Ray tracing et path tracing sont deux techniques d’éclairage dynamique impressionnantes et gourmandes accessibles aux gamers et développeurs en 2024. Elles représentent toutes deux une avancée massive en termes de réalisme par rapport aux techniques d’éclairage traditionnelles, et peuvent même donner un look beaucoup plus réaliste à des jeux plus anciens malgré les textures et géométries limitées.
Mais si le ray tracing et le path tracing génèrent des effets réalistes d’éclairage dans les jeux, quel est le meilleur ? Et quelle est la différence concrète entre les deux ? Voici un comparatif entre le ray tracing et le path tracing, et pourquoi l’un devrait être plus présent dans les futurs jeux que l’autre dans les années à venir.
Qu’est-ce que le ray tracing ?
Le ray tracing est une méthode réaliste de modeling de l’éclairage dans une scène. Datant de la fin des années 1960, ce n’est que récemment qu’il a été intégré aux jeux en temps réel, du fait de la puissance de calcul nécessaire à son utilisation.
Le ray tracing fonctionne par l’envoi de rayons vers la scène depuis le point de vue du joueur. Chaque fois que le rayon rencontre un objet, l’effet de cet objet sur le rayon est calculé, sa couleur, sa transparence, et son orientation notamment. Le rayon continue à être suivi de rebond en rebond jusqu’à une source de lumière. Le calcul est fait pour chaque pixel d’une scène, ce qui offre un aspect ultra réaliste, mais ce qui demande énormément de ressources.
Le ray tracing a été utilisé dans les effets spéciaux au cinéma pendant des années, demandant des heures et parfois des jours de rendu pour une seule image. Mais avec l’augmentation de la puissance de calcul, et à la suite des sorties des cartes graphiques Nvidia RTX et AMD RDNA, les accélérateurs de ray tracing ont rendu possible son utilisation en temps réel. Bien que restreinte aux ombres et aux reflets dans un premier temps, elle est depuis arrivée sur l’illumination globale des jeux.
Qu’est-ce que le path tracing ?
Le path tracing est une méthode plus moderne de modéliser l’éclairage dynamique en temps réel dans une scène. Développée au milieu des années 1980, elle exploite une approche différence en envoyant des centaines ou des milliers de rayons à la fois depuis une source de lumière, puis suit ces rayons au fil des rebonds sur différentes surfaces. C’est bien plus compliqué en surface, mais le résultat est un rendu bien plus simple, car au lieu de tracer un rayon pour chaque pixel jusqu’à la source, la technique ne suit qu’un échantillon de ces rayon basé sur le tracé le plus probable de la lumière.
C’est une combinaison de ray tracing et d’une simulation de Monte Carlo qui permet au jeu ou à l’application d’utiliser un nombre gérable de chemins pour suivre une source de lumière. Cela permet des effets similaires au ray tracing avec moins de calculs tout en permettant une bien plus grande granularité selon les capacités du système et le paramètre choisi. Une plus grande taille d’échantillon demande plus de travail au GPU, mais offre plus de détails. Un échantillon plus petit rend le path tracing plus gérable, au détriment de la qualité visuelle.
Les résultats finaux du path tracing ne sont cependant pas parfaits. Ils sont combinés à des algorithmes de réduction du bruit pour nettoyer l’image, et les résultats sont impressionnants.
Il y a certaines scènes et certains objets, comme les objets reflectifs et réfractifs, un verre d’eau, par exemple, pour lesquels l’algorithme de path tracing doit être adapté pour éviter la perte d’informations dans les échantillons plus petits. Il est possible qu’avec ces objets, l’algorithme utilise du ray tracing en force brute pour garantir la précision.
Le résultat final est cependant dans chaque cas une scène avec un rendu d’éclairage aussi réaliste qu’avec le ray tracing, sinon plus, mais avec le potentiel de réduire drastiquement la puissance de calcul nécessaire, en particulier pour un niveau de détails élevé. Le path tracing est également considéré comme plus efficace pour les scènes très lumineuses, car il profite de plus de données, alors que le ray tracing peut être plus efficace lorsqu’il y a de nombreuses ombres à rendre, car il connait le chemin réel que la lumière prendrait.
Le path tracing est-il plus beau que le ray tracing ?
Le ray tracing est une technique précise pour modéliser de l’éclairage en temps réel car il suit le chemin naturel de la propagation de la lumière dans une scène. Mais la quantité de calculs nécessaire est énorme pour utiliser le ray tracing efficacement. Même le matériel moderne conçu spécifiquement pour cela a du mal dans les jeux les plus gourmands en ray tracing. C’est la raison pour laquelle de nombreux jeux compatibles avec le ray tracing ne l’utilisent réellement que pour certaines choses, comme les ombres et les reflets par exemple.
Le path tracing de son côté peut produire des visuels aussi, sinon plus beaux avec moins de calculs nécessaires. C’est le modèle utilisé pour certains des jeux les plus impressionnants à ce jour, comme Quake II RTX, Portal RTX, et la mise à jour Overdrive de Cyberpunk 2077. Il est également ajouté sous forme de mods dans des jeux plus anciens comme Half-Life 2, avec des résultats impressionnants.
Le path tracing offre des éclairages dynamiques plus beaux et moins intenses sur le matériel, et est globalement la meilleure solution. Mais le ray tracing a toujours sa place là où les échantillons réduits ne permettent pas au path tracing d’offrir une bonne précision. Il y a également de nombreux exemples modernes de jeux rendus traditionnellements où le ray tracing et le path tracing n’apportent pratiquement rien à l’expérience, tout en réduisant drastiquement le framerate, comme Hogwarts Legacy.
Il est probable que tant que les cartes graphiques ne seront pas assez puissantes pour du ray tracing ou du path tracing aussi simple que de la rasterisation traditionnelle, nous voyons une combinaison d’effets d’éclairages, car chaque technique a toujours sa place.
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