Qu’est-ce que le Ray Tracing et comment ça marche ?

Si vous jouez régulièrement à des jeux vidéo ou si vous avez regardé l’un des films d’animation de Pixar ou de Disney au cours des deux dernières années, vous avez déjà vu le lancer de rayons en action sans vous en rendre compte.

Le terme a créé un buzz important dans l’industrie du jeu au cours des deux dernières années environ, et il est présenté comme l’avenir des graphismes dans les jeux. Alors, qu’est-ce que le lancer de rayons, comment ça marche et pourquoi est-ce si important ?

Qu’est-ce que le lancer de rayons ?

Le lancer de rayons est une méthode de rendu graphique qui utilise des algorithmes pour calculer où la lumière et les ombres sont censées se trouver dans les jeux vidéo.

C’est là que la science à l’école élémentaire est utile : regardez une tasse. Lorsque vous regardez la tasse, la lumière rebondit sur la tasse directement dans votre œil et votre cerveau comprend que l’objet assis devant vous est une tasse. Maintenant, depuis la tasse, déplacez vos yeux pour trouver la source de lumière dans votre pièce. C’est le lancer de rayons.

Dans les jeux vidéo 3D que nous avons maintenant, l’algorithme de traçage de rayons commence par le point de vue du joueur et vise à « tracer », identifier et cartographier la lumière, les couleurs et les ombres de plusieurs objets sur un écran.

En conséquence, les graphiques produits via le lancer de rayons sont plus lisses sur les bords et plus réalistes.

Avant le lancer de rayons

Crédit image : Intel

Si vous voulez savoir à quoi ressemblaient les images en mouvement avant le lancer de rayons, jetez simplement un coup d’œil aux jeux vidéo créés au début des années 2000 et comparez-les avec les titres de jeux vidéo AAA actuellement sur le marché.

L’infographie traditionnelle utilise une méthode appelée rastérisation, où le concept et le traçage des sources de lumière 3D sont convertis en une surface 2D. Les polygones 3D sont traduits en pixels 2D, et cela ne se passe pas toujours bien car vous forcez essentiellement un objet complexe avec de nombreuses surfaces sur une surface plane.

En plus de cela, les ordinateurs traditionnels n’étaient tout simplement pas assez rapides pour suivre l’intensité des jeux vidéo. Bien que de nombreuses améliorations aient été apportées à la rastérisation, lorsqu’il s’agit de présenter un jeu de tir intense à la première personne, par exemple, il est insuffisant par rapport au lancer de rayons.

Fonctionnement du lancer de rayons

Le lancer de rayons semble simple et passionnant en tant que concept, mais ce n’est pas une technique facile. Alors, comment fonctionne le lancer de rayons ?

Le lancer de rayons exécute un processus appelé « débruitage », où son algorithme, en partant de la caméra – votre point de vue – trace et identifie les nuances de lumière et d’ombre les plus importantes. À l’aide de l’apprentissage automatique, il «remplit les lacunes» pour former une image photoréaliste.

Ainsi, plus la scène d’un jeu vidéo est lumineuse, plus la qualité graphique est élevée, et plus la qualité est élevée, plus c’est cher. Cela nous amène à la raison de l’arrivée tardive du lancer de rayons dans l’industrie du jeu vidéo.

Pourquoi le Ray Tracing a-t-il été évité pendant si longtemps ?

Il faut savoir que le ray tracing n’est pas non plus une technique nouvelle. Hollywood utilise le lancer de rayons bien avant que la technologie ne fasse son entrée dans l’industrie du jeu vidéo. Le film de Pixar de 2013, Monsters University, était en fait le premier film d’animation à utiliser la technologie de lancer de rayons pour tous les éclairages et ombrages. Alors pourquoi le lancer de rayons est-il arrivé si tard dans les jeux vidéo ?

Premièrement, en termes de mécanique, le lancer de rayons lui-même est exigeant en termes de calcul. L’application de la technologie de lancer de rayons sur un film d’action standard de 90 minutes à 24 images par seconde est déjà extrêmement chronophage. Les animateurs peuvent passer des jours ou des semaines sur une seule scène, alors imaginez à quel point il est plus intense de lancer des rayons sur un jeu vidéo standard qui s’exécute à 60 images par seconde. Ce n’était tout simplement pas pratique.

Ensuite, comme mentionné ci-dessus, le lancer de rayons est coûteux. Outre le fait que cela prend du temps, le budget élevé est la raison pour laquelle seules les méga sociétés de production cinématographique d’Hollywood ont toujours pu se permettre le lancer de rayons. La Monsters University de Pixar a coûté 200 millions de dollars, tout comme Toy Story 4, sorti en 2019.

Alors que les cartes graphiques modernes prenant en charge le lancer de rayons en temps réel vont de 400 $ à 3 000 $.

Lorsque le lancer de rayons est utilisé

Crédit image : Nvidia/Blog Nvidia

Le lancer de rayons est utilisé un peu partout dans un jeu vidéo, mais particulièrement dans les scènes coupées. Avez-vous déjà remarqué pourquoi votre personnage a l’air plus réaliste et sophistiqué pendant les cinématiques de jeux vidéo ? C’est le lancer de rayons en action. Le titre AAA à succès de 2019, Control, est le meilleur exemple de lancer de rayons réussi dans un jeu vidéo.

En dehors des jeux vidéo, le lancer de rayons est également utilisé dans de nombreuses industries. En architecture, le ray tracing est embarqué dans des applications logicielles pour la modélisation 3D d’un bâtiment. Cela rend l’imagination d’un architecte d’une conception de bâtiment plus réaliste que les croquis de concept dessinés à la main, et la lumière de modélisation est plus précise. En ingénierie, le lancer de rayons est également utilisé dans un but similaire.

Développeurs de jeux et Ray Tracing

Après avoir acquis la société de traçage de rayons RayScale en 2008, Nvidia est devenu le premier du secteur à lancer commercialement le traçage de rayons. En 2018, il a présenté ses cartes graphiques de la série GeForce RTX aux consommateurs. Depuis lors, de grands développeurs de jeux ont rejoint le jeu du lancer de rayons, un par un.

En 2019, Epic Games et Utility Technologies ont annoncé que leurs moteurs matériels de signature offraient désormais une prise en charge native du lancer de rayons. En 2018, Microsoft a intégré le lancer de rayons dans DirectX 12, son logiciel clé de programmation multimédia et de jeux pour Xbox One. Début 2020, le titan de la technologie a dévoilé DirectX 12 Ultimate, une mise à niveau vers DirectX 12.

Si vous souhaitez en savoir plus sur le ray tracing, consultez notre comparatif des derniers produits GeForce RTX de Nvidia. Si vous êtes un utilisateur Linux, découvrez comment les différents GPU de Nvidia et AMD s’empilent sur Linux.

Le lancer de rayons façonnera l’avenir du jeu

Essentiellement, ce que promet le lancer de rayons est une expérience visuelle de haute qualité pour un maximum de plaisir. Le lancer de rayons dans les jeux vidéo en est encore à ses débuts, mais son entrée sur le marché marque un avenir prometteur pour l’industrie d’un milliard de dollars.