Ray Tracing, más allá de reflejos bonitos en video juegos

El Ray Tracing ha estado muy de moda en los últimos años. Ha generado gran expectación entre consumidores y expertos debido a la apertura de su tecnología RT. Esta tecnología aunque no es nueva, si que resulta relevante en los próximos años.

Desde la década de los 60 se realizaron imágenes generadas por computadora con algoritmos para el trazado de rayos en escala de grises y fue hasta la década de los 80 en la que se introdujeron técnicas para reflexión y refracción de luz. Esos algoritmos resultaban complejos en esa generación. Luego en 1985 Robert Cook realiza optimizaciones al algoritmo de trazado de rayos. Para ello implementó técnicas de muestreo y el Método Montecarlo. Este último se usa en matemáticas, aproxima funciones complejas, no ofrece precisión, pero si buenas bases y porcentajes de confiabilidad para esbozar el resultado esperado.

¿Entonces cuál es la novedad en el RayTracing?

Lo novedoso se presenta cuando en 2013 Nvidia apuesta por el cálculo de trazado de rayos mediante sus tarjetas gráficas para otorgar mayor foto realismo en comparación con las técnicas que calculan fuentes de luz estática, con la cual se puede predecir las sombras, luminosidad y alteración del color en superficies, más sin embargo no ofrece el mejor efecto en luces dinámicas .

Diferencias entre Rasterizado y Ray Tracing

La imagen anterior evidencia la diferencia entre el método de rasterización y trazado de rayos. Con RT se aprecian más los detalles de contraste en la imagen, debido a las luces . El trazado de rayos computa píxel por pixel, entre la fuente de luz, los objetos, su distancia y el color irradiado. Una forma  simple de expresar el método de rasterizado es verlo como un reflejo de sombras o colores, de forma lineal, según la geometría de la figura afectada y por el contrario RT no calcula un segmento mayor de pixeles de manera lineal, sino que calcula pixel por pixel , la distancia de irradiación y la variación del color, con ello también se consiguen los efectos de sombras dinámicas, reflexión, refracción y luz difusa.

Para el año 2013 ya se estaba usando trazado de rayos por computadora en la película Monsters Inc University. Esto agregó una dinámica de luces más realista y solo hablando de lo dinámico (el realismo no era el objetivo). En los años siguientes Nvidia mejoro la técnica y la tecnología por Hardware para clientes corporativos. Y en 2019 con la primera línea de gráficas RTX Nvidia implementó el trazado de rayos para el consumidor casual, enfocado a video juegos.

Lo interesante de esa primera generación de graficas bajo el prefijo RTX, es el hecho de poder calcular trazado de rayos en Tiempo Real (muy cercano al real). Aunque sus primeras implementaciones solo arrojaban mejoras en unos pocos reflejos o contadas luces dinámicas el futuro resulta prometedor para esta tecnología.

¿Qué es lo prometedor en RT si solo incluye reflejos en los video juegos?

Lo interesante del RT para cálculo en Tiempo Real abarca algunos aspectos como; foto-realismo para el manejo de luces globales. Simulación de millones o billones de partículas. Menor coste por tiempo de renderizado de películas animadas y efectos especiales.

Este avance propone mayor complejidad de más elementos calculados en menor tiempo y se ha dado por la optimización de los algoritmos mediante métodos de predicción matemática y a la miniaturización del Hardware, con lo cual se pueden hacer procesadores menos complejos en arquitectura para la simulación de partículas y con mayor densidad de transistores para mayores operaciones por segundo.

¿Qué es lo siguiente para el Trazado de Rayos?

Lo siguientes es la construcción de Hardware más potente para el cálculo de escenas más complejas; además por inteligencia artificial se podría reducir la cantidad de elementos a calcular, realizando re-escalado de imágenes o aplicando modelos predictivos a las escenas. Esta tecnología también podría estar en la realidad virtual, otorgando mayor detalle a la geometría del espacio y logrando una mayor inmersión.

Autor: Andrés Sebastián Barriga Urzola

Editor: Carlos Iván Pinzón Romero

Código: UCCG-72

Universidad: Universidad Central

FUENTES:

Fundación Wikimedia, Inc. (2021) , Trazado de rayos.  Fundación Wikimedia, Inc.
https://es.wikipedia.org/wiki/Trazado_de_rayos

Fundación Wikimedia, Inc. (2021) , Ray tracing (graphics).  Fundación Wikimedia, Inc.
https://en.wikipedia.org/wiki/Ray_tracing_(graphics)

Fundación Wikimedia, Inc. (2021) , Método de Montecarlo , Fundación Wikimedia, Inc.
https://es.wikipedia.org/wiki/Método_de_Montecarlo

Yoigo. (2021) , 2 , [Imagen] , Yoigo , https://bloygo.yoigo.com/embed/9dbcc322f34dd2a33331b9c988cfe723fbfa9001577449502/2.webp?imagick=1&size=750