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Funcionamiento del RTX y las mejoras que aporta a los videojuegos.
Alejandro Benavides.
Universidad San Francisco de Quito.
Cosmos.
Michael Koziol.
9 de noviembre de 2022.
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El RTX en los videojuegos. Aportes y funcionamiento
El trazado de rayos es una tecnología que, si bien no es nueva, ha comenzado a asentarse en los
videojuegos. Su finalidad principal es brindar realismo a las imágenes reproducidas en la pantalla, pero,
para esto, el RTX debe convivir con otros procesos del desarrollo 3D, además de tener algunas
desventajas. Es debatible si las exigencias de esta tecnología merecen la pena para los resultados
obtenidos. No se puede negar que esta tecnología afecta a la manera de consumir videojuegos, pues
permite un mejor estudio de la luz y, por ende, una aproximación más inmersiva a los mundos digitales.
El desarrollo en tres dimensiones posee tres elementos clave: cámaras, escenas y modelos.
Todo objeto en un entorno tridimensional es un modelo, cuya anatomía es constituida por polígonos,
que a su vez se distribuyen en un plano por medio de coordenadas. Este entorno tridimensional debe
ser alisado para poder observarse en un plano bidimensional, como lo es una pantalla. Para esto, se
lleva a cabo un proceso conocido como “rasterizado”, en donde los pixeles de la pantalla se iluminan
para formar la figura 3D.
Los pixeles con los que se comunica el rasterizado no deben dejar de interpretar las luces que se
“prefabrican” en el diseño. Es decir, todas las luces, sombras y reflejos de un escenario digital son una
decisión premeditada, la cual no desaparece en el rasterizado. En los videojuegos existen,
primordialmente, dos tipos de iluminación: direccional y dinámica. La primera de estas comprende el
color sujeto a los modelos, lo que se refiere a su piel, vestimenta, material, etc. Esta luz no define
sombras o reflejos, aunque logra comunicar primeros volúmenes. La luz dinámica altera el color base de
un modelo con relación a la fuente de luz. Esto se conforma por sombras y brillos, los cuales cambian de
posición con el movimiento del jugador.
Otro factor influyente en la apariencia de los modelos 3D es la textura, la cual permite distinguir
de qué material debería estar hecho el modelo. Las texturas, por si solas, corresponden a la luz
direccional, pero es común utilizarlas para simular reflejos, refracciones y sombras cuya naturaleza es
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compleja de calcular. Las texturas que son animadas y ancladas a un modelo para simular ambientación
conforman los “Lightmaps”. Estos mapas son el compendio de los recursos utilizados para iluminación
ambiental, es decir, las técnicas utilizadas para prediseñar los juegos de luces se consolidan en
lightmaps.
Estos recursos que simulan la luz natural fueron desarrollados para superar las limitaciones
técnicas que existen en el desarrollo de este elemento, en especial en sus complejos detalles. Por otro
lado, en otros medios, como televisión y películas, se aprecia que la iluminación, texturas y animación
son más avanzados, con una definición y atención al detalle superior, esto a pesar de que existen
videojuegos de presupuestos mayores. La explicación no se encuentra en los procesos de producción,
sino en la tecnología utilizada. Mientras los videojuegos deben pasar por modelado, rasterizado,
creación de lightmaps, recursos más artesanales, las películas utilizan el “Ray Tracing”.
Esta tecnología se define como un conjunto de algoritmos que dibuja distintas líneas, desde las
fuentes de luz y desde el punto de vista o cámara por donde se observa la imagen. El ray tracing toma en
cuenta todas las fuentes de luz y las superficies en donde ésta se refleja, refracta y difumina, por lo que,
cuando los rayos vuelven al punto de origen para plasmar una imagen en la pantalla, la luz posee una
naturaleza más realista. Estos rayos simplifican muchos de los procesos necesarios para imitar la luz
natural en la animación, pero presenta diversas desventajas. Una de ellas, es la evidente exigencia
computacional y electrónica, que limita la cantidad de equipos que pueden utilizar esta tecnología. La
segunda y principal desventaja es la colisión.
Al igual que la luz, la interacción entre modelos 3D es fabricada. En realidad, los modelos son
incapaces de tocarse, por lo que es necesario programar un conjunto de algoritmos dedicados a las
colisiones, similar a los lightmaps. Este sistema se conoce como “Hitbox”, sólidos invisibles que fungen
como márgenes para iniciar las animaciones correspondientes a una colisión. Los lightmaps y las
hitboxes se agrupan en un árbol de códigos, y éste se divide en ramas y subramas. Las ramas separan los
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códigos según su función, mientras que las subramas dividen los escenarios en cuadrantes, lo cual
permite que las computadoras ejecuten los códigos de un cuadrante a la vez, en lugar de renderizar
todo en todo momento.
El trazado de rayos se basa en las colisiones de las líneas dibujadas sobre las superficies de un
escenario. Esto, de nuevo, supone un gran coste computacional y energético. Por esta razón, esta
tecnología es más ocupada en cine, ya que las empresas productoras poseen granjas de procesadores
capaces de renderizar una película completa con esta técnica. Mientras que, en videojuegos, lo más
común es poseer tan solo un procesador, el cual debe interactuar además con otro hardware, por lo que
el ray tracing sigue siendo algo no habitual. Debido a esto, dentro de esta industria, el ray tracing se
suele utilizar por capas, es decir, puede usarse solo para las sombras, solo para los reflejos, o pueden
someterse las escenas a ray tracing solo para que los desarrolladores observen cómo se ven y
posteriormente creen estos efectos con las técnicas tradicionales.
Con el ray tracing, la luz posee mecánicas más naturales, por lo que simplifica muchos de los
procesos que se han desarrollado para imitar la luz realista. Esto a cambio de un gran consumo
computacional y energético. Esta tecnología se basa en el trazado de líneas que calculan de mejor
manera la interacción de la luz entre los modelos de una escena 3D, para luego, con los datos
recopilados, crear una imagen reproducible por una pantalla. Si bien esta tecnología no posee mucho
camino recorrido en los videojuegos, sus años de uso en el cine demuestran que el ray tracing
transformará la manera de desarrollar y consumir videojuegos.