Quake 2" mostra quanto possa essere impressionante il ray tracing

Philipp Rüegg

1.2.2019

Traduzione: tradotto automaticamente

Un gruppo di dottorandi tedeschi ha dimostrato il potenziale del ray tracing. Hanno calcolato in tempo reale gli effetti di luce dello sparatutto cult "Quake 2" utilizzando la tecnologia pionieristica di Nvidia. Il responsabile del progetto mi spiega come ha ottenuto questo risultato e cosa significa per i giochi futuri.

"Quake 2" è uscito quasi 20 anni fa e già allora era una gioia per gli occhi. Ma quello che Christoph Schied ha tirato fuori dallo sparatutto è incredibile, anche per gli standard odierni. Con l'aiuto di alcuni studenti, ha utilizzato la tecnologia ray tracing di Nvidia e ha rilasciato Q2VKPT, una versione del gioco che calcola gli effetti di illuminazione dinamica in tempo reale. Il risultato è difficilmente paragonabile all'originale.

Q2VKPT è l'abbreviazione di "Quake 2", Vulkan, Path Tracing. Vulkan è l'interfaccia (API) che rende possibile l'uso del ray tracing. Infine, il path tracing si riferisce all'algoritmo che consente la simulazione dell'illuminazione. Il path tracing viene utilizzato anche nell'industria cinematografica, ad esempio nei film d'animazione Disney. Se hai una scheda RTX, puoi scaricare Q2VKPT qui e provarlo.

Il progetto è nato come studio concettuale presso il Karlsruhe Institute of Technology (KIT). Il responsabile è Christoph Schied, dottorando in computer grafica. Ho voluto sapere da lui come è nato Q2VKPT
.
Come ti è venuta l'idea di implementare il ray tracing in "Quake 2"?
Christoph Schied, studente di dottorato: Attualmente sto facendo ricerca sui metodi di denoising per i metodi Monte Carlo (ad esempio il path tracing). Nella ricerca grafica, è sempre difficile trovare scene di prova adatte che abbiano la giusta difficoltà da un lato, ma che allo stesso tempo non comportino un enorme sforzo di implementazione. Per un paper che trattava il filtraggio temporale adattivo, ho utilizzato una scena tratta da un mod di "Quake 1" perché volevo luci mobili e tremolanti. Per valutare la tecnica ho scritto un prototipo in un motore grafico di ricerca, che purtroppo non contiene alcuna funzionalità per rendere il progetto giocabile. Dopo aver osservato a lungo i razzi volanti durante il progetto, prima o poi volevo giocarci anch'io.

Perché "Quake 2" in particolare?
I motori di Quake sono adatti a questo tipo di modifiche perché hanno ancora una comunità di sviluppatori attiva, sono open source e hanno un codice piuttosto curato e ordinato. Per un progetto come Q2VKPT, lo sforzo di riscrivere il renderer è ancora sopportabile. Per i giochi più moderni, invece, la cosa diventa sempre più complessa, dato che è necessario supportare un numero sempre maggiore di funzionalità. "Quake 2" ha un level design molto più coerente in termini di sorgenti luminose rispetto a "Quake 1", che si basa ancora molto su sorgenti luminose puntiformi posizionate manualmente.

Quanto è stato difficile il processo?
È stato molto dispendioso in termini di tempo. Le tecniche di rendering sono all'avanguardia della ricerca e non erano mai state mostrate in un gioco prima d'ora. Naturalmente, questo ha portato con sé molte nuove sfide che non avevo considerato prima e che hanno portato a nuovi progetti di ricerca. Inoltre, ovviamente, il motore di "Quake 2" è stato progettato per processi di rendering completamente diversi. Questo significa che ho dovuto riprogettare tutto da zero. Attualmente, i core RT di Nvidia sono accessibili solo con le interfacce di basso livello DXR e Vulkan, il che ha aumentato ulteriormente il carico di lavoro.

I requisiti hardware della tua versione di "Quake 2" sono piuttosto impegnativi rispetto all'originale. Ciò è dovuto alla mancanza di maturità del ray tracing o all'ottimizzazione di Q2VKPT?
Il ray tracing è un processo molto complesso che in passato veniva utilizzato solo nei processi offline. La versione originale prevedeva solo effetti dinamici primitivi, mentre la simulazione più complessa del trasporto della luce veniva elaborata e precalcolata e salvata in una texture. Q2VKPT, invece, ricalcola dinamicamente l'illuminazione per ogni immagine, il che naturalmente comporta requisiti hardware significativamente più elevati.

Quali sono i giochi più vecchi particolarmente adatti - o particolarmente scarsi - per la successiva implementazione del ray tracing?
I giochi che già utilizzano un'illuminazione sensata e realistica, cioè che hanno fonti luminose posizionate in modo sensato, sono i più adatti. Altrimenti, i livelli dei giochi dovrebbero essere adattati. Anche "Quake 2" non è l'ideale da questo punto di vista, poiché utilizza alcune fonti di luce puntiformi che non hanno senso in termini di design del livello. Tuttavia, sono necessarie per suggerire l'illuminazione indiretta. Queste vengono ignorate da Q2VKPT, motivo per cui alcuni livelli sono piuttosto scuri.

Un'altra grande difficoltà è che i vecchi giochi non assegnano alle superfici proprietà fisicamente significative, necessarie per una corretta simulazione della propagazione della luce. Questo era un problema reale anche con "Quake 2", motivo per cui abbiamo dovuto ricorrere ad alcuni hack.

Q2VKPT ha dimostrato in modo impressionante di cosa è capace la RT. Come pensi che si svilupperà la tecnologia nei giochi? Quanto rapidamente gli sviluppatori si approprieranno di questa tecnologia?
Temo che ci vorrà un po' di tempo prima che il path tracing arrivi davvero nei giochi. La transizione è difficile, in quanto i giochi devono essere progettati in modo completamente diverso per il path tracing e quindi non sono così facili da eseguire su hardware vecchi. Inoltre, ci sono ancora alcune domande di ricerca a cui rispondere prima che il path tracing sia veramente robusto sulle moderne risorse di gioco.

Tuttavia, spero che nel prossimo futuro vedremo ombre sempre migliori nei giochi. Il passaggio dalle mappe d'ombra alle fonti di luce ad area selezionate stocasticamente renderà finalmente possibile il calcolo di ombre morbide corrette per tutte le luci. Già questo sarebbe un enorme passo avanti nella qualità della grafica.

Philipp Rüegg

Senior Editor

Philipp.Rueegg@digitecgalaxus.ch

Vado matto per il gaming e i gadget vari, perciò da digitec e Galaxus mi sento come nel paese della cuccagna – solo che, purtroppo, non mi viene regalato nulla. E se non sono indaffarato a svitare e riavvitare il mio PC à la Tim Taylor, per stimolarlo un po' e fargli tirare fuori gli artigli, allora mi trovi in sella del mio velocipede supermolleggiato in cerca di sentieri e adrenalina pura. La mia sete culturale la soddisfo con della cervogia fresca e con le profonde conversazioni che nascono durante le partite più frustranti dell'FC Winterthur. più

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