Le ray tracing : présentation

Le tracing de rayons constitue un procédé de génération d’images graphiques. Cette technologie a pour fonction de calculer les rayons lumineux perceptibles aussi bien que les rayons invisibles. Le but est d’aboutir à un éclairage plus fidèle des jeux vidéo et animations en trois dimensions. De nos jours, la méthode prend également la forme d’une fonction matérielle, appelée « ray tracing en temps réel », et connaît une utilisation croissante.

Ray tracing : qu’est-ce que c’est ?

Le « ray tracing » consiste en une procédure de simulation de l’éclairage par le suivi des rayons lumineux dans les images 3D. Cette technologie de rendu graphique permet d’obtenir des effets lumineux plus vrais que nature à l’aide d’un algorithme qui calcule un modèle réaliste en suivant les trajectoires de ces rayons. Il y a encore énormément de choses à savoir sur le ray tracing. N’hésitez pas à aller au portail gaming. Le « ray tracing » est très utilisé dans les secteurs des jeux vidéo et des cartes graphiques et Nvidia est l’un des exemples récents les plus connus de cette technologie. Cela a été possible grâce à sa gamme de cartes graphiques « GeForce RTX ». Depuis 2018, ces cartes graphiques RTX fonctionnent en temps réel grâce au « ray tracing » qui est devenu une fonction matérielle à part entière.

Fonctionnalités du rray tracing

Le principe de fonctionnement du « ray tracing » implique plusieurs étapes simples. Tout d’abord, une image 3D comprenant des objets 3D est créée à l’aide d’un logiciel de modélisation 3D. Cette image est ensuite animée pour en faire une scène. Pour visualiser cette scène avec un éclairage réaliste, les sources lumineuses sont positionnées pour permettre de rendre les objets 3D visibles. Le « ray tracing » intervient alors. Une caméra virtuelle joue le rôle de l’œil du spectateur. 

L’algorithme du « ray tracing » trace des rayons entre les objets et la caméra. Il calcule la visibilité de ces derniers pour la caméra et la quantité de pixels nécessaires pour chaque ligne de vue. De plus, le « ray tracing » détermine 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. Les pixels sont alors colorisés en fonction des rayons suivis, des reflets, de la lumière incidente et de la texture des surfaces. Les objets et sources de lumière invisibles sont également pris en compte dans le processus de rendu. Le résultat final est une représentation réaliste de l’éclairage avec des effets de lumières et d’ombres complexes. 

Méthodes de ray tracing

Le degré de réalisme des animations 3D obtenues grâce au ray tracing varie selon la méthode employée. Ci-dessous sont présentées différentes méthodes de ray tracing. Elles sont classées par ordre croissant de complexité et de puissance de calcul requise, ainsi que leur date de développement. Tout d’abord, on trouve la méthode de calcul de la zone couverte, qui ne prend pas en compte les effets d’éclairage tels que les ombres ou les reflets. 

Ensuite, vient la simulation des ombres, qui inclut les ombres dures projetées par les sources de lumière, mais omet les effets de réflexion. Le ray tracing récursif, quant à lui, ajoute la capacité de réfléchir aux surfaces transparentes ou réfléchissantes. Le ray tracing distribué intègre des ombres partielles, et permet d’obtenir des bords d’ombres plus doux et réalistes. 

Enfin, le path tracing capture toutes les sources lumineuses présentes et invisibles dans une scène, ainsi que les reflets sur les surfaces. Cette méthode permet de recréer des ombres très réalistes en accordant une grande importance au jeu de lumière.