O que é Path Tracing e qual a diferença do Ray Tracing?

Ano após ano o mundo da tecnologia nos surpreende com a chegada de uma grande inovação para entregar gráficos mais realistas nos jogos. Em 2018, a NVIDIA nos introduziu amplamente ao conceito de iluminação via Ray Tracing nos games, embora a técnica já fosse amplamente difundida no cinema. Agora, a companhia pensa em seu próximo passo: o Path Tracing.

Com a recente anúncio das GPUs RTX 40, o próximo passo lógico da companhia é introduzir a tecnologia do Path Tracing em games, visto que as placas de vídeo estão ficando cada vez mais potentes. Porém, antes de explicar o que é esse recurso, precisamos entender quais são as outras técnicas de iluminação utilizadas atualmente, para conseguir diferenciar as tecnologias.

Rasterização

O processo de iluminação mais popular em jogos é a rasterização: praticamente todos os jogos que você já jogou são iluminados por essa técnica. O termo é referente à produção de imagens sob um único ponto de vista. Falando em iluminação, precisamos imaginar o cenário mais simples de todos:

Imagine que você está jogando um game do gênero FPS, como Metro: Exodus e na sua frente há uma poça d'água e, ao fundo, o sol iluminando todo o ambiente. Se você movimentar seu personagem, de modo que ele fique olhando de frente para a poça sendo iluminada pelo sol, veremos o reflexo diante dos nossos olhos. Basta fazer o experimento na vida real e perceber que a luz solar vai refletir parte do ambiente em que estamos na água.

Fonte:  NVIDIA/divulgação 

O truque da rasterização é que são os desenvolvedores do game que programam o reflexo que iremos ver. Neste caso, o reflexo do personagem olhando no meio da poça. No entanto, se movimentarmos o personagem para a esquerda e continuarmos olhando para a poça, ao em vez da luz do sol refletir o ambiente, teremos apenas a poça sem reflexos. Isso acontece porque a rasterização só consegue produzir aquela imagem sob um único ponto de vista.

Ray Tracing

O Ray Tracing, ou Traçado de Raios, é uma técnica que mistura rasterização com seus próprios processos. Aliás, a maioria dos games utiliza essa mistura para compor a iluminação, sendo os mais bem feitos Control e até Metro: Exodus Enhanced Edition, que inclusive foi totalmente refeito apenas em RT.

Ray Tracing vs rasterizaçãoFonte:  BENCHMARKS FOR GAMERS (YouTube)/reprodução 

O traçado de raios é mais poderoso e não se limita a produzir imagens a partir de apenas um ponto de vista. A técnica permite mostrar como seria a iluminação mais verdadeira a partir de múltiplos pontos de luz presentes na cena, em diferentes posições. Ou seja, tanto o Ray Tracing quanto o Path Tracing são técnicas que almejam simular como seria a iluminação seguindo as Leis da Física do mundo real nos games.

• 9 games com Ray Tracing para conferir

Fazendo a mesma analogia, o reflexo na poça em Metro: Exodus pode ser vista de qualquer direção; esquerda, direita, atrás, na frente. Seja qual for a posição da câmera, a técnica vai levar os raios de luz da fonte luminosa, o Sol, para diversas direções, e não somente em uma.

Path tracing

Diferença entre técnicas de iluminaçãoFonte:  NVIDIA/reprodução 

Isso nos leva ao Path Tracing, que nada mais é do que uma versão melhorada do Ray Tracing, em poucas palavras. Essa técnica tenta simular a verdadeira física da luz de maneira fiel, utilizando o traçado de raios como um componente na hora de imitar essa iluminação.

Dessa maneira, todas as luzes de uma cena são mostradas de forma ocasional, utilizando técnicas estatísticas para calcular o caminho dos raios de luz de forma individual, e aproximando aquela imagem de algo fotorrealista.

Certamente, esse procedimento não é nada leve, e como foi a chegada do RT em 2018 e nos primeiros anos em games, a técnica deve ficar bem restrita a um número de placas de vídeo potentes o suficiente para aguentar tantos efeitos de iluminação, cálculos, etc.

• DLSS 3.0 vs DLSS 2.0: quais as diferenças entre as versões?

A boa notícia é que, paralelamente ao Ray Tracing, a companhia anunciou há alguns anos a tecnologia de redimensionamento de imagem chamada DLSS (Deep Learning Super Sampling). A solução basicamente renderiza os games em resoluções menores e, com ajuda de Inteligência Artificial e aprendizado de máquina, aumenta essa imagem com novos pixels e entrega mais frames ao jogador.

Mesmo que a chegada do Path Tracing seja bem empolgante, ainda precisamos esperar para ver os efeitos da tecnologia na prática, e assim como foi com o Ray Tracing, a técnica vai levar uns bons anos até se consolidar na indústria como uma maneira viável de iluminar os games.