Cos’è il ray tracing? La tecnica di computer grafica in parole semplici!

Il ray tracing è una tec­no­lo­gia di computer grafica che calcola in modo rea­li­sti­co i raggi luminosi visibili e non visibili. Rende anche possibile un’il­lu­mi­na­zio­ne rea­li­sti­ca nei vi­deo­gio­chi e nelle grafiche animate in 3D ed è uti­liz­za­ta come ca­rat­te­ri­sti­ca hardware sotto forma di ray tracing in tempo reale. Ma che cos’è pre­ci­sa­men­te questo ray tracing?

La funzione del ray tracing è fon­da­men­tal­men­te semplice: creare una grafica in 3D con oggetti tri­di­men­sio­na­li con l’aiuto di un software di mo­del­la­zio­ne 3D (per esempio, Blender o Cinema 4D) e animarla come scena. Per simulare un’il­lu­mi­na­zio­ne vicina al reale in paesaggi rea­li­sti­ci in 3D, si po­si­zio­na­no le fonti luminose per rendere “visibili” gli oggetti tri­di­men­sio­na­li. È qui che entra in gioco il ray tracing. Come in ogni ani­ma­zio­ne 3D, una camera digitale simula l’occhio dell’os­ser­va­to­re. Grazie alla tec­no­lo­gia del ray tracing, l’algoritmo estrae i raggi o linee tra gli oggetti e la fo­to­ca­me­ra cal­co­lan­do se questi sono visibili per la fo­to­ca­me­ra e il numero di pixel necessari per ciascuna linea.

Inoltre, il ray tracing può di­stin­gue­re se i raggi luminosi pro­ven­go­no dalle fonti luminose originali o da oggetti riflessi sul campo visivo della fo­to­ca­me­ra. L’algoritmo definisce su queste in­for­ma­zio­ni i colori dei pixel sulla base dei raggi, dei riflessi, delle incidenze di luce e delle texture delle superfici tracciate. Nel processo di rendering sono inseriti anche gli oggetti e le fonti luminose non visibili. Ne risulta un modello d’il­lu­mi­na­zio­ne rea­li­sti­co con effetti complessi di luce e ombra in tempo reale. Inoltre, la tec­no­lo­gia RTX di Nvidia lavora con un sistema di in­tel­li­gen­za ar­ti­fi­cia­le chiamato “Deep Learning Super Sampling” per creare una ri­so­lu­zio­ne e una frequenza dei fo­to­gram­mi ottimale.

L’effetto totale che il ray tracing può eser­ci­ta­re sul realismo di una grafica in 3D dipende dai ri­spet­ti­vi processi di ray tracing. Qui in basso faremo una dif­fe­ren­za tra i seguenti metodi di ray tracing in base alle pre­sta­zio­ni ne­ces­sa­rie e allo sviluppo storico:

1. De­ter­mi­na­zio­ne della su­per­fi­cie nascosta: in questo processo di calcolo ru­di­men­ta­le non con­ver­go­no nell’ani­ma­zio­ne né gli effetti d’ombra né gli effetti di luce.
2. Si­mu­la­zio­ne delle ombre: si applicano le fonti luminose dirette e le ombre nette, gli effetti di riflesso non sono però calcolati.
3. Ray tracing ricorsivo: oltre alle fonti luminose dirette e alle ombre nette, il ray tracing si applica per i riflessi a specchio sugli oggetti tra­spa­ren­ti o ri­flet­ten­ti.
4. Ray tracing diffusivo: oltre all’il­lu­mi­na­zio­ne e alla ri­fra­zio­ne diretta, per le si­mu­la­zio­ni rea­li­sti­che di ombra si fa il render anche di ombre assolute/penombre e altre linee di ombra.
5. Path tracing: il modello di il­lu­mi­na­zio­ne include e comprende solo le fonti luminose, i riflessi e le ri­fra­zio­ni visibili e non visibili provocate da oggetti il­lu­mi­na­ti, creando si­mu­la­zio­ni di ombre rea­li­sti­che in base alla pro­ie­zio­ne.

Il ray tracing si utilizza so­prat­tut­to nella grafica 3D per computer ed è sempre più diffuso nel settore dei vi­deo­gio­chi dalla nascita della ge­ne­ra­zio­ne di schede grafiche RTX di Nvidia nel 2018. La tec­no­lo­gia del ray tracing, attivata o sup­por­ta­ta già dall’hardware, permette di rap­pre­sen­ta­re gli effetti di il­lu­mi­na­zio­ne nei giochi in modo ancora più rea­li­sti­co. In questo modo rientrano negli effetti grafici della rap­pre­sen­ta­zio­ne non soltanto gli effetti di luce presenti nel campo visivo (i co­sid­det­ti effetti Screen­spa­ce), ma anche i riflessi, le luci e le ombre al di fuori del campo visivo (incluso un sole virtuale globale). Poiché tutto questo richiede grandi pre­sta­zio­ni negli hardware dotati di ray tracing, si tratta di una ca­rat­te­ri­sti­ca che finora si utilizza solo in pochi giochi.

Il ray tracing è ancora agli esordi nel mondo delle tec­no­lo­gie di rendering. Al momento la serie RTX 3000 di Nvidia (la seconda ge­ne­ra­zio­ne di schede grafiche RTX di Nvidia) rap­pre­sen­ta il prossimo passo nella tec­no­lo­gia del ray tracing poiché offre maggiori unità. A causa delle diverse dotazioni dei PC e delle enormi pre­sta­zio­ni richieste, però, l’utilizzo di questa tec­no­lo­gia resta per ora relegato in una nicchia della grafica. Le nuove ge­ne­ra­zio­ni di console come la Xbox Series X o la Play­sta­tion 5 stanno muovendo i primi passi nel supporto globale del ray tracing grazie a un’unica dotazione.

Finora, soltanto pochi sistemi hardware e software sono stati in grado di sup­por­ta­re la tec­no­lo­gia di ray tracing. Per avere rap­pre­sen­ta­zio­ni fluide di giochi e ani­ma­zio­ni con il ray tracing, è ne­ces­sa­rio avere un computer ef­fi­cien­te e una scheda grafica RTX. È quasi ine­vi­ta­bi­le dover po­ten­zia­re il proprio PC spendendo dei soldi per disporre delle pre­sta­zio­ni ne­ces­sa­rie. Tra le varie schede grafiche che sup­por­ta­no il ray tracing troviamo la prima e la seconda ge­ne­ra­zio­ne di RTX di Nvidia (per esempio, GeForce RTX 2070 e GeForce RTX 3070). Anche alcune schede grafiche spo­ra­di­che di AMD della ge­ne­ra­zio­ne Radeon RX 6000 sono già com­pa­ti­bi­li con il ray tracing.

Diversi vi­deo­gio­chi per PC e console sup­por­ta­no il ray tracing.

• Minecraft RTX
• Shadow of the Tomb Raider
• The Witcher 3: Complete Edition
• Call of Duty: Black Ops Cold War
• Control
• F1 2021

• Gran Turismo 7
• Halo Infinite
• Watch Dogs: Legion
• Gears 5