NVIDIA ha presentado una mejora revolucionaria en su algoritmo ReSTIR, que aumenta significativamente el rendimiento del trazado de rayos entre 2 y 3 veces, allanando el camino para el futuro de los gráficos en los videojuegos.
Ray Tracing: Un referente para los avances en trazado de rayos de NVIDIA
El trazado de rayos se está popularizando en los videojuegos para PC, logrando una fidelidad visual sin precedentes, propia de las experiencias de última generación. NVIDIA, líder en tecnología gráfica, encabeza la implementación del trazado de rayos en PC. Sin embargo, al igual que ocurrió con el trazado de rayos en sus inicios, actualmente requiere hardware de alto rendimiento. Por ejemplo, incluso la potente RTX 5090 tiene dificultades para ofrecer una tasa de fotogramas jugable, alcanzando solo entre 30 y 40 FPS en muchos títulos y dependiendo en gran medida del escalado DLSS y la generación de fotogramas.
El trazado de rayos comenzó su andadura en PC y, progresivamente, se ha vuelto más eficiente en el hardware moderno. Las consolas también han incorporado el trazado de rayos de forma efectiva, aunque principalmente con ajustes de calidad que aún no alcanzan los 60 FPS en la mayoría de los casos.
En un innovador artículo de investigación titulado «ReSTIR PT Enhanced: Algorithmic Advances for Faster and More Robust ReSTIR Path Tracing», NVIDIA describe un conjunto de algoritmos ReSTIR diseñados para optimizar el rendimiento del trazado de rayos. Estas innovaciones ofrecen una notable mejora de velocidad de 2 a 3 veces, a la vez que minimizan las inconsistencias visuales presentes en los resultados actuales de trazado de rayos y trazado de rutas.
Los algoritmos mejorados de trazado de rayos de NVIDIA se acercan a lo que la compañía considera «listo para producción», reduciendo a la mitad los costos asociados con la reutilización espacial. Estos avances también mejoran el rendimiento y la calidad generales mediