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¿Qué es el raytracing y cómo cambia la experiencia de los videojuegos?

El ray tracing o trazado de rayos hace referencia a un cálculo mucho más preciso de las iluminaciones del juego que impactan en los reflejos y sombras. Con este algoritmo, las escenas se ven mucho más realistas. Te explicamos todo acerca de esta tecnología.

Foto del redactor Carolina González ValenzuelaFoto del redactor Carolina González Valenzuela

Los diseñadores de videojuegos amplían constantemente los límites de lo posible con las últimas tarjetas de vídeo y videoconsolas. Al principio, el 3D era la aplicación estrella, luego se crearon resoluciones más altas y mejores texturas para abarcar formas cada vez más elaboradas. 

Una iluminación y sombras más realistas siempre han sido el santo grial de los efectos visuales de los juegos, pero recientemente, esa búsqueda específica ha recibido un gran impulso hacia un mayor realismo con el trazado de rayos o raytracing. Pero, ¿qué es exactamente este concepto?

Seamos honestos, cuando estás jugando a cualquier juego, lo último que se te pasa por la cabeza es preguntarte cómo se crea la luz en este juego. Pero resulta que la luz es una de las complejidades más importantes a la hora de producir gráficos por ordenador. 

Te proponemos una idea: imagina un gran escenario al aire libre como el de Battlefield. Como ya sabrás, la principal fuente de luz en ese mundo de juego sería el sol. En su posición fija, toda ella brilla en la misma dirección. Parte del proceso de codificación consiste en decirle al motor del juego que proyecte una sombra en el lado de un edificio, un coche o una persona, orientado en dirección contraria al sol.

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Eso ya es difícil, pero ¿qué pasa con los objetos que reflejan el sol, como el agua o el cristal? Hasta ahora, los diseñadores de juegos se las ingeniaban para que estos objetos parecieran reflejar fielmente la luz de una fuente como el sol. Sin embargo, el raytracing ahora les permite hacerlo de verdad.

¿Qué es el trazado de rayos o raytracing?

El raytracing es una técnica de renderizado especial para efectos de iluminación de videojuegos. Los desarrolladores de juegos la utilizan para calcular cómo rebotarían los haces de luz alrededor de los objetos virtuales. Esto les ayuda a generar trayectorias realistas de la luz a través del mundo del juego.

No es un concepto nuevo, ni mucho menos, ya que esta técnica de renderizado se utiliza desde hace años en las escenas de series y películas creadas por ordenador, pero ahora es novedad ya que, poco a poco, se puede hacer en tiempo real.

Ni siquiera la GPU más rápida podría renderizar los miles de millones de fotones necesarios para la iluminación del mundo real. En su lugar, una GPU calculará unas pocas docenas de trayectorias de luz y luego simulará aún más basándose en ellas. La idea es imitar la forma en la que el ojo humano procesa la luz y las sombras en tiempo real. Por eso tiene un aspecto tan realista.

El resultado de un mundo trazado por rayos son reflejos más realistas. Superficies como los charcos y los espejos parecen más reales con el trazado de rayos. Sin embargo, esto no solo se queda aquí.  Eso sí, destacar que la tecnología de trazado de rayos requiere un uso intensivo de la GPU. Incluso si tu tarjeta es potente, la velocidad de fotogramas se verá afectada si activas el trazado de rayos. 

Es posible que necesites una tarjeta gráfica más moderna para procesar estos increíbles efectos visuales. Otra opción es invertir en una consola de nueva generación, como la Xbox Serie X de Microsoft o la PlayStation 5 de Sony.

Para que seas consciente de este uso intensivo del que te hablamos, un juego que se renderice en 4K tendrá 8.294.400 píxeles. Si utilizamos ray tracing con cuatro rayos por pixel, el resultado sería impresionante, ya que tendríamos 33.177.600 rayos generados en tiempo real.

Raytracing

La rasterización como solución intermedia

Como decimos y aunque el trazado de rayos produce resultados impresionantes, puede ser muy exigente para la GPU, ya que seguir la pista de todos esos rayos de luz requiere una enorme cantidad de energía. Por eso, la mayoría de los videojuegos utilizan la rasterización tradicional. 

Es mucho más rápido y no consume tantos recursos, pero claro, esta técnica no es capaz de rastrear la luz y calcular cómo debe incidir en los objetos como lo hace el trazado de rayos, lo que obliga a los desarrolladores a dedicar mucho trabajo a falsear la iluminación y sus efectos asociados.

Sin embargo, el auge del raytracing ha venido de la mano de nuevas tecnologías de muestreo de imágenes que reducen la carga de la tarjeta gráfica y aumentan el rendimiento, aunque es cierto e importante tener en cuenta que el trazado de rayos no ha hecho más que asomarse a la puerta de los gráficos para videojuegos. 

Esto se debe a que renderizar un juego entero con trazado de rayos en tiempo real sigue estando muy por encima de las posibilidades del hardware actual. Los juegos compatibles con el trazado de rayos sólo lo utilizan para ciertos efectos, sobre todo los relacionados con las sombras y la iluminación, mientras que todo lo demás sigue siendo rasterizado.

Raytracing

¿Qué tipos de trazado de rayos existen?

