Depuis quelques années, les constructeurs de cartes graphiques, de consoles et même les studios de jeu vidéo font la promotion du ray tracing, une nouvelle manière de rendre vos jeux en 3D encore plus beaux. Mais de quoi s’agit-il exactement ?
Fin 2018, Nvidia sortait ses nouvelles cartes graphiques, les GeForce RTX 2000, avec un argument de poids : elles sont capables de gérer le ray tracing en temps réel dans les jeux vidéo. Si l’expression a longtemps été une arlésienne dans le monde du jeu, elle fait cependant référence à une technique bien connue des artistes 3D, qui l’utilisent depuis des années dans l’industrie du cinéma, entre autres. Avant d’aller plus loin, il est important de comprendre de quoi l’on parle.
Une autre méthode de rendu 3D
Lors de la création d’une scène en trois dimensions, un ordinateur va générer l’environnement à partir d’objets constitués de polygones, eux-mêmes modélisés à partir d’un assemblage de plusieurs triangles, puis rendre l’ensemble dans une grille de pixels créant une image en deux dimensions adaptée à nos écrans.
Cette méthode de rendu, appelée rastérisation, est utilisée depuis des décennies dans le monde du jeu vidéo car, tout en étant assez légère et rapide pour nos PC et consoles, elle permettait d’obtenir un rendu assez réaliste et précis des formes géométriques.
D’autres méthodes existent pour rendre une scène en 3D, et parmi elles, celle du ray tracing est particulièrement prisée pour son réalisme dans la reproduction de la lumière, des reflets et des ombres. La génération d’une scène en ray tracing se fait « dans l’autre sens » par rapport à la rastérisation. Au lieu de rendre une image représentant la scène modélisée, elle consiste à utiliser une caméra virtuelle dans la scène à partir de laquelle des rayons vont être diffusés vers les différents objets de celle-ci et rebondir de l’un à l’autre jusqu’à atteindre une source lumineuse, exactement comme un vrai rayon (ray) de lumière.
Idéalement, chaque pixel de l’écran représentera un rayon dans la scène, et le trajet effectué par celui-ci au fil des rebonds permettra d’obtenir une image d’autant plus réaliste.
De lourdes contraintes techniques
Alors que la rastérisation oblige les artistes à simuler une source de lumière ainsi qu’une approximation de son effet sur l’environnement et les objets, ce qui donne parfois des résultats imprécis, le ray tracing a donc l’avantage de reproduire des effets de lumière plus vrais que nature.
Mais, malgré ces arguments, il a toutefois mis longtemps à s’inviter dans nos jeux, car un tel procédé demande une puissance de calcul considérable, trop importante pour les machines dédiées au jeu vidéo. En effet, le temps de calcul d’une image générée en ray tracing peut prendre entre quelques minutes et plusieurs heures, en fonction de la complexité de la scène et de la puissance de calcul consacrée. Hollywood peut se contenter de ces délais pour ses films, dont la durée de production peut atteindre quelques années, mais c’est impensable pour un jeu vidéo censé générer 60 images par seconde, soit une image toutes les 16,7 ms.
Les jeux d’aujourd’hui mélangent rastérisation et ray tracing.
C’est là qu’intervient Nvidia avec ses RTX. En ajoutant des unités spéciales à ses GPU (appelées RT Cores et dédiées uniquement au calcul de la trajectoire des rayons), il devient alors possible de générer des scènes en ray tracing dans un jeu vidéo tout en conservant une expérience relativement fluide. Pour arriver à ce résultat, quelques concessions ont toutefois été nécessaires, car la puissance de calcul demandée reste malgré tout très importante.
Pour commencer, les jeux exploitant le ray tracing aujourd’hui ne sont pas rendus à 100% en utilisant cette technologie, mais en mélangent rastérisation et ray tracing. Ensuite, le coût en performance reste considérable, ce qui signifie que l’activation du ray tracing, même sur une machine haut de gamme, aura la plupart du temps pour effet de réduire la fluidité de l’expérience.
Pour contrer cela, les constructeurs de cartes graphiques proposent désormais des algorithmes d’amélioration des performances (DLSS chez Nvidia, FSR chez AMD, XeSS chez Intel). En échange, vous profiterez d’effets comme des éclairages et des reflets dynamiques, des ombres plus réalistes, et des jeux généralement plus beaux.
Une technologie encore jeune pour le jeu vidéo
Si Nvidia a lancé les premières cartes compatibles en 2018, le mouvement a depuis été suivi par ses concurrents : AMD permet d’utiliser le ray tracing depuis 2020 sur ses Radeon, et Intel a récemment lancé sa gamme de GPU Arc avec des unités similaires pour en profiter.
Les PS5 et Xbox Series X/S sont également compatibles avec cette technologie, et les studios de jeu vidéo sont de plus en plus nombreux à l’inclure dans leurs productions. Nous n’en sommes toutefois qu’aux débuts de l’utilisation de cette technologie dans nos jeux, et d’autres avancées sont encore à venir.
L’augmentation de la puissance des processeurs devrait permettre une meilleure gestion du ray tracing dans les jeux, offrant des titres toujours plus beaux pour un impact minimal sur les performances. Que des bonnes nouvelles pour les prochaines générations de jeux vidéo.
