaria per abilitare più effetti di ray tracing contemporaneamente senza avere problemi di prestazioni. La scheda è raffreddata da un dissipatore Twin Frozr 7 che, grazie anche alle ventole Torx 3.0 dotate di tecnologia Zero Frozr (restano ferme finché non vengono raggiunti i 55 gradi), garantisce silenziosità e temperature contenute.
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Per effettuare il confronto RTX OFF - RTX ON nella maniera più semplice possibile qui sotto vi riportiamo diverse immagini, dove basterà spostare lo slider al centro per passare dalla schermata senza ray tracing (a sinistra) a quella con RTX attivo (a destra).
In CoD Modern Warfare, il nuovo capitolo della saga targata Activision, il ray tracing è applicato a due aspetti chiamati point light shadows e spot light shadows, cioè ombre derivanti da punti luce come le lampadine e ombre legate a faretti/riflettori che emettono luce come un cono (pensate alle torce).
In questo scenario di Call of Duty Modern Warfare possiamo vedere come l'attivazione del ray tracing cambi le ombre generate dalla luce lunare che cade sul sottobosco al centro dell'immagine.
Qui vediamo come il ray tracing vada a modificare in maniera importante l'illuminazione della luce al neon presente al centro della schermata. Nell'immagine con RTX ON la luce cade in maniera naturale sul pacco a destra, che al contrario si trova totalmente in ombra quando il ray tracing è disattivato.
In questo caso l'attivazione del ray tracing migliora sia le ombre a terra sulla sinistra sia l'alone di luce generato dalle fiamme, visibile principalmente sulla destra.
Le tre schermate che vedete qui sotto sono esemplificative delle situazioni dove si apprezza maggiormente l'applicazione del ray tracing in Call of Duty Modern Warfare. In presenza di luce artificiale la tecnologia RTX cambia le ombre degli oggetti, rendendole più veritiere e restituendo un feeling generale più realistico, migliorando ad esempio il riflesso della luce sul legno e sui libri nella prima immagine o le ombre del quadro e della mensola nell'ultima.
Apriamo una parentesi proprio relativamente al nuovo Call of Duty Modern Warfare. Fino al 18 novembre Nvidia offre un interessante bundle grazie al quale, acquistando una scheda della famiglia RTX (come questa MSI GeForce RTX 2070 SUPER Gaming X, disponibile a questo indirizzo), un notebook o un desktop con supporto alla tecnologia ray tracing, riceverete in regalo una copia virtuale dell'ultima fatica di Activision, da riscattare entro il 18 dicembre 2019.
Anche MSI ha una proposta simile e altrettanto interessante: sempre fino al 18 novembre, acquistare una scheda video MSI tra i modelli RTX 2060 Gaming Z, RTX 2060 Ventus OC, RTX 2060 SUPER Gaming X, RTX 2070 SUPER Ventus OC e RTX 2060 SUPER Ventus GP OC vi farà ottenere una chiave di gioco del nuovo CoD.
Successivamente abbiamo analizziato Battlefield V, ufficialmente il primo gioco ad adottare il ray tracing tramite una patch distribuita dopo il debutto. In questo titolo la tecnologia è usata per riprodurre riflessi più fedeli e grazie al continuo lavoro di Dice l'impatto sulle prestazioni è stato via via ridotto.
In questo scorcio di Battlefield V si nota come, attivando il ray tracing e impostandolo al massimo (Ultra), la luce si rifletta sul terreno bagnato in maniera più uniforme e realistica mentre, nella scena con ray tracing disattivato, il riflesso viene esagerato anche sulla superficie del fucile.
In questa scena, nell'immagine senza ray tracing abbiamo esattamente lo stesso effetto di riflesso esagerato sulle superfici rocciose a sinistra. Allo stesso tempo si nota come l’illuminazione proveniente dalla lanterna sia più concentrata nella zona appena adiacente nella scena con RTX a Ultra. In questo confronto si nota come un livello superiore di occlusione ambientale data dal ray tracing, ridefinisca l'ombra di tutte le rocce, anche di quelle più piccole.
Qui possiamo vedere un ottimo esempio di implementazione del ray tracing, con le fiamme dell'esplosione riflesse sul metallo. In Battlefield V (soprattutto in questa mappa) si può sperimentare moltissimo l’effetto di riflesso sulle armi e sugli specchi d’acqua ghiacciati presenti a terra. Questa è sicuramente una delle differenze RTX OFF - RTX ON più marcate all'interno di un videogioco, quantomeno tra quelli visti finora.
Un altro titolo che ha visto l'implementazione del ray tracing è Minecraft. La versione del gioco con il supporto alla tecnologia non è ancora disponibile al pubblico, ma abbiamo avuto l'occasione di provarla in anteprima.
