Cos'è il Ray Tracing

Se siete appassionati di videogiochi o di tecnologia in generale, sicuramente negli ultimi anni avrete sentito parlare di Ray Tracing, una tecnica che ha migliorato in modo spettacolare l'esperienza visiva dei giochi per computer o console.

Se infatti possedete l'hardware giusto, avrete notato che alcuni titoli hanno una resa molto più realistica e immersiva, quasi cinematografica, da farvi spalancare la bocca di meraviglia. Ma cos'è il Ray tracing e come è sfruttato nelle console o nei PC? In questo articolo cercheremo di rispondere alla domanda, analizzando anche l'eterno confronto tra NVIDIA e AMD e i videogiochi che lo sfruttano.

Nel 2018, NVIDIA lanciò le nuove GPU RTX 2080 e 2070, che dopo mesi di anticipazioni e rumor, portavano finalmente sul mercato il Ray Tracing. Questa tecnologia prometteva di rivoluzionare l'esperienza di gioco, ma cos'è esattamente?

Uno dei principali obiettivi della grafica 3D dei videogiochi è rendere le scene quanto più realistiche possibile, e questo viene in buona misura ottenuto non solo lavorando sugli oggetti, i personaggi o il mondo circostante, ma anche sull'illuminazione.

Il Ray Tracing è una tecnica di rendering in grado di produrre effetti di luce, specialmente riflessi, incredibilmente realistici, ed è qualcosa usato nell'industria cinematografica da anni. Ma per i videogiochi, che devono accedere alla potenza computazionale necessaria per produrre questo effetto a costi accessibili per gli utenti, è un'altra storia, ed è qui che sta la vera novità.

Facciamo un passo indietro e torniamo al Ray Tracing, che in sostanza funziona come l'illuminazione del mondo reale. Immaginate di puntare una torcia su un oggetto e tracciare come il raggio di luce rimbalza sulla sua superficie. Ora immaginate di ripetere l'esperimento con molti raggi, usando quelli che tornano (e non tornano) per capire come dovrebbe apparire la scena. Ad esempio, i raggi che non sono tornati sono stati probabilmente bloccati da un oggetto, creando così un'ombra, proprio come avviene per i radar.

Il Ray Tracing è esattamente questo, una tecnologia che consente ombre e riflessi notevolmente più realistici, insieme a translucenza e dispersione notevolmente migliorate.

L'algoritmo tiene conto del punto in cui la luce colpisce un oggetto e calcola l'interazione proprio come l'occhio umano la elaborerebbe, influenzando anche i colori che vedete.

Come potete intuire, la quantità di calcolo necessaria perché l'algoritmi tracci il percorso della luce e simulare il modo in cui questa interagisce con gli oggetti virtuali che colpisce nel mondo generato al computer, è enorme. Un conto è farlo per un film, con tempo e budget elevato a disposizione, un altro praticamente in tempo reale nella nostra camera con un computer da uno-due migliaia di euro. 

Rasterizzazione o Ray Tracing?

Questo è il motivo per cui fino a pochi anni fa i videogiochi usavano la rasterizzazione per il rendering di mondi virtuali in 3D. La rasterizzazione è un modo più veloce per eseguire il rendering in computer grafica, in quanto converte la grafica 3D in pixel 2D da visualizzare sullo schermo, "appiattendola" e usando uno strato di pixel shader per rappresentare un'illuminazione realistica. Questo strato aggiunge l'informazione relativa a come reagiscono gli oggetti quando colpiti dai raggi luminosi.

Con la rasterizzazione, ogni oggetto viene prima colorato, quindi ne vengono mostrati solo i pixel più vicini all'occhio. Al contrario, il Ray Tracing colora prima i pixel, quindi li identifica con gli oggetti in un secondo momento. Più praticamente Entrambi vengono usati per ottenere più o meno lo stesso risultato, ma con risultati molto diversi. Un conto è calcolare il riflesso di una luce emessa da una sorgente statica, un altro è ottenere l'informazione direttamente dalla luce stessa.

Vediamo un paio di esempi pratici. Qui sotto potete vedere un esempio di gioco con grafica rasterizzata e con Ray Tracing. Converrete che i riflessi siano impressionanti, vividi e realistici. 

E ancora, qui sotto potete apprezzare come le ombre con Ray Tracing siano più morbide e realistiche rispetto alle versioni rasterizzate, più dure e artefatte. La loro oscurità varia a seconda della quantità di luce che un oggetto sta bloccando e anche all'interno dell'ombra stessa, mentre la rasterizzazione sembra conferire a ogni oggetto un bordo troppo definito.

