Cyberpunk 2077 con RT Overdrive: il path tracing - o full ray tracing - fa la differenza?

Che lo chiamiate "full ray tracing" o semplicemente "path tracing", non vi sarà certo sfuggito l'arrivo di questa tecnologia in Cyberpunk 2077 con la patch 1.62, più precisamente in quella che è stata ribattezzata modalità "RT Ovedrive". Si parla di "Technology Preview", ovvero di un'anteprima, quindi qualcosa di fondamentalmente ancora sperimentale, non del tutto rifinito e soprattutto non per tutti.

Finora abbiamo visto il path tracing implementato in Quake II RTX, Portal with RTX e Minecraft RTX, giochi con una grafica datata o elementare, in cui il miglioramento grafico rispetto alle produzioni originali è apparso più che palpabile. Del tutto diverso è il caso di Cyberpunk 2077, un titolo di ultima generazione, graficamente appagante e soprattutto già impegnativo per l'hardware moderno anche con il "semplice" ray tracing.

Cos'è il Full Ray Tracing (Path Tracing)

Per arrivare a offrire la RT Overdrive Mode, NVIDIA e CD Projekt RED hanno rinnovato l'intera pipeline di rendering e illuminazione del gioco con un approccio che finora era principalmente usato offline, per effetti visivi nei film e nelle animazioni, vista l'elevata qualità abbinata all'estrema pesantezza che ne escludeva l'applicazione in tempo reale.

Ma prima di approfondire quest'ultimo aspetto, prendiamoci tempo per capire cos'è il path tracing o full ray tracing e come differisce dal ray tracing. Mentre il ray tracing consiste nel tracciamento di singoli raggi di luce che rimbalzano una sola volta su un oggetto, con il path tracing siamo di fronte a una forma più complessa, in cui il raggio rimbalza su un oggetto, crea un altro raggio, a cui collisione si origina un altro raggio e così via. Il tutto in modo libero, senza imposizioni o altro alla fonte.

Nel path tracing si tracciano centinaia o migliaia di raggi lungo ogni pixel, seguendo i raggi lungo i numerosi rimbalzi o passaggi attraverso gli oggetti prima che raggiungano la sorgente luminosa al fine di ottenere l'informazione di colore e luce. "Con il path tracing consentiamo a tutte le luci nel gioco, a volte centinaia o più di sorgenti, di fornire illuminazione e ombre perfette per i pixel in tutto il mondo visibile. Non ci riduciamo a un gruppo di luci accuratamente selezionato che possiamo utilizzare, ma lasciamo tutto libero e selvaggio", ha spiegato NVIDIA.

Le tecniche precedenti si occupavano separatamente di ombre, riflessi e illuminazione globale con ray tracing per un numero limitato di sorgenti luminose. Il path tracing modella le proprietà della luce da un numero virtualmente illimitato di sorgenti emissive, fornendo ombre, riflessi e illuminazione globale fisicamente corretti su tutti gli oggetti.

Nel caso della RT Overdrive Mode di Cyberpunk 2077, NVIDIA sottolinea che una delle integrazioni più impattanti è NVIDIA RTX Direct Illumination (RTXDI), un SDK che permette agli sviluppatori di replicare l'aspetto della luce in scene con numerose sorgenti luminose. Con RTXDI, migliaia di oggetti possono emettere luce i cui raggi sono tracciati.

"Con il path tracing e RTXDI, praticamente tutte le fonti di luce proiettano ombre morbide fisicamente corrette, un'impresa precedentemente inimmaginabile con approcci precedenti. I giocatori sperimenteranno un'ombreggiatura potenziata, con maggiore profondità, dettaglio e realismo", sottolinea la casa californiana, aggiungendo che le tecniche di rendering tra cui Screen Space Reflections, Screen Space Ambient Occlusion e le soluzioni di illuminazione globale esistenti sono state sostituite da un singolo algoritmo unificato che fornisce un'illuminazione più accurata di scene e oggetti.

A fornire un'ulteriore informazione tecnica è Jakub Knapik, Vice President and Global Art Director di CD Projekt RED. "Con Ray Tracing: Overdrive, possiamo finalmente sperimentare una transizione della luce completamente bilanciata lungo il gioco. I raggi di luce rimbalzano nel mondo, fornendo sia illuminazione che riflessi. Per trovare un equilibrio tra prestazioni e qualità, abbiamo deciso che i rimbalzi di due raggi garantissero il miglior compromesso in tal senso. Ciò significa che quando ci guardiamo allo specchio, vediamo una superficie riflettente che riflette ancora correttamente il mondo".

"In precedenza potevamo solo sperare in un rimbalzo. Di conseguenza, alcune stanze o superfici sembravano un po' più scure, poiché un singolo raggio di luce non era sufficiente a fornire informazioni adeguate sul mondo".

Path tracing in tempo reale: com'è possibile?

Ma se la tecnica l'abbiamo compresa, com'è possibile che il tutto funzioni con prestazioni giocabili in un titolo già di per sé complesso come Cyberpunk 2077? CD Projekt RED e NVIDIA si sono sedute al tavolo e hanno lavorato per sfruttare al meglio le potenzialità dell'ultima generazione di schede video.

