Le ray tracing et le path tracing sont deux des techniques d’éclairage dynamique les plus passionnantes et les plus exigeantes disponibles pour les joueurs et les développeurs de jeux en 2024. Elles représentent toutes deux un énorme bond en avant en termes de réalisme par rapport aux techniques d’éclairage « cuites » plus traditionnelles et peuvent même donner aux anciens jeux un aspect bien plus réaliste que leurs textures en blocs et leur géométrie n’ont le droit de l’être.
Mais si le ray tracing et le path tracing génèrent tous deux un éclairage plus réaliste dans les jeux, lequel est le meilleur ? Et quelle est la différence entre eux ? Voici comment le ray tracing et le path tracing se comparent, et pourquoi vous pourriez en voir un plus que l’autre dans vos jeux préférés dans les années à venir.
Qu’est-ce que le lancer de rayons ?
Le lancer de rayons est une méthode réaliste de modélisation de l’éclairage d’une scène. Conçu à l’origine à la fin des années 1960, il n’a été introduit dans les jeux en temps réel que récemment en raison de la complexité de ses calculs.
Le lancer de rayons consiste à projeter un rayon dans une scène à travers le point de vue du joueur. Chaque fois que le rayon interagit avec un objet, l’effet de cet objet sur le rayon est calculé, y compris sa couleur, sa transparence et son orientation. Ce rayon continue d’être suivi pendant qu’il rebondit dans une scène jusqu’à ce qu’il croise une source de lumière. Ce calcul est effectué pour chaque pixel d’une scène, ce qui donne une technique d’éclairage incroyablement réaliste, mais aussi incroyablement exigeante.
Le ray tracing est utilisé dans les images de synthèse des films depuis des années, et il faut souvent des heures, voire des jours, pour restituer les images individuelles. Cependant, avec l’amélioration de la puissance de calcul et le lancement des cartes graphiques RTX de Nvidia et des GPU RDNA d’AMD, les accélérateurs de ray tracing ont rendu possible le ray tracing en temps réel dans les jeux. Bien que limité aux ombres et aux reflets dans les premières versions, il a depuis été étendu à l’illumination globale dans certains jeux.
Qu’est-ce que le path tracing ?
Le traçage de chemin est une méthode plus moderne de modélisation de l’éclairage dynamique en temps réel dans une scène. Développée au milieu des années 1980, elle adopte une approche différente en envoyant des centaines voire des milliers de rayons à la fois à partir d’une source lumineuse, puis en les suivant lorsqu’ils rebondissent de manière aléatoire dans une scène. C’est beaucoup plus compliqué en apparence, mais le résultat final est un rendu plus simple, car au lieu de suivre chaque rayon du pixel à la source, elle ne suit qu’un échantillon de ces rayons en fonction du chemin le plus probable que la lumière emprunterait.
C’est une combinaison de lancer de rayons et Simulation de Monte-Carlo Cela permet au jeu ou à l’application d’utiliser un nombre gérable de chemins pour suivre une source de lumière. Cela permet des effets d’éclairage de type lancer de rayons avec moins de surcharge, mais sans doute, tout aussi important, cela permet une granularité beaucoup plus grande en fonction des capacités du système et des paramètres choisis. Une taille d’échantillon plus grande signifie une plus grande demande sur le rendu de la scène par le GPU, mais aussi plus de détails. Des échantillons plus petits rendent le traçage de chemin plus gérable, au détriment de la qualité visuelle.
Les résultats finaux du traçage de chemin ne sont toutefois pas parfaits. Ils sont combinés à des algorithmes de débruitage pour nettoyer l’image résultante, et les résultats sont impressionnants.
Il y a certaines scènes et certains objets, comme des reflets et des objets réfractifs (un verre d’eau par exemple) pour lesquels l’algorithme de traçage de trajectoire doit être modifié afin d’éviter une perte excessive d’informations dans des échantillons plus petits. Il est possible qu’avec ces objets, l’algorithme effectue simplement un traçage de rayons en force brute, pour garantir la précision.
Dans chaque cas, le résultat final est une scène rendue qui semble aussi réaliste qu’une scène tracée par rayons, voire plus, mais avec un potentiel de surcharge bien moindre, en particulier avec des paramètres de détail plus élevés. Le traçage de chemin est également considéré comme plus efficace pour les scènes bien éclairées, car il dispose de plus de données sur lesquelles s’appuyer, tandis que le traçage de rayons peut être plus efficace pour le rendu de scènes avec beaucoup d’ombres, car il connaît le chemin réel que les rayons de lumière emprunteraient.
Le path tracing est-il plus esthétique que le ray tracing ?
Le lancer de rayons est une technique précise pour modéliser l’éclairage en temps réel, car il suit le chemin naturel de propagation de la lumière dans une scène. Cependant, le nombre de calculs nécessaires pour utiliser efficacement le lancer de rayons est incroyable. Même le matériel moderne, avec toute son accélération matérielle, peut avoir des difficultés dans les jeux fortement basés sur le lancer de rayons. C’est pourquoi de nombreux jeux qui prennent en charge le « lancer de rayons » n’utilisent en fait le lancer de rayons que pour une partie d’une scène : les ombres ou les reflets, en général.
Le path tracing, en revanche, peut produire des visuels tout aussi puissants, voire plus beaux, tout en sollicitant moins le matériel de rendu. C’est le modèle utilisé dans certains des jeux « ray tracing » les plus impressionnants à ce jour, comme Quake II RTX, Portail RTXet la mise à jour du mode Overdrive pour Cyberpunk 2077Il est également intégré dans des jeux plus anciens, comme Half-Life 2avec un grand effet.
Le traçage de chemin offre une forme d’éclairage dynamique plus esthétique et moins intense, et constitue sans doute la meilleure solution dans l’ensemble. Cependant, le traçage de rayons a toujours sa place là où des tailles d’échantillons de traçage de chemin limitées entraîneraient des problèmes de précision visuelle. Il existe également de nombreux exemples modernes de jeux traditionnellement rastérisés où l’éclairage par traçage de rayons ou de chemin n’ajoute que très peu à l’expérience, tout en réduisant complètement les fréquences d’images, comme L’héritage de Poudlard.
Il est probable que tant que les cartes graphiques ne seront pas suffisamment puissantes pour que le ray tracing ou le path tracing soient aussi facilement rendus que la rastérisation, nous verrons une combinaison d’effets d’éclairage dans les futurs jeux, car chaque technique a sa place.