È difficile tornare indietro dopo aver provato l'esperienza del Ray Tracing.

Anche un gioco come Minecraft ha beneficiato incredibilmente dal Ray Tracing, con effetti visivi incredibilmente realistici per quanto riguarda i raggi luminosi, le ombre, i riflessi e la rifrazione della luce. 

Al momento però il rendering di un intero gioco in Ray Tracing in tempo reale è ancora ben oltre le capacità dell'hardware odierno (e forse non è neanche necessario). I titoli lo utilizzano solo per determinati effetti, principalmente quelli relativi alle ombre e all'illuminazione, mentre tutto il resto è ancora rasterizzato. Ecco quindi perché si parla di rendering ibrido.

L'impatto sulle prestazioni

Fin qui tutto bene, la nuova tecnologia consente una resa grafica incredibile, quasi cinematografica, con un realismo mai visto. Ma tutto questo avviene grazie a schede video potentissime, dotate di unità di calcolo apposite. Qual è quindi l'impatto sulle prestazioni? La risposta non è semplice e dipende sia dal vostro sistema che dal gioco a cui state giocando.

Le GPU di fascia alta non avranno difficoltà a implementare efficacemente la tecnologia, e non vedrete cali drastici nelle performance, che però potrebbero anche essere nell'ordine dei 30-40 FPS.

Detto questo, gli sviluppatori di giochi stanno ottimizzando considerevolmente i loro titoli e, anche grazie all'utilizzo di tecnologie come DLSS, l'impatto sulle prestazioni sarà sempre minore e sarà possibile utilizzare schede video sempre meno costose (Intel vuole porsi come alternativa in questo senso). Quindi il Ray Tracing è tra noi, e se la scelta dell'acquisto di una scheda grafica che lo supporta può essere ancora fonte di dibattito tra l'effettiva utilità e i costi, non c'è dubbio che la strada sia ormai aperta (e una volta provato, difficilmente non noterete la differenza).

E questo senza considerare che, come vedremo nei paragrafi successivi, i produttori delle console di gioco Xbox e PlayStation 5, Microsoft e Sony, hanno fatto la loro scelta, passando al Ray Tracing senza indugi.

Il futuro

E il futuro? Ancora è presto per dirlo, visto che il Ray Tracing non è ancora diffuso, ma grandi speranze sono rivolte verso il Path Tracing. Questa tecnologia è praticamente un Ray Tracing al nandrolone, in cui si tracciano centinaia o migliaia di raggi luminosi (e non poche decine) lungo ogni pixel. La quantità di dati è ovviamente decuplicata il che comporta una quantità di calcolo necessaria molto maggiore. Due sono i problemi da superare. Il primo è che bisogna tracciare i "raggi corretti", cioè quelli che restituiscono il maggior numero possibile di informazioni, mentre il secondo è che tutto questo aumenta il rumore, e quindi bisogna "pulire" l'immagine per renderla nitida.

Le difficoltà da superare dal punto di vista della potenza di calcolo sono ancora enormi e al momento, grazie alla sua precisione, imparzialità e semplicità algoritmica, il Path Tracing viene utilizzato per generare immagini di riferimento durante il test della qualità di altri algoritmi di rendering.

Lanciata nel 2020, la console di Sony (qui la nostra recensione) era la console next-gen più potente, costruita in collaborazione con AMD e con CPU Ryzen Zen 2 e GPU RDNA 2 capace di 10,2 TFLOPS di potenza grafica. Numeri mostruosi per l'epoca, che si univano alla possibilità di giocare in 4K con Ray Tracing a 30 fps, o a 60 fps senza. 

Il supporto del Ray Tracing da parte di Sony nella sua PlayStation 5 ha dato una grande spinta all'utilizzo della tecnologia ed è stata anche una delle caratteristiche che hanno contribuito al successo della console. Inoltre da poco la PS5 ha ottenuto il supporto al Variable Refresh Rate (VRR), che consente di regolare dinamicamente la frequenza di aggiornamento dello schermo (con TV compatibili), rendendo così i giochi più fluidi e minimizzare l'impatto del Ray Tracing sulle performance.

Per il futuro, però già si parla di Ray Tracing 4K 60 fps, ma bisognerà aspettare la PS5 Pro.

 Qui sotto trovate la lista di giochi per PS5 che supportano il Ray Tracing.

Lista giochi PS5 che supportano il Ray Tracing

Sempre nel 2020, anche Microsoft ha lanciato le sue console Xbox Series X e Series S, sempre dotate di hardware AMD.

Sempre CPU Zen 2 e GPU RDNA 2 per quanto riguarda la più potente Xbox Series X e CPU Jaguar e GPU Radeon per Xbox Series S.

La proposta più interessante, Xbox Series X, è ovviamente dotata di Ray Tracing, che si può arrivare o disattivare attraverso i menu di gioco. I titolo più popolari, come Fortnite, Cyberpung 2077 e molti altri. Trovate la lista completa qui sotto. In teoria, anche Xbox Series S supporta il Ray Tracing, ma essendo dotata di hardware di potenza inferiore, i titoli supportati sono molti meno.

Lista giochi Xbox che supportano il Ray Tracing

Come abbiamo visto, il Ray Tracing è arrivato nelle nostre case grazie alle schede grafiche RTX di NVIDIA, ma poi anche AMD ha recuperato terreno e lanciato le sue proposte.

Avrete bisogno di una scheda grafica recente e costosa per vedere il Ray Tracing a casa, visto che il Ray Tracing con accelerazione hardware è disponibile solo sulle GPU Nvidia RTX o sulle GPU AMD serie RX 6000. Anche le schede GTX serie 10 e 16 supportano il Ray Tracing, ma mancano dei core RT (Ray Tracing Core, le unità di accelerazione dedicate allo svolgimento delle operazioni dedicate al Ray Tracing) per renderle comodamente giocabili, mentre si stanno ora affacciando le soluzioni di Intel, che offrono il Ray Tracing a prezzi accessibili.

Ecco la lista di GPU che supportano il Ray Tracing.

Nel capitolo sopra, abbiamo visto come la "lotta" per il Ray Tracing sia stata fino a quest'anno un affare a due tra NVIDIA e AMD, con il terzo incomodo Intel spuntata quest'anno.

Dal punto di vista tecnico, le schede a marchio RTX di Nvidia sono dotate di un'implementazione di rendering grafico proprietaria che NVIDIA chiama, appunto, RTX specifica per il Ray Tracing.

Questa implementazione può utilizzare DirectX 12 e, più specificamente, la API DirectX Raytracing (DXR) per visualizzare i percorsi luminosi nel motore del gioco. DXR è un'API che può funzionare indipendentemente dall'hardware di NVIDIA o in combinazione con esso, e quindi anche sulle altre schede.

Ora, tutte le schede RTX di NVIDIA supportano il Ray Tracing e le GPU della serie RTX 40 più recenti sono dotate di una tecnologia chiamata SER (Shader Execution Reordering) che, secondo NVIDIA, può aumentare le prestazioni del 25% nei giochi con Ray Tracing. Questa tecnologia funziona ottimizzando la potenza di calcolo disponibile quando le istruzioni per il Ray Tracing vengono elaborate dalla GPU. Questo, insieme al nuovo DLSS 3, dovrebbe consentire a non percepire un impatto sulle prestazioni quando il Ray Tracing è attivo. 

Ma la soluzione di NVIDIA non è l'unica disponibile. ReShade è uno strumento molto popolare che cambia l'illuminazione dei giochi e consente di ottenere un effetto simile al Ray Tracing per titoli che non lo supportano.

Oppure c'è AMD. 

AMD ha fatto un balzo in avanti per fornire il Ray Tracing con accelerazione hardware con il lancio delle GPU serie RX 6000. Le schede RX 6800, 6800 XT e 6900 XT sono dotate del supporto a DirectX 12 e offrono prestazioni eccellenti, anche se forse non è del tutto al livello di NVIDIA per quanto riguarda il Ray Tracing. Anche le versioni meno potenti supportano in teoria la tecnologia, ma con risultati non proprio soddisfacenti.

Ora, per capire perché AMD sia ancora leggermente indietro, bisogna considerare che l'architettura delle schede RX 6000 è la stessa Big Navi che troviamo nelle GPU nelle console PS5 e Xbox Series X. Per il futuro non possiamo che attenderci ulteriori miglioramenti, anche considerate i rumor intorno alle RX 7000.

Se volete giocare a risoluzioni superiori a 1080p e con frame rate di 60 fps o più, la soluzione migliore è spendere per una scheda grafica top di gamma.

A 4K, la RTX 3080 e la RX 6800 XT sono le carte migliori, ma potete anche ripiegare su una RTX 3070 o RX 6800 se siete disposto a passare a 1440p per alcuni titoli. Se volete capire se il vostro PC funzionerà con il Ray Tracing, potete usare questo benchmark.

Videogiochi per PC che supportano il Ray Tracing