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O que é Ray Tracing?
No aspecto de computação gráfica, Ray Tracing é uma técnica de renderização que simula as características físicas de uma luz que trazem iluminação, sombras e efeitos realistas aos jogos. Ele imita como um raio de luz reflete em objetos a partir de um ponto definido, ilustrando o reflexo da luz de todas as superfícies. Todo o processo, por sua vez, melhora a qualidade da imagem, proporcionando aos visualizadores uma experiência mais envolvente. A técnica tem sido usada há muito tempo em filmes 3D e eventualmente encontrou seu caminho em jogos de computador de alto nível, fornecendo efeitos visuais de qualidade cinematográfica. Ray Tracing mudou o jogo no mundo dos jogos e é uma técnica de renderização preferida do que a rasterização, que tem limitações na renderização das cores verdadeiras dos objetos.
Rastreamento de raio em GPUs Nvidia
Como fabricante líder de placas gráficas, a Nvidia sempre foi ousada em experimentar novas maneiras de melhorar a qualidade visual de seus produtos. A partir de setembro de 2018, a Nvidia lançou placas gráficas com recursos de Ray Tracing. A arquitetura Turing da Nvidia é o primeiro design de GPU com hardware dedicado, ou núcleos RT, para processamento de Ray Tracing em tempo real.
O que são núcleos RT?
O Ray Tracing é normalmente reservado para aplicativos de tempo não real porque o tempo de computação que leva para processar a operação de Ray Tracing é muito mais longo do que outros efeitos visuais. A Nvidia fez uma inovação ao integrar hardware em seus projetos arquitetônicos com o único propósito de computar o rastreamento de raios em tempo real. Este hardware adicionado, conhecido como RT Cores, foi inaugurado nas placas gráficas RTX baseadas em Turing da Nvidia. Esta também foi a primeira placa de vídeo de consumo do mundo com suporte a traçado de raio em nível de hardware
RT-núcleos calculam as cores dos pixels conforme um raio de luz viaja de um ponto a outro. O processo fica mais complexo quando há uma infinidade de fontes de luz. Além disso, vários processos envolvidos no rastreamento de raios, como Ray Casting, Path Tracing, BVH (Bounding Volume Hierarchy) e Denoising Filtering, tornam-no uma técnica computacionalmente intensiva. BVH é a parte mais demorada dos cálculos de traçado de raio e os RT-Cores aceleram a travessia de BVH para traçado de raio em tempo real. Além dos RT-Cores, há outro conjunto de hardware nas GPUs Nvidia que desempenham um papel no fornecimento de rastreamento de raio em tempo real. Os núcleos do Tensor, projetados para aceleração da inteligência artificial, também auxiliam na redução de ruído em tempo real e aceleram o lançamento de raios.
Placas de vídeo Nvidia com suporte para rastreamento de raio
As placas Nvidia com RT Cores são um grande salto para o fabricante de placas de vídeo mundialmente conhecido. No entanto, isso é baseado em hardware e as versões anteriores de placas gráficas não têm esses recursos. Como o rastreamento de raios tem um grande apelo para os consumidores, a Nvidia também disponibilizou o recurso para placas de vídeo mais antigas. Como as arquiteturas mais antigas não incluem RT Cores em seus projetos, a Nvidia tornou possível a renderização de rastreamento de raios por meio de drivers prontos para o jogo.
Placas de vídeo Nvidia com rastreamento de raio em nível de hardware
A primeira geração de RT-Cores foi apresentada na série RTX 20 da Nvidia. O RTX 2080 foi o primeiro da série RTX 20 que apresentou a arquitetura de Turing. Foi então seguido por RTX 2080 Ti, RTX 2070 e RTX 2060. Titan RTX também está na linha.
Em setembro de 2020, a Nvidia apresentou o sucessor de Turing, o Ampere, que apresenta a segunda geração de núcleos RT. O Ampere traz enormes atualizações nas taxas de RT-Cores e Tensor Cores, aumentando a taxa de RT-Core para 58 RT-TFLOPS, 1.7x mais alto que o de Turing, proporcionando uma renderização de traçado de raio muito mais rápida e melhorando a qualidade da imagem. Da mesma forma, o Ampere tem mais do que o dobro da taxa de núcleos de tensor de Turing com 238 Tensor-TFLOPS. O Ampere está no centro da segunda geração de GPU do RTX; a série RTX 30 inclui a classe Titan RTX 3090, RTX 3080, RTX 3070 e o RTX 3060 lançado mais recentemente.
Placas de vídeo Nvidia com rastreamento de raio em nível de software
A Nvidia fez outro avanço ao permitir o rastreamento de raios em placas gráficas selecionadas sem núcleos RT dedicados. Esta é uma boa notícia para os jogadores que usam os modelos mais antigos que não consideram a atualização das placas gráficas ainda, mas querem experimentar os benefícios visuais da técnica de ray-tracing. As placas de vídeo GeForce GTX 1060 de 6 GB e superiores agora podem desfrutar de recursos de rastreamento de raios por meio do DirectX Raytracing (DXR). Abaixo está a lista de placas Nvidia com capacidade de rastreamento de raios por meio de DXR:
- GeForce GTX 1660 Ti
- GeForce GTX 1660
- Nvidia Titan Xp (2017)
- Nvidia Titan X (2016)
- GeForce GTX 1080 Ti
- GeForce GTX 1080
- GeForce GTX 1070 Ti
- GeForce GTX 1070
- GeForce GTX 1060 6 GB
Devido à falta de hardware dedicado para traçado de raio, as placas GTX só podem oferecer efeitos básicos de traçado de raio. Os núcleos de sombreador lidam com os cálculos de traçado de raio e essa carga de trabalho adicional para os núcleos de sombreador afetará o desempenho da GPU. No entanto, com recursos de rastreamento de raios, os jogadores podem ter uma experiência visual mais atraente.
O Futuro do Ray Tracing na Nvidia
O desempenho do Ampere já é mais do que satisfatório depois de dobrar as taxas de processamento de Turing. No entanto, embora ainda esteja fresco do forno, já há rumores sobre seu sucessor, o Lovelace. Podemos esperar novos desenvolvimentos em cálculos de traçado de raio nesta nova arquitetura de GPU. Da mesma forma, uma nova geração de placas gráficas RTX já está sendo produzida. O futuro do ray tracing parece brilhante à medida que a Nvidia continua a desenvolver arquiteturas de GPU que satisfaçam a fome do consumidor por uma melhor experiência de jogo.