La versione Microsoft Store del titolo Mojang è stata totalmente ridisegnata sia dagli effetti di Path Tracing (una tecnica che unifica tutti gli effetti di illuminazione) applicato in tempo reale, sia da un totale re-shading e aggiornamento di texture (evidente a dir poco). Si può interagire con tutto l’ambiente e notare come la luce cade sugli oggetti e cambi a seconda delle nostre modifiche.
Con il ray tracing quasi tutto risulta visivamente migliorato. La luce viene sostituita dall'illuminazione globale in tempo reale, in modo che i blocchi e gli edifici siano illuminati in modo realistico mentre si modifica il mondo di gioco. I blocchi che emettono luce come la glowstone e la lava possono illuminare sia gli ambienti sia altri elementi dinamici del gioco.
Acqua, vetro e altre superfici riflettenti mostrano riflessi accurati in tempo reale, rispecchiando i dintorni. Le ombre acquistano una precisione realistica. Nuvole, nebbia e altri effetti atmosferici modificano naturalmente l'aspetto del mondo.
I blocchi acquistano maggiore profondità e dettaglio nelle mappe normali, dando luogo a ombre, luci, riflessi spettacolari e occlusione ambientale per aumentare ulteriormente la fedeltà e l'aspetto realistico. E questo non è tutto perché l'intero gioco è potenziato con il ray tracing.
Control è probabilmente il gioco con l’implementazione più avanzata e pervasiva del ray tracing. Si parla difatti di ben cinque effetti in tempo reale che aumentano qualità dell’immagine e immersione: riflessi (i dettagli dell’ambiente circostante vengono riflessi con fedeltà e precisione), riflessi trasparenti (i dettagli vengono riflessi dinamicamente su finestre trasparenti), ombre di contatto (ombre più realistiche), illuminazione indiretta diffusa (la luce diffusa rimbalza dalle superfici illuminate vicine, causando una diffusione del colore realistica) e infine i detriti, cioè gli effetti distruttibili che possono essere ottimizzati da altri effetti di ray tracing, migliorando ulteriormente la fedeltà grafica.
Nella prima immagine vediamo come il ray tracing influenzi non solo i riflessi a terra, ma anche le zone completamente in ombra – come i pilastri sulla destra o l’ombra della piramide rovesciata sul pavimento.Qui la differenza più grande tra RTX OFF e RTX ON è il gioco di luci e ombre, ma possiamo vedere anche come alcuni oggetti nella stanza vengano riflessi in maniera molto precisa con ray tracing attivo e diventino, al contrario, delle "macchie deformate" quando andiamo a disattivarlo.In quest'immagine senza ray tracing attivo si vede la totale assenza di riflesso nelle vetrate all’interno del corridoio (solo un leggero accenno di luce sbiadita). Impostando il ray tracing al massimo invece le vetrate mostrano in maniera estremamente precisa gli oggetti a terra – tappeto rosso, raccoglitori e fogli sparsi si distinguono perfettamente sulle vetrate di destra, tanto da mostrare addirittura oggetti che non vediamo neanche in scena: ad esempio nella vetrata di sinistra, appena sopra la testa della protagonista, si vede riflessa una pianta presente nella stanza alla fine del corridoio.
Tiriamo le somme
Come abbiamo visto nei confronti fotografici con vari titoli, l’impatto del ray tracing - sotto il profilo grafico - al momento è variabile. Ci sono titoli che ne beneficiano più di altri, come ad esempio Battlefield V e Control. Più sottili invece le differenze in Call of Duty Modern Warfare. Minecraft invece cambia totalmente l'esperienza grafica grazie al path tracing, dando vita a un ambiente di gioco decisamente molto più realistico rispetto all'originale.
A conti fatti la strada sembra tracciata e il ray tracing non potrà che migliorare con il tempo. Bisogna infatti sempre tenere a mente due cose: la prima è che gli sviluppatori stanno conoscendo proprio in questi mesi la tecnologia e in secondo luogo che al momento solo Nvidia ne supporta l’accelerazione con le proprie GPU.
L’arrivo del supporto ray tracing su altre schede video e soprattutto sulle console porterà a un’evoluzione della tecnologia difficilmente prevedibile, ma che senz’altro consentirà ai videogiochi di fare un ulteriore passo avanti verso una grafica in tempo reale sempre più fotorealistica e agli sviluppatori di ridurre l’impatto prestazionale migliorando l'aspetto estetico.
Se siete alla ricerca di una nuova scheda video per il vostro computer e non avete particolari problemi di budget, investire su una GPU con supporto ray tracing non può che essere una scelta azzeccata. Come abbiamo visto negli ultimi mesi, il parco titoli in grado di sfruttare questa tecnologia si sta facendo sempre più ampio ed è destinato a crescere ancora con l'avvento delle console next-gen.