Ray tracing: utilizzato poco, pagato (e criticato) molto

Scritto il 02.04.2021
da Mirko Vitamia

Il ray tracing, la tecnologia messa a punto da Nvidia e lanciata nel (lontano?) 2018 con la serie RTX 2000, ha oggettivamente portato la qualità grafica dei videogiochi due spanne sopra le tecnologie tradizionali. Basta guardare un gioco che supporti il ray tracing per rimanere abbagliati da tanta bellezza. Ma fate attenzione: essere abbagliati rende ciechi, ed è per questo che in questa guida ho deciso di parlare del ray tracing dall’inizio alla fine. Cos’è? Cosa fa? Quanti giochi lo supportano? E, soprattutto, il ray tracing è sempre uguale in ogni gioco?

Ray tracing: stesso concetto, diversi utilizzi

Ray tracing vuol dire tutto e niente. Questo nome commerciale indica una serie di tecnologie che si avvantaggiano dell’hardware presente nelle schede video Nvidia e AMD, ma non indica specificamente quale tecnologia verrà applicata e come verrà implementata. Ogni casa di sviluppo, ammesso e non concesso abbia a disposizione un motore grafico interno o di terze parti che supporti questa tecnologia, deve porsi una domanda fondamentale: ho interesse nell’investire parte del mio budget nel ray tracing? È necessario ricordare che il ray tracing è supportato solo dalle GPU serie Nvidia 2000 e 3000 e AMD 6000. Quindi, prendendo come riferimento l’ultimo sondaggio hardware di Steam, quanti giocatori possiedono una scheda video compatibile con il ray tracing? L’11% del totale.

Una cifra al momento insufficiente per spingere la maggior parte degli sviluppatori verso l’utilizzo di questa tecnologia. Ecco, infatti, la breve lista completa di tutti i giochi usciti dal 2018 ad oggi che supportano il ray tracing su PC:

Amid Evil
Atomic Heart
Battlefield V
Boundary
Bright Memory: Infinite
Call of Duty: Black Ops Cold War
Call of Duty: Modern Warfare
Control
Cyberpunk 2077
Deliver Us the Moon
Dirt 5
Doom Eternal
Dying Light 2
Enlisted
The Fabled Woods
Far Cry 6
F.I.S.T.: Forged In Shadow Torch
Five Nights at Freddy’s: Security Breach
Fortnite
Ghostrunner
Godfall
Grimmstar
Justice Online
JX Online 3
MechWarrior 5: Mercenaries
Metro Exodus
Minecraft: Bedrock Edition
Moonlight Blade
Observer System Redux
Pumpkin Jack
Quake II
The Riftbreaker
The Medium
Ring of Elysium
Shadow of the Tomb Raider
Stay in the Light
Vampire: The Masquerade – Bloodlines 2
Watch Dogs: Legion
The Witcher 3: Complete Edition
Wolfenstein: Youngblood
World of Warcraft: Shadowlands
Xuan-Yuan Sword VII

I giochi totali, come si vede, non sono molti. Non è finita, ci sono altri due “ma”:

La percentuale che ho inserito riguardante l’hardware dei giocatori non fa distinzione tra schede video di fascia bassa, media o alta. Se consideriamo solo la fascia bassa di GPU Nvidia (con RT), e nello specifico la serie RTX 2060 e RTX 2060 SUPER, otteniamo un valore che si attesta intorno al 5%. Quasi la metà di tutte le GPU compatibili con il ray tracing è di fascia bassa e, com’è noto, con una capacità estremamente limitata di sfruttare questa tecnologia a dovere.

Il secondo “ma” è che non tutti i giochi elencati supportano il ray tracing nello stesso modo. Per capire meglio il concetto è necessario spiegare brevemente in cosa consiste questa tecnologia.

Ray tracing: variabile per sua natura

Il ray tracing è un nome commerciale che identifica almeno quattro tecnologie e fasi. Ognuna di queste fasi (eccetto la prima) si fa uso dell’hardware apposito inserito nelle architetture Ampere, Turing e Big Navi.

Preparazione della scena: Nella prima fase la GPU prepara la scena, ovvero carica i modelli poligonali che compongono il mondo di gioco. Prendiamo ad esempio il modello di un personaggio 3D che sarà, ovviamente, privo di texture, shading e qualsiasi altra tecnica che possa raffinare l’immagine.

Il personaggio, com’è visibile, ha un box intorno a lui. Questo box è l’elemento che verrà utilizzato come “guida” per la fase successiva.

