Ray tracing : qu’est-ce que c’est et comment ça améliore vos jeux vidéo

Chéri, j'ai ray tracing les gosses

 

Le ray tracing est dans toutes les bouches, aussi bien dans l'univers des cartes graphiques pour PC que les consoles de nouvelle génération comme la PS5 et la Xbox X. Mais qu'est-ce que c'est, au juste, le ray tracing ? Nous allons tout vous expliquer.

Les cartes graphiques GeForce RTX ont acquis ce nom grâce au ray tracing. Alors qu’elles ne sont pas encore annoncées, les PS5 et les Xbox X mettent déjà en avant leur compatibilité avec le ray tracing.

Même des jeux auxquels vous jouez déjà, comme Control de Remedy, ou des jeux qui ne sont pas graphiquement avancés, comme Minecraft, sont ou vont devenir compatibles avec le ray tracing. Oui mais, le ray tracing, c’est quoi au juste ? Dans ce dossier, nous allons justement vous l’expliquer.

Qu’est-ce que le ray tracing ?

Le ray tracing est fondamentalement une nouvelle manière de travailler la lumière dans nos jeux vidéo (mais pas que). Ce « traçage de rayon » est en fait le nom donné à une technologie de rendu de la lumière dans une image de synthèse.

Les techniques actuelles font appel à un moteur physique, qui va calculer les propriétés de la lumière selon la source. Ainsi, une ampoule projette des rayons lumineux dans une certaine direction interagissant avec les objets de la scène 3D créée, qui ont chacun des propriétés de surface impactant leur réflectance. Le rendu de tous ces objets et leur réflectance construisent la scène et sa lumière, quand la caméra du joueur se contente de « l’observer » en baladant la caméra à l’intérieur de celle-ci. Dans ce cas-là, la création est avant tout guidée par la vision de l’artiste, et pas nécessairement par des lois physiques naturelles.

Les lumières ne suivent pas de logique naturelle ; le cake est un mensonge.

Cependant, la puissance brute d’un ordinateur ou d’une console est naturellement limitée. Aussi, les développeurs sont amenés à faire des choix (entre bien d’autres) sur ce qui peut ou ne peut pas réfléchir la lumière et à quel niveau, faisant que le réalisme d’une scène n’est pas forcément complet. Qui plus est, le calcul physique est souvent fait sur la réflexion de la lumière, mais pas sur sa réfraction ou son ombre, nuisant au réalisme.

Le ray tracing inverse la logique. Plutôt que de se baser sur une source lumineuse dans une scène, la caméra du joueur projette des rayons qui, au contact d’un objet, vont permettre de calculer sa réflexion, sa réfraction et son ombre. Les rayons se baladent dans la scène d’objet en objet pour la créer devant les yeux du joueur en temps réel, permettant de sauvegarder de précieuses ressources et réaliser un calcul plus précis, jusqu’à arriver à la lumière source. L’emphase n’est plus sur la scène et ses objets émettant de la lumière, mais sur le regard du joueur (ou plutôt de la caméra). Le principe de fonctionnement est ici basé avant tout sur les lois naturelles.

En vert : les liens perçus par la caméra. En rouge : ceux exclus. (source : Walt Disney)

Notez qu’il existe différentes formes de ray tracing, qui sont utilisées à la discrétion des développeurs eux-mêmes. La technique utilisée par Battlefield V, qui favorise certains objets plutôt que d’autres, est bien différente de celle favorisée par Metro Exodus, qui cherche à avoir un éclairage global de son monde. C’est cet élément en particulier qui va pouvoir influencer la direction artistique d’un jeu.

Pourquoi le ray tracing n’apparaît que maintenant ?

Le principe du ray tracing n’est en fait pas récent. Arthur Appel, ingénieur chez IBM, en écrivait déjà le premier algorithme en 1968, quand le premier jeu vidéo à utiliser le ray casting (la forme la plus simpliste de cette technologie) ne fut autre que Wolfenstein 3D en 1992.

Alors pourquoi en parle-t-on autant ces dernières années ? Parce qu’une grande avancée est arrivée pour le ray tracing : la possibilité de le calculer en temps réel dans un environnement 3D. Sans celle-ci, la technologie était condamnée à n’être utilisée que par des professionnels des images de synthèse, notamment Pixar, au prix de nombreuses heures de calcul réalisées par des superordinateurs.

Monstres Academy utilise le ray tracing

Les cartes graphiques GeForce RTX, à titre d’exemple, intègrent des cœurs RT dédiés aux calculs du ray tracing. C’est d’ailleurs la plus grande nouveauté de ces cartes. Ainsi, de nouvelles ressources sont allouées aux développeurs pour profiter du ray tracing tout en s’occupant de leur jeu. Qui plus est, de nombreux aspects logiciels ont été développés, avec notamment la librairie DirectX Raytracing sur Windows 10 qui permet aux développeurs de profiter de la technologie.

Côté console, nous n’avons pas encore d’informations concrètes sur leur implémentation du ray tracing. Il y a cependant fort à parier que leurs GPU auront eux aussi des ressources allouées et des librairies optimisées. Les mobiles ici s’apprêtent à profiter de la technologie, attendue en 2021.

Pourquoi le ray tracing est meilleur ?

Actuellement, les jeux utilisant le ray tracing ne le font pas complètement. Il s’agit surtout de titres hybrides, utilisant des techniques plus traditionnelles en conjonction de techniques de ray tracing pour améliorer certaines choses. Cependant, les avantages du ray tracing sont évident.

Du fait qu’il suive une logique plus naturelle, le ray tracing offre une image plus réaliste. Il ne s’agit pas nécessairement de photoréalisme, mais plutôt de suivre les lois physiques auxquelles notre œil et notre cerveau sont habitués : même avec une direction artistique très marquée, type cartoon avec le cel shading par exemple, l’univers paraîtra plus réaliste car sa logique est plus ancrée dans le réel. Forcément, les jeux n’en paraissent que plus beaux.

Control de Remedy, avec et sans ray tracing

Ce n’est pas seulement tout, puisque le ray tracing a aussi l’avantage de simplifier le développement de jeu. Le ray tracing en lui-même est compliqué, mais son processus automatise de nombreuses choses. Plutôt que de placer et simuler à la main les lumières et leurs effets, les développeurs peuvent se concentrer sur d’autres aspects du jeu.

En théorie, la charge de travail supplémentaire est surtout à voir du côté de la création des modèles 3D en eux-mêmes, qui doivent nécessairement intégrer des propriétés physiques précises pour profiter au maximum du potentiel du ray tracing, mais cet aspect était déjà intégré au développement de nombreux jeux.

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