¿Qué es el trazado de rayos y qué hardware y juegos lo soportan?

Actualizado a: 21 de noviembre de 2023

¿Qué es el trazado de rayos? Seguramente os habréis hecho esta misma pregunta en algún momento de vuestra vida, sobre todo porque —aunque sabemos que es un elemento que afecta gráficamente al acabado final de un videojuego y que se puede activar y desactivar— es un concepto relativamente reciente en la industria del videojuego. Es por esto mismo que hoy quiero hablaros del tema, pues entiendo que es capaz de generar no pocas dudas en muchos usuarios.

Lo primero que es pertinente explicar en este caso es que el término original es ray tracing cuyo origen real se remonta al asiglo XX. Pese a ello, todos estos precedentes (en realidad) no nos interesan, pues se aleja bastante de lo que nos interesa a nosotros: los videojuegos. Por supuesto, tienen su relación, mas no considero que sea esencialmente importante para entender qué es, cómo funciona y cómo nos afecta a nosotros como jugadores en pleno 2023.

Dicho esto, podemos empezar diciendo de manrea muy superficial que el trazado de rayos o ray tracing es una técnica utilizada en diseño gráfico (no es exactamente así, pero es para empezar a daros un primer esbozo) que tiene por objetivo simular como interactuarían los diferentes objetos de un entorno tridimensional con una luz. La idea es no depender de las técnicas tradicionales de rasterización para que la forma en que esos objetos se comportan frente a la luz sea más realista.

Al hacer esto, se pueden crear reflejos que responden directamente a lo que está pasando el mundo de manera realista. Al mismo tiempo, es capaz de obtener efectos visuales más realistas, refracciones, sombras más acertadas, etc. Por lo tanto, podemos decir que es una técnica cuya principal función es mejorar el acabado gráfico —en este caso— de un videojuego.

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Qué es el trazado de rayos o ray tracing

Habiendo establecido una base previa, podemos decir que, en efecto, el trazado de rayos es una técnica de renderizado. Como tal, su principal función es simular la forma en que esa luz de la que ya os hemos hablado interactúa con el mundo. Es decir, quiere simular las formas en las que la luz (sea cual sea su forma, procedencia, intensidad, etc.) se comporta al rebotar en determinados objetos. Esto, como consecuencia, produce que los efectos de sombreado, reflejo e iluminación se sientan más realistas, pues pretende emular su comportamiento físico en el mundo real.

Lo curioso es que, tal y como ya he comentado, existe desde hace muchísimos años, pero no se ha integrado en el mundo de los videojuegos hasta hace poco. Ahora es casi un indispensable en algunos de los títulos más potentes del mundo, siendo un elemento que muchos desarrolladores buscan recrear de la forma más efectiva posible.

Con todo esto en mente, podemos decir que es un sistema que se usa para mejorar la iluminación —perdón por ser redundante— que procede de una simple lámpara, del mismo Sol y la Luna, etc. La idea es aplicarla en todo tipo de elementos, desde un simple espejo hasta una superficie parcialmente reflectante, como una bola de bolos, o una superficie inestable, como el agua de un río.

Una vez más, quiero disculparme por ser redundante, mas para hablar de este tema no he podido evitarlo. Al menos habiendo intentado ser lo más claro posible. Siento si esto ha conducido a ser algo reiterativo, pero prefiero ser pesado y excederme que quedarme corto. Al menos en este caso en concreto. Dicho esto, quiero profundizar un poco más en el tema.

Profundizando un poco más en el tema

El trazado de rayos es una avanzada técnica de renderizado utilizada en gráficos por computadora para simular de manera extremadamente realista la interacción de la luz con objetos tridimensionales en un espacio virtual. A diferencia de los métodos tradicionales de rasterización, que se centran en proyectar píxeles en una pantalla, el trazado de rayos sigue la trayectoria de los rayos de luz desde la fuente de iluminación hasta la cámara, modelando con precisión fenómenos ópticos como reflexiones, refracciones, sombras y la interacción compleja de la luz con las superficies.

En su esencia, el proceso de trazado de rayos comienza con la emisión de rayos de luz desde la cámara a través de cada píxel en la pantalla. Estos rayos viajan a través del espacio virtual y, al encontrar objetos en su camino, interactúan de acuerdo con las propiedades ópticas de esos objetos. Las interacciones pueden incluir la reflexión, donde los rayos rebotan en la superficie y generan efectos de espejo; la refracción, que describe cómo la luz se dobla al pasar a través de materiales transparentes; y la absorción, donde la luz es absorbida por los objetos.

Un componente clave del trazado de rayos es la simulación realista de la iluminación global, que tiene en cuenta la contribución de todas las fuentes de luz en la escena para crear sombras suaves y efectos de luz ambiente. Además, se pueden incorporar técnicas de denoising para reducir el ruido visual en las imágenes generadas, mejorando así la calidad general de la representación.

Para llevar a cabo estas complejas simulaciones, se requiere un hardware relativamente potente, y las tarjetas gráficas modernas —especialmente aquellas diseñadas específicamente para el trazado de rayos— desempeñan un papel fundamental. Estas GPU a menudo incluyen Tensor Cores y RT Cores, que aceleran los cálculos necesarios para el trazado de rayos, mejorando significativamente el rendimiento.