Ci si è affidati a Shader Execution Reordering (SER), una tecnica che permette alle GPU Ada Lovelace delle GeForce RTX 4000 di eseguire carichi di lavoro incoerenti aumentando le prestazioni (potete approfondire meglio in questo articolo).

Inoltre, si è ricorsi a Real-Time Denoisers (NRD) per migliorare ulteriormente le prestazioni e la qualità dell'immagine. Ulteriore apporto è arrivato dai driver, con apposite ottimizzazioni per garantire un buon frame rate.

Ciliegina sulla torta, il DLSS 3, l'ultima tecnologia di upscaling basata AI che riduce il rendering effettivo della scena grazie alla ricostruzione di sette ottavi della scena tramite la tecnologia detta "Frame Generation".

L'impatto del Path Tracing su Cyberpunk 2077: grafica e prestazioni

Il path tracing rende la grafica di Cyberpunk 2077 ancora migliore rispetto all'uso della massima impostazione di ray tracing? Non vogliamo farvi perdere tempo, la risposta è che le differenze si vedono appena. Abbiamo fatto due screenshot in 4K, di giorno e di notte, oltre ad alcuni ingrandimenti. Potete vedere che c'è della differenza in come si diffonde la luce, ma da qui a dire che l'esperienza muta, ce ne passa.

In questi due confronti, notiamo come il Path Tracing faccia un lavoro migliore soprattutto nello scenario notturno. Di giorno, infatti, finisce per ridurre la consistenza delle ombre, anche se realizza un miglior lavoro rispetto a Ray Tracing Ultra nell'esaltare le proprietà dei materiali. Di notte, invece, garantisce le ombre anche per gli oggetti più piccoli e rende meglio la luce soffusa. Anche qui i materiali appaiono più realistici grazie a Path Tracing, mentre si nota come il motore grafico stia gestendo un maggior numero di rimbalzi della luce.

Non vogliamo sminuire il lavoro che c'è dietro a questa "Technoloy Preview", ma nemmeno esaltare qualcosa che non lo è. Allo stesso tempo, quanto vediamo depone in favore della precedente implementazione del ray tracing. Più del risultato finale rispetto al ray tracing "tradizionale", bisogna fare un plauso alla capacità e alla perseveranza mostrata da CD Projekt RED e NVIDIA per essere le prime a provare a inserire questa forma di ray tracing più avanzata in un gioco moderno.

Il ray tracing è migliorato molto dal debutto del 2018, se pensate che da Battlefield V a Cyberpunk 2077 si è passati dal calcolo di 39 operazioni RT per pixel a ben 635. Per il path tracing, peraltro, siamo solo all'inizio di un percorso.

A nostro giudizio, dopo alcuni test, più che promuovere il path tracing questa implementazione in Cyberpunk 2077 rappresenta l'ennesimo assist per il DLSS 3 e la sua capacità di migliorare il frame rate preservando, a risoluzioni e modalità qualitative elevate, l'immagine finale. Il path tracing è più pesante del ray tracing, senza dubbio, come potete vedere dai numeri senza DLSS 3 che vedono soffrire in 4K anche la potentissima RTX 4090.

Quello che emerge è che, almeno al momento, la modalità RT Overdrive è a uso e consumo esclusivo degli utenti NVIDIA, di fascia alta e con il DLSS - meglio se una RTX 4000 con DLSS 3. Per meglio contestualizzare i dati, abbiamo fatto qualche test a campione, a risoluzione 4K, di alcune delle GPU presenti nel grafico, ma in modalità RT Ultra, così da vedere l'impatto supplementare di RT Overdrive:

Come potete osservare dai dati in tabella, la Radeon RTX 7900 XTX in RT Ultra - per quanto fatichi in questo titolo - mostra performance nettamente migliori con il ray tracing tradizionale, segno che né il gioco né tantomeno i driver AMD sono pensati per far andare d'amore e d'accordo la RT Overdrive mode con le GPU Radeon. Per il resto, il peso del passaggio da RT Ultra a RT Overdrive è intorno al 40% senza DLSS. Con il DLSS in gioco, il gap si assottiglia al 20-25% per le 4000, mentre la 3090 Ti perde il 35%.

Conclusioni

Il path tracing in Cyberpunk 2077 non colpisce, se non le schede video su cui gira. Una GeForce RTX 4090 in 4K vede il suo frame rate scendere da 48 a 28 fps dall'impostazione RT Ultra a quella RT Overdrive, un passo indietro del 40% circa. Non parliamo nemmeno delle soluzioni AMD, ovviamente non certo il focus dello sviluppo per CD Projekt RED e NVIDIA, e prive di driver ottimizzati per la nuova modalità.

Siamo comunque alla prima implementazione su un gioco moderno, e questo è un passaggio importante. Difficile dire quando il path tracing soppianterà l'attuale ray tracing, ma certamente questa Technology Preview è un primo assaggio di un futuro che, vista l'implementazione sempre maggiore dell'intelligenza artificiale in ambito grafico, potrebbe essere più vicino di quanto pensiamo.