El path tracing llegará Cyberpunk 2077 el 11 de abril, ¿en qué se diferencia del trazado de rayos?

CD Projekt RED ha confirmado durante la GDC de este año que Cyberpunk 2077 recibirá el parche 1.62 el 11 de abril, y que esta actualización añadirá el modo RT Overdrive, un ajuste que mejorará en gran medida la calidad gráfica del juego gracias a la utilización del path tracing. Con este parche Cyberpunk 2077 pasará a ser el cuarto juego disponible en PC, junto con Minecraft, Portal y Quake II RTX, que utiliza dicho método de renderizado.

Creo que, antes de entrar a ver los cambios que ofrecerá el modo RT Overdrive, es importante analizar las diferencias que existen entre el path tracing y el ray tracing, dos tecnologías que para muchos son prácticamente análogas, pero que en el fondo presentan diferencias de matiz tan importantes que hacen que merezcan se consideradas y valoradas de una manera distinta.

Podemos decir que, en general, estas dos tecnologías tienen como objetivo recrear de una manera más realista las interacciones de los rayos de luz en cada escena. Ambas pueden generar gráficos con un nivel de calidad superior a la que obtendríamos con el clásico proceso de rasterización, que recurre a los clásicos mapas de texturas para la iluminación y el sombreado, y a los reflejos de espacio de pantalla. No obstante, como anticipamos también tienen diferencias importantes que os vamos a explicar a continuación.

Ray tracing frente a path tracing

El trazado de rayos proyecta rayos en todas las direcciones desde diferentes lugares, sigue el camino de la luz y sus interacciones con diferentes objetivos calculando fallos y colisiones, y los posibles rebotes que derivan de dichas colisiones. Esto le permite generar imágenes más realistas y con menos ruido, pero también implica alto coste a nivel de rendimiento.

Cuando hablamos de path tracing, o trazado de caminos, podemos decir que a grandes rasgos es una simple evolución del trazado de rayos, porque ambas tecnologías tienen el mismo objetivo y solo difieren en la manera en la que trabajan para alcanzarlo. Esta técnica puede lanzar grandes cantidades de rayos por píxel de forma simultánea que se comportan de manera aleatoria, lo que permite mejorar en gran medida la calidad de imagen.

A pesar de esa mayor cantidad de rayos, el path tracing puede trabajar con escenas complejas en las que concurren una gran cantidad de objetos de una manera muy eficiente, ya que utiliza ecuaciones integrales durante todo el proceso que ayudan a resolver situaciones complicadas utilizando las muestras obtenidas de una manera óptima.

Dichas ecuaciones hacen que no sea necesario utilizar todos los rayos para generar los píxeles en la escena final. Tampoco se calcula una cantidad de rebotes tan grande como en el trazado de rayos, ya que es posible establecer límites en la cantidad total de rebotes, y estos finalizan cuando se alcanza una fuente de luz o cuando se llega al límite establecido.

Por otro lado, esta tecnología también elige aquellos recorridos de los rayos que sean considerados como «ideales» teniendo en cuenta aspectos clave como la posición de la cámara, las fuentes de luz y los rebotes. Partiendo de todo lo que hemos dicho se ajusta el número de muestras por píxel, y de esta manera es posible afinar la calidad de la imagen.

Esto quiere decir que se parte de un proceso muy complejo donde podemos encontrarnos con miles de rayos en un primer momento, pero que gracias a los algoritmos y ecuaciones integrales se va simplificando para conseguir un resultado realista de una manera más eficiente, reduciendo tanto el número de muestras utilizadas como la cantidad de rebotes.

Al final esto tiene un impacto muy positivo en la calidad de imagen, ya que las primeras interacciones y rebotes de la luz son los que más se notan a la hora de dar el color a la escena. Sin embargo, también es importante tener en cuenta que en escenas donde tenemos una gran cantidad de reflejos y de refracciones los rebotes de los rayos tienen una mayor importancia, y en estos casos el trazado de rayos consigue mejores resultados, aunque también se puede ajustar el algoritmo del path tracing para aumentar la cantidad de rebotes utilizados en las muestras y compensar.

En ambas técnicas es necesario aplicar un proceso final de reducción de ruido a la imagen, ya que el resultado que obtenemos tras utilizar trazado de rayos o trazado de caminos es una imagen que puede lucir bastante «sucia», como podéis ver en el vídeo adjunto. El ruido de la imagen dependerá en gran medida de la cantidad de rayos (muestras totales) que se hayan utilizado para generarla. Obviamente, a mayor cantidad de rayos y de rebotes mayor calidad de imagen, pero también mayor impacto en el rendimiento.

Las tarjetas gráficas GeForce RTX 20 y superiores aceleran el trazado de rayos y el trazado de caminos a través de los núcleos RT, y utilizan los núcleos tensor para el proceso final de reducción de ruido. Por su parte, las Radeon RX 6000 y RX 7000 utilizan los aceleradores de trazado de rayos para las tareas clave asociadas a ambas tecnologías.

Cómo mejorará Cyberpunk 2077 con path tracing

Ahora que tienes claras las diferencias entre el ray tracing y el path tracing es un buen momento para entrar a ver las mejoras que introducirá el parche 1.67 en Cyberpunk 2077. Como hemos dicho, este parche traerá un nuevo modo gráfico llamado RT Overdrive, que aplicará trazado de caminos para mejorar la iluminación, las sombras y los reflejos. Esta es la descripción oficial que han ofrecido NVIDIA y CD Projekt RED:

• Iluminación más realista con NVIDIA RTX Direct Illumination (RTXDI), que hará que cada fuente de luz del juego genere una luz precisa y realista, capaz de afectar de forma directa e indirecta a todos los elementos del juego, generando también sombras más realistas y escenas con un color preciso.
• Tanto la iluminación como los reflejos tendrán ahora múltiples rebotes (hasta ahora solo se generaba un rebote) lo que permitirá mejorar la precisión, el realismo y la calidad de ambos efectos. Esto debería traducirse en una iluminación indirecta de mayor calidad y más acorde a la realidad de cada escena, y en unos reflejos más precisos y mejor afinados.
• Los reflejos se renderizan ahora a resolución completa, lo que les dará una mayor nitidez y una calidad superior comparados con el modo demencial, donde ya lucían de maravilla, pero sin incurrir en el clásico problema del modo «espejo», ya que se seguirá diferenciando perfectamente entre superficies mate y superficies reflectantes.
• Mejoras en la física de la iluminación, lo que hará que ya no sea necesario recurrir a técnicas como la oclusión ambiental para generar escenas realistas donde concurran una gran cantidad de objetos de tamaños diferentes. La diferencia que puede marcar esto es muy grande, sobre todo en interiores.

Con el modo RT Overdrive activado Cyberpunk 2077 trabajará con un total de 635 operaciones de rayos por píxel, lo que supone más del doble de la cantidad que se utilizan en el modo demencial. Obviamente esto tendrá un impacto importante en el rendimiento del juego, así que será imprescindible compensarlo recurriendo al DLSS2 o al DLSS 3 en caso de que contemos con una GeForce RTX 40. En este caso la generación de fotogramas también jugará un papel clave a la hora de mejorar la fluidez.

NVIDIA también ha confirmado que el juego estará optimizado para aprovechar la tecnología Shader Execution Ordering (SER), que es exclusiva de las GeForce RTX 40, y que puede mejorar notablemente el rendimiento. Espero poder probar el juego con diferentes configuraciones a nivel de GPU cuando esté disponible este parche, y publicaré un artículo detallado para comentaros qué podéis esperar si activáis el modo RT Overdrive.