Qué es el trazado de rayos y cómo funciona

¿Qué es el trazado de rayos y qué hardware y juegos lo soportan? | Ejemplo obtenido de la web oficial de NVIDIA.

Ahora que ya sabemos qué es, en realidad también sabemos cómo funciona aproximadamente. Pese a ello, entiendo que entender todo este proceso mediante un texto netamente desarrollado y tan técnico puede resultar algo complicado. Es por esto mismo que, para simplificar el proceso, os he querido traer una versión algo más simplificada del mismo. Sería tal que así:

Generación de rayos primarios

El proceso comienza con la generación de rayos primarios desde la cámara hacia cada píxel en la pantalla.
Cada rayo representa una línea recta en el espacio tridimensional, partiendo desde el ojo del observador (la cámara) y atravesando un píxel específico en la pantalla.

Intersección con objetos

Estos rayos primarios atraviesan la escena virtual y, al encontrar objetos, se verifica si hay intersección entre el rayo y la geometría del objeto.
Se utilizan algoritmos de intersección para determinar el punto exacto en el cual el rayo toca el objeto.

Cálculo de iluminación local

Una vez que se identifica la intersección, se calcula la iluminación local en ese punto. Esto implica considerar las propiedades del material en ese lugar y cómo interactúa con la luz.
Factores como la reflexión especular, la difusión y la emisión de luz se toman en cuenta en este cálculo.

Rayos secundarios

Si el material en el punto de intersección es reflectante o transparente, se generan rayos secundarios. Estos rayos reflejados o refractados siguen su propio camino en la escena.
Este proceso se repite para cada rayo secundario generado, creando así una cadena de reflexiones y refracciones.

Sombreado y texturización

Se aplica sombreado a los píxeles de acuerdo con la información de iluminación calculada. Esto incluye aspectos como sombras, reflejos y refracciones.
La texturización también se lleva a cabo para aplicar detalles de las texturas a los objetos, contribuyendo a la apariencia final de la escena.

Iluminación global

Para simular la iluminación global, se pueden lanzar rayos adicionales en diversas direcciones desde el punto de intersección. Estos rayos secundarios contribuyen a la iluminación ambiental y permiten capturar efectos de luz más realistas.

Denoising

Dado que el trazado de rayos puede generar imágenes con ruido, se utilizan técnicas de denoising para suavizar la apariencia final de la imagen, mejorando la calidad visual.

Este proceso se repite para cada píxel en la pantalla, y la combinación de todos los cálculos proporciona una representación visual detallada y realista de la escena tridimensional. Es importante destacar que el trazado de rayos es computacionalmente intensivo, y los avances en hardware, como las GPU especializadas, han permitido hacerlo más práctico en tiempo real, especialmente en el contexto de videojuegos y aplicaciones interactivas.

Qué es el trazado de rayos o ray tracing y cómo es el tema de las compatibilidades

Por supuesto, todo este proceso tiene su relación con el mundo de los videojuegos, pues se puede usar en el diseño gráfico de estos de manera bastante efectiva. El proceso en realidad es el mismo sea cual sea la industria en la que se integren, pues su funcionamiento es el mismo. El problema cuando adscribimos todo esto al mundo del gaming es que afecta muy notablemente al rendimiento.

Es por eso que, aunque en el título hablamos de juegos, la realidad nos dice que debemos hablar de hardware. A fin de cuentas, son cada vez más los videojuegos que integran la opción de activar o desactivar el ray tracing. Al hacerlo, el rendimiento varía, pues es un elemento que consume muchos recursos. Es decir, que varía la tasa de frames por segundo ante la necesidad de incluir cálculos más complejos en el proceso.

Por eso, antes que mirar un juego, es mejor echar un vistazo vuestra GPU primero. Cuando citamos a NVIDIA, podemos destacar los modelos que vienen con la etiqueta RTX. Es decir, NVIDIA GeForce RTX 20XX, NVIDIA GeForce RTX 20XX ti, NVIDIA GeForce RTX 30XX, NVIDIA GeForce RTX 30XX ti, NVIDIA GeForce RTX 40XX y NVIDIA GeForce RTX 40XX ti. También plodemos sumar los modelos como los Quadro RTX 4000, 5000, 6000 y 8000, por ejemplo, así como algunas gráficas mucho más antiguas que han recibido ciertas actualizaciones, pero son menos frecuentes.

Cuando hacemos lo mismo con las tarjetas gráficas de AMD, debemos las series Radeon RX —- XT son las que suelen dar esa compatibilidad, destacando algunas como AMD Radeon RX 6600 XT, AMD Radeon RX 6700 XT, AMD Radeon RX 6800, AMD Radeon RX 6800 XT, AMD Radeon RX 6900 XT, además de la nueva y flamante serie Radeon RX 7000 y sus variantes, por supuesto.

Listado de juegos

Pese a ello, sí que quiero daros un listado, aunque en esta ocasión es necesario citar a los compañeros de DigitalTrends, pues la presente lista ha sido confeccionada por ellos. Es una de las más actualizadas y completas que he encontrado, pero es muy posible que falten algunos juegos. Algo lógico si tenemos en cuenta que cada vez son más los estudios que se aventuran en este universo y que, de hecho, es imposible citarlos a todos.