Traçage de rayons ou traçage de chemin : quelle est la meilleure technique d’éclairage dynamique ?
Le traçage de rayons et le traçage de chemin sont deux des techniques d'éclairage dynamique les plus excitantes et les plus exigeantes disponibles pour les joueurs et les développeurs de jeux en 2024. Elles représentent toutes deux un énorme pas en avant en matière de réalisme par rapport aux techniques d'éclairage « cuites » plus traditionnelles et peuvent même donner à des jeux plus anciens un aspect bien plus beau. réalistes que leurs textures en blocs et leur géométrie n’ont le droit de le faire.
Mais si le lancer de rayons et le tracé de chemin génèrent tous deux un éclairage plus réaliste dans les jeux, quel est le meilleur ? Et quelle est même la différence entre eux ? Voici comment le lancer de rayons et le tracé de chemin se comparent, et pourquoi vous pourriez voir l'un plus que l'autre dans vos jeux préférés dans les années à venir.
Qu’est-ce que le lancer de rayons ?
Le lancer de rayons est une méthode réaliste de modélisation de l'éclairage dans une scène. Conçu à l'origine à la fin des années 1960, il n'a été introduit que récemment dans les jeux en temps réel en raison de la complexité des calculs.
Le lancer de rayons fonctionne en projetant un rayon dans une scène à travers le point de vue du joueur. Chaque fois que le rayon interagit avec un objet, l'effet de cet objet sur le rayon est calculé, notamment sa couleur, sa transparence et son orientation. Ce rayon continue d'être suivi lorsqu'il rebondit autour d'une scène jusqu'à ce qu'il croise une source de lumière. Ce calcul est effectué pour chaque pixel d'une scène, ce qui donne une technique d'éclairage incroyablement réaliste, mais aussi incroyablement exigeante.
Le lancer de rayons est utilisé dans les films CGI depuis des années, et le rendu d'images individuelles prend souvent des heures, voire des jours. Cependant, à mesure que la puissance de calcul s'est améliorée et suite au lancement des cartes graphiques RTX de Nvidia et des GPU RDNA d'AMD , les accélérateurs de lancer de rayons ont rendu possible le traçage de rayons en temps réel dans les jeux. Bien que limité aux ombres et aux reflets dans les premières versions, il a depuis été étendu à l'éclairage global dans certains jeux.
Qu’est-ce que le traçage de chemin ?
Le traçage de chemin est une méthode plus moderne de modélisation de l'éclairage dynamique en temps réel dans une scène. Développé au milieu des années 1980, il adopte une approche différente en envoyant des centaines, voire des milliers de rayons à la fois à partir d'une source lumineuse, puis en les suivant lorsqu'ils rebondissent de manière aléatoire autour d'une scène. C'est beaucoup plus compliqué en surface, mais le résultat final est un rendu plus facile, car au lieu de suivre chaque rayon du pixel à la source, il ne suit qu'un échantillon de ces rayons en fonction du chemin le plus probable que la lumière prendrait.
Il s'agit d'une combinaison de lancer de rayons et de simulation de Monte Carlo qui permet au jeu ou à l'application d'utiliser un nombre gérable de chemins pour suivre une source de lumière. Cela permet des effets d'éclairage de type lancer de rayons avec moins de surcharge, mais sans doute, tout aussi important, cela permet une granularité beaucoup plus grande en fonction des capacités du système et des paramètres choisis. Une plus grande taille d’échantillon signifie plus de demande sur le GPU pour rendre la scène, mais aussi plus de détails. Des échantillons plus petits rendent le traçage de chemin plus gérable, au détriment de la qualité visuelle.
Les résultats finaux du traçage du chemin ne sont cependant pas parfaits. Ils sont combinés à des algorithmes de débruitage pour nettoyer l'image résultante, et les résultats sont impressionnants.
Il existe certaines scènes et certains objets, comme les objets réfléchissants et réfractifs – un verre d'eau, par exemple – pour lesquels l'algorithme de traçage doit être peaufiné afin d'éviter une perte indue d'informations dans des échantillons plus petits. Il est possible qu'avec ces objets, l'algorithme le trace simplement par force brute, pour garantir la précision.
Le résultat final dans chaque cas, cependant, est une scène rendue qui semble aussi réaliste qu'une scène par lancer de rayons, sinon plus, mais avec le potentiel d'une surcharge beaucoup plus faible, en particulier avec des paramètres de détail plus élevés. Le traçage de chemin est également considéré comme plus efficace pour les scènes bien éclairées, car il dispose de plus de données, tandis que le traçage de rayons peut être plus efficace pour restituer des scènes avec beaucoup d'ombres, car il connaît le chemin réel que prendraient les rayons de lumière. .
Le tracé de chemin est-il meilleur que le lancer de rayons ?
Le lancer de rayons est une technique précise pour modéliser l'éclairage en temps réel, car il suit le chemin naturel de propagation de la lumière autour d'une scène. Cependant, le nombre de calculs à effectuer pour utiliser efficacement le lancer de rayons est incroyable. Même le matériel moderne, avec toute son accélération matérielle, peut avoir des difficultés dans les jeux fortement lancés par rayons. C'est pourquoi de nombreux jeux prenant en charge le « lancer de rayons » n'utilisent en réalité le lancer de rayons que pour certaines parties d'une scène : les ombres ou les reflets, généralement.
Le traçage de chemin, en revanche, peut produire des visuels tout aussi forts, voire plus beaux, tout en sollicitant moins le matériel de rendu. C'est le modèle utilisé dans certains des jeux « ray traced » les plus impressionnants jusqu'à présent, comme Quake II RTX , Portal RTX et la mise à jour du mode Overdrive pour Cyberpunk 2077 . Il est également modifié dans des jeux plus anciens, comme Half-Life 2 , avec un grand effet.
Le traçage de chemin offre une forme d’éclairage dynamique plus esthétique et moins intense et constitue dans l’ensemble, sans doute la meilleure solution. Cependant, le lancer de rayons a toujours sa place là où des tailles limitées d’échantillons tracés entraîneraient des problèmes de précision visuelle. Il existe également de nombreux exemples modernes de jeux traditionnellement pixellisés dans lesquels l'éclairage par lancer de rayons ou par tracé de chemin ajoute très peu à l'expérience, tout en réduisant complètement les fréquences d'images – comme Poudlard Legacy .
Il est probable que jusqu'à ce que les cartes graphiques deviennent suffisamment puissantes pour que le lancer de rayons ou le traçage de chemin soient aussi facilement rendus que la rastérisation, nous verrons une combinaison d'effets d'éclairage dans les prochains jeux, puisque chaque technique a sa place.