El grado en que el trazado de rayos afecta al realismo de un gráfico 3D depende del tipo utilizado. A continuación te enumeramos los distintos métodos de trazado de rayos que va de menos a más potencia necesaria:

  1. Determinación de superficies ocultas: este proceso de determinación rudimentario no incluye efectos de sombra o luz en la animación.
  2. Simulación de sombras: se utilizan fuentes de luz directa y sombras duras, pero no se calculan los efectos de reflexión.
  3. Trazado de rayos recursivo: además de las fuentes de luz directa y las sombras duras, se utiliza el trazado de rayos para la reflexión en espejo con objetos translúcidos o reflectantes.
  4. Trazado de rayos difusos: además de la iluminación directa y la refracción, se renderizan los bordes de umbra/penumbra y las sombras suaves.
  5. Trazado de rayos de trayectoria: el modelo de iluminación incluye y registra fuentes de luz visibles e invisibles, reflexiones y refracciones a través de objetos iluminados. Esto crea simulaciones de sombras realistas según el juego de luces.
Raytracing

Móviles que ya integran raytracing

Los juegos para móviles están a punto de dar otro salto adelante con la introducción del trazado de rayos por hardware. Los chips Exynos 2200 de Samsung ya son compatibles con esta tecnología, mientras que por el lado de Qualcomm tenemos el último Snapdragon 8 Gen 2 y por el de Mediatek, el Dimensity 9200.

Samsung ha promocionado bastante bien la compatibilidad de Exynos 2200 con el trazado de rayos y otras novedades. Explica que posee una característica exclusiva del chip: la GPU Xclipse (basada en la arquitectura AMD RDNA2) que es la primera GPU móvil con aceleración por hardware para trazado de rayos.

Fotografía con el Snapdragon 8 gen 2

El nuevo procesador de Qualcomm para smartphones de gama alta, el Snapdragon 8 Gen 2, ofrece mejoras en la velocidad de la CPU, la GPU y la IA, así como nuevas funciones. Se estima que el rendimiento de la CPU debería ser un 27 % superior al del 8 Gen 1 y para los jugadores, la mayor mejora es el trazado de rayos por hardware.

El MediaTek Dimensity 9200 incluye la última GPU Arm Immortalis-G715 y las tecnologías de juego MediaTek HyperEngine 6.0, que introducen los efectos visuales de trazado de rayos por hardware en los juegos para smartphones. 

Con un rendimiento muy superior al del trazado de rayos basado en software, se obtienen efectos visuales increíbles y épicos con fps fluidos en cada escena, lo que cambia radicalmente la sensación de inmersión del juego móvil.

Para los jugadores de móviles que quieran un dispositivo preparado para ello, la capacidad de utilizar el trazado de rayos será un factor importante a la hora de decidir qué smartphone comprar. En cuanto a los dispositivos de trazado de rayos, se trata de un asunto exclusivo de Android, ya que Apple aún no ha revelado ningún hardware compatible con esta tecnología. Algunos ejemplos serían: 

Snapdragon 8 Gen 2:

  • Samsung Galaxy S23
  • Samsung Galaxy S23+
  • Samsung Galaxy S23 Ultra
  • Vivo X90 Pro
  • Vivo IQ00 11
  • Oppo Find X6 Pro
  • OnePlus 11
  • Xiaomi 13
  • Motorola Moto X40
  • ZTE Red Magic 8 Pro
  • ZTE Axon 50
  • ZTE nubia Z50

Exynos 2200:

Mediatek Dimensity 9200:

  • OnePlus Nord 5
  • Vivo S17 Pro
  • Vivo X90 Lite
  • Vivo X90 5G
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Raytracing: AMD y Nvidia

En la actualidad, la compatibilidad con el trazado de rayos en los juegos está algo polarizada porque la función debe implementarse por separado para las tarjetas AMD y Nvidia

AMD ha tenido problemas en los últimos años para ofrecer trazado de rayos acelerado por hardware, pero eso cambió con el lanzamiento de las RX 6800, 6800 XT y 6900 XT. Estas nuevas tarjetas son compatibles con el trazado de rayos de DirectX 12 y ofrecen un rendimiento excelente, aunque AMD no está al nivel de Nvidia en el departamento de trazado de rayos.

Raytracing

Hay más juegos compatibles con tarjetas Nvidia, principalmente porque Nvidia era la única que producía tarjetas gráficas con capacidad de trazado de rayos hasta 2020, pero cada vez hay más juegos compatibles con ambos tipos. 

El viaje del trazado de rayos hacia los juegos convencionales comenzó en 2018 con el lanzamiento de la línea de tarjetas GeForce RTX de Nvidia, en forma de GeForce RTX 2080

En resumen, el trazado de rayos ha tardado tanto en entrar en la escena de los juegos porque los recursos informáticos necesarios para llevarlo a cabo eran inalcanzables a precios que permitieran ser asequibles. Es cierto que el coste de entrada sigue siendo relativamente alto: ni AMD ni Nvidia ofrecen aún una tarjeta gráfica para todo tipo de bolsillos.

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Por el momento, la tarjeta gráfica más asequible es la GeForce RTX 2060, que se lanzó en 2019 a un precio que oscila los 330 euros. Aun así, en algún momento, los precios se estabilizarán, o al menos eso esperamos y el escenario está preparado para que continúe la adopción generalizada, especialmente desde que las últimas videoconsolas se han unido a la batalla competitiva.

Desde luego, el raytracing es toda una locura realmente impactante capaz de hacernos a pensar que se trata de una escena de una película con actores reales, y todo esto en un videojuego.

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