Generazione raggi: Nella seconda fase si generano dei raggi (in quantità variabile) che attraversano i modelli pre-caricati. L’obiettivo di questi raggi è identificare delle forme colpendo gli oggetti di gioco secondo la strategia dello hit-and-miss. In soldoni, questi raggi vagano attraversando tutto il mondo di gioco colpendo gli elementi presenti.

Shading: Ogni volta che incontrano un ostacolo, i raggi identificano l’oggetto dividendosi in relazione alla sua forma. Gli elementi da computare saranno, tra gli altri, la riflessione della luce, l’angolo di incidenza, l’angolo di visione ma anche le ombre e la glossy reflection. Nell’immagine sottostante, il raggio, incontrando la forma di un cerchio, verrà riflesso in un raggio rifratto ed uno riflesso.

Ma il vetro è un materiale trasparente, per cui il raggio gli passerà attraverso.

Il raggio, quindi, si rifrangerà e rifletterà nuovamente perché terrà conto della trasparenza del vetro.

Le immagini sopra riportate, per ovvia necessità, sono semplificate. Per darvi un’idea migliore del funzionamento di un singolo raggio ray tracing, eccone una rappresentazione non semplificata.

Un ultimo elemento da tenere in considerazione nella fase dello shading è il colore. La luce, infatti, porta informazioni non solo sulle ombre e sulle riflessioni, ma anche sui colori. In relazione agli elementi e alle altre luci che compongono lo scenario di gioco, quindi, i raggi si adatteranno alla scena cambiando colore.

Il risultato finale di questa tecnica, però, soffrirà di molto “rumore”.

Denoising: Nell’ultima fase entra quindi in gioco il denoising, ovvero la tecnica di ricostruzione dell’immagine.

In questa immagine troviamo, a sinistra, la renderizzazione senza le tecniche di denoise e, a destra, l’immagine ripulita. Anche quest’ultima tecnologia richiede una buona capacità di calcolo per poter essere utilizzata ma, a differenza di altre, non può essere eliminata del tutto, dato che senza di essa il risultato finale sarà assolutamente insoddisfacente.

Ognuna di queste fasi richiede un calcolo enorme da parte della GPU. Per ovviare a questo problema, gli sviluppatori possono eliminare o semplificare una o più di queste fasi per alleggerire il carico computazionale. Ovviamente, ad ogni eliminazione o semplificazione la qualità complessiva risulterà ridotta. Ecco perché è impossibile parlare di ray tracing come tecnologia “coerente”.

Il caso Hardware Unboxed

Come abbiamo visto, il ray tracing è una tecnologia scarsamente applicabile visto l’hardware ancora poco diffuso e dispendiosa in termini sia di budget che di potenza computazionale. Quindi, considerati questi limiti, è giusto tenerla in considerazione durante l’acquisto?

Secondo Nvidia, sì. Secondo alcuni recensori, non sempre. Hardware Unboxed (canale YouTube da 700.000 iscritti) ad esempio, in una delle sue recensioni su una GPU Nvidia, ha affermato che al momento prendere in considerazione il ray tracing può essere utile ma non fondamentale. Come conseguenza, dopo diversi mesi, ha ricevuto un comunicato, reso pubblico, in cui Nvidia afferma che:

“[…]. Nonostante tutti questi progressi, le tue recensioni e i consigli sulle GPU hanno continuato a concentrarsi esclusivamente sulle prestazioni di rasterizzazione e hai ampiamente scontato tutte le altre tecnologie che offriamo ai giocatori. È molto chiaro dai commenti della tua community che non vedi le cose nello stesso modo in cui le vediamo noi, i giocatori e il resto del settore. Le nostre schede founders edition ed altri prodotti Nvidia vengono assegnati ai media che riconoscono il panorama in evoluzione del gaming e le funzionalità che sono importanti per i giocatori e per chiunque acquisti una GPU oggi.”

Il canale è stato quindi messo in lista nera da Nvidia e non riceverà più prodotti in anteprima dalla stessa. Di questo avvenimento si potrebbero scrivere fiumi d’inchiostro, ma l’obiettivo in questa sede è solo quello di mostrare come all’interno dell’industria ci sia discrepanza di idee e di intenzioni che, come in questo caso, può portare a decisioni drastiche.

Conclusioni

In questo approfondimento ho voluto analizzare il fenomeno ray tracing ad ampio raggio, cercando di offrire gli elementi fondamentali alla comprensione di questa tecnologia che sarà, per ovvi e giusti motivi, lo standard per l’industria videoludica. Al momento, però, e cercando di uscire dalle dinamiche di marketing, è giusto avere una visione globale del fenomeno per evitare scelte poco oculate.

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