Qu’est-ce que le ray tracing ? Pré­sen­ta­tion de cette tech­no­lo­gie de rendu graphique.

Le ray tracing est une tech­no­lo­gie de rendu graphique qui calcule de manière réaliste les rayons lumineux visibles et in­vi­sibles. Il permet un éclairage réaliste dans les jeux vidéo et les ani­ma­tions 3D et est de plus en plus utilisé comme une fonction ma­té­rielle sous la forme de ray tracing en temps réel. Mais de quoi s’agit-il exac­te­ment ?

En principe la fonction du ray tracing est simple : une image 3D com­pre­nant des objets 3D est d’abord conçue à l’aide d’un logiciel de mo­dé­li­sa­tion 3D (par exemple Blender ou Cinema 4D), avant d’être animée sous forme de scène. Afin de simuler un éclairage réaliste dans des paysages 3D, on place les sources lu­mi­neuses de façon à rendre les objets 3D « visibles ». C’est à cette étape que le ray tracing entre en jeu. Comme dans toutes les ani­ma­tions 3D, une caméra virtuelle joue le rôle de l’œil du spec­ta­teur. Grâce à la tech­no­lo­gie de ray tracing, l’al­go­rithme trace des rayons, c’est-à-dire des lignes, entre les objets et la caméra et calcule si ces derniers sont visibles par la caméra et combien de pixels par ligne sont né­ces­saires.

En outre, le ray tracing reconnaît si le rayon de lumière provient d’une source de lumière primaire ou d’un objet ré­flé­chis­sant dans le champ de vision de la caméra. L’al­go­rithme définit ensuite la couleur des pixels à l’aide des rayons suivis, des reflets, de la lumière incidente et de la texture des surfaces. Les objets et sources de lumière in­vi­sibles sont également intégrés dans le rendering. Il en résulte un modèle d’éclairage réaliste avec des effets de lumières et d’ombres complexes en temps réel. En outre, la tech­no­lo­gie Nvidia RTX travaille avec une in­tel­li­gence ar­ti­fi­cielle appelée « Deep Learning Super Sampling » pour obtenir une ré­so­lu­tion et une fréquence d’images optimales.

L’impact du ray tracing dans le réalisme d’une animation 3D dépend de la méthode de ray tracing utilisée. Les méthodes de ray tracing suivantes sont classées par ordre croissant de puissance de calcul requise et date de dé­ve­lop­pe­ment :

1. Calcul de la zone couverte : ce processus de calcul basique n’intègre ni les effets d’ombre ni les effets de lumière dans l’animation.
2. Si­mu­la­tion des ombres : les sources directes de lumière et les ombres dures sont affichées, cependant, les effets de reflets ne sont pas calculés.
3. Ray tracing récursif : en plus des sources de lumière directes et des ombres dures, le ray tracing est utilisé pour les reflets sur les objets trans­pa­rents ou ré­flé­chis­sants.
4. Ray tracing distribué : en plus de l’éclairage direct et de la ré­frac­tion de la lumière, les zones d’ombres, même par­tielles, et les bordures douces des ombres sont intégrées dans le rendu pour obtenir des si­mu­la­tions d’ombres réalistes.
5. Path Ray tracing : ce modèle d’éclairage intègre et capture toutes les sources lu­mi­neuses visibles et in­vi­sibles, les reflets et la ré­frac­tion par les objets illuminés. Cela crée une si­mu­la­tion réaliste des ombres qui cor­res­pond au jeu de lumière.

Le ray tracing est prin­ci­pa­le­ment utilisé dans les ani­ma­tions 3D en in­for­ma­tique et, a gagné en po­pu­la­rité parmi les joueurs depuis la gé­né­ra­tion de cartes gra­phiques Nvidias RTX apparue en 2018. Lorsque la tech­no­lo­gie de ray tracing est activée dans le matériel ou prise en charge par celui-ci, il est possible de re­pré­sen­ter les effets de lumière de manière encore plus réaliste dans les jeux. Ainsi, les effets gra­phiques incluent non seulement les effets lumineux visibles dans le champ de vision (appelés effets screen space), mais aussi les reflets, la lumière et les ombres en dehors du champ de vision, y compris un soleil virtuel global. Comme cela nécessite une énorme puissance de calcul, même pour un matériel doté de la fonction ray tracing, jusqu’à présent, cette fonction n’a été utilisée que dans quelques jeux.

Le ray tracing n’en est qu’à ses débuts en tant que tech­no­lo­gie de rendu graphique. La série RTX 3000 de Nvidia (la deuxième gé­né­ra­tion de cartes gra­phiques Nvidia RTX) re­pré­sente la prochaine étape du ray tracing, car elle possède encore plus d’unités de calcul dédiées au ray tracing. En raison des dif­fé­rentes con­fi­gu­ra­tions des or­di­na­teurs et de la puissance né­ces­saire, cette tech­no­lo­gie, ré­vo­lu­tion­naire dans son approche, reste pour l’instant une niche graphique. Les nouvelles gé­né­ra­tions de consoles avec leur con­fi­gu­ra­tion stan­dar­di­sée, comme la Xbox Series X ou la PlayS­ta­tion 5, ont fait un premier pas vers la prise en charge gé­né­ra­li­sée du ray tracing.

Jusqu’à présent, peu de systèmes matériels et logiciels prennent en charge la tech­no­lo­gie ray tracing. Pour afficher de manière fluide des jeux et des ani­ma­tions avec le ray tracing, il est in­dis­pen­sable de disposer d’un or­di­na­teur rapide et per­for­mant ainsi que d’une carte graphique RTX. Des mises à niveau coûteuses du PC sont gé­né­ra­le­ment in­dis­pen­sables pour pouvoir faire appel à la puissance de calcul né­ces­saire. Les cartes gra­phiques qui prennent en charge le ray tracing sont notamment les cartes gra­phiques de la première et de la deuxième gé­né­ra­tion Nvidia RTX (par exemple : la GeForce RTX 2070 et la GeForce RTX 3070). Certaines cartes gra­phiques AMD de la gé­né­ra­tion Radeon RX 6000, telles que les RX 6800 et RX 6900 XT, prennent également en charge le ray tracing.

Plusieurs jeux vidéo sur or­di­na­teur et consoles intègrent déjà le ray tracing.

• Minecraft RTX
• Shadow of the Tomb Raider
• The Witcher 3 : édition complète
• Call of Duty: Black Ops Cold War
• Control
• F1 2021

• Gran Turismo 7
• Halo Infinite
• Watch Dogs: Legion
• Gears 5