Le ray tracing, c’est un effet de lumière qui divise les gamers et les fabricants de cartes graphiques depuis des années. Certains le considèrent comme la prochaine génération d’éclairage qui permet d’obtenir des effets jusque-là impossibles à avoir, tandis que d’autres y voient un trop gros investissement matériel et une question de performances. Ce n’est cependant pas la seule technique d’éclairage avancé qui existe. Le path tracing est une alternative dans la gestion des lumières dynamiques qui peut être à la fois plus jolie et moins gourmande en ressources. En théorie.
En réalité, le ray tracing et le path tracing ont tous deux une place dans les jeux et vous jouerez sans doute avec les deux dans les années à venir. Voici ce qui différencie le ray tracing du path tracing.
Qu’est-ce que le ray tracing ?
Le ray tracing est une méthode réaliste de modélisation de l’éclairage d’une scène. Développé à la base à la fin des années 1960, il n’a été implémenté en temps réel dans les jeux que récemment à cause de la complexité de ses calculs.
Le ray tracing fonctionne en lançant 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, comme sa couleur, sa transparence et son orientation. Ce rayon continue d’être suivi alors qu’il rebondit dans la scène jusqu’à croiser une source de lumière. Ce calcul est fait pour chaque pixel de la scène, ce qui permet d’obtenir un éclairage incroyablement réaliste, mais aussi incroyablement gourmand.
Le ray tracing est utilisé pour le rendu 3D depuis des années, nécessitant parfois des heures ou même des jours pour le rendu d’une seule image. Par contre, avec l’augmentation de la puissance de calcul et le lancement des cartes Nvidia RTX, le ray tracing en temps réel est devenu une réalité dans les jeux. Même s’il est limité aux ombres et aux reflets dans les premières versions, il s’est étendu à l’illumination globale dans certains jeux.
Quake 2 est magnifique avec l’éclairage en path tracing.
Qu’est-ce que le path tracing ?
Le path tracing est une méthode plus moderne de modélisation de lumière dynamique en temps réel. Développé dans le milieu des années 1980, son approche est différente en envoyant des centaines voire des milliers de rayons en même temps depuis une source de lumière, puis, les suivre alors qu’ils rebondissent aléatoirement dans la scène. C’est bien plus compliqué en surface, mais le résultat final permet un rendu plus facile, parce que plutôt que de suivre le moindre rayon du pixel à la source, on suit un échantillon seulement en fonction du tracé le plus probable des rayons.
C’est une combinaison de ray tracing et de simulation Monte Carlo qui permet au jeu ou à l’application d’utiliser un nombre de tracés gérable pour suivre une source de lumière. Cela permet d’avoir des effets du type ray tracing avec une charge moindre tout en permettant plus de détail suivant les capacités du système et les paramètres sélectionnés. Un échantillon plus important demande plus d’efforts à la carte graphique, mais offre plus de détails. Des échantillons plus petits rendent le path tracing moins gourmand au détriment de la qualité visuelle.
Les résultats finaux du path tracing ne sont cependant pas parfaits. On combine donc le résultat avec des algorithmes de débruitage pour nettoyer l’image, et là, les résultats sont impressionnants.
Il y a certaines scènes et certains objets, comme les objets réfléchissants et réfractifs (un verre d’eau par exemple), pour lesquels l’algorithme de path tracing doit être ajusté pour éviter une perte d’informations en utilisant de petits échantillons. Avec ces objets, l’algorithme peut se contenter du ray tracing pour une meilleure précision.
Dans chaque cas, le résultat final est une scène dont l’éclairage est aussi réaliste que celui obtenu par ray tracing, voire plus, mais avec une charge graphique potentiellement plus faible, surtout quand les paramètres de qualité sont élevés. Le path tracing est également plus efficace pour les scènes bien éclairées, parce qu’il possède plus de données, alors que le ray tracing peut être plus efficace pour le rendu de scènes avec beaucoup d’ombres, car il connaît le véritable chemin pris par les rayons de lumière.
Certains effets de lumière du ray tracing ne valent tout simplement pas le coût.
Ray tracing ou path tracing : Lequel est le meilleur ?
Le ray tracing est une technique très précise pour modéliser l’éclairage en temps réel, car elle suit le chemin naturel de propagation de la lumière dans la scène. Par contre, le nombre impressionnant de calculs nécessaires pour utiliser efficacement le ray tracing est incroyable. Même les composants modernes, avec toutes leurs accélérations matérielles, peuvent avoir du mal dans les jeux fortement axés sur le ray tracing. C’est pourquoi pas mal de jeux compatibles ray tracing n’utilisent en réalité le ray tracing que pour une partie de la scène : les ombres ou les reflets.
Par contre, le path tracing peut produire des visuels tout aussi impressionnants, voire plus encore, tout en exigeant moins de ressources pour le rendu. C’est le modèle utilisé dans certains des jeux RT les plus impressionnants du moment, comme Quake II RTX, Portal RTX et la mise à jour Overdrive de Cyberpunk 2077. Des mods l’intègrent aussi dans des jeux plus anciens, comme Half-Life 2, et c’est du plus bel effet.
Le path tracing est une méthode d’éclairage dynamique plus jolie et moins gourmande, et dans l’ensemble, c’est sans doute la meilleure solution. Par contre, le ray tracing a encore sa place là où des tailles d’échantillons limitées pourraient entraîner des problèmes de précision visuelle. Il existe également de nombreux exemples de jeux où l’éclairage par ray tracing ou path tracing ajoute très peu à l’expérience, tout en faisant chuter énormément les performances, comme dans le cas de Hogwarts Legacy.
Il est probable que tant que les cartes graphiques ne seront pas assez puissantes pour que le ray tracing ou le path tracing puissent être utilisés aussi facilement que la rastérisation, nous verrons une combinaison de techniques d’éclairage dans les jeux, car chaque technique a sa place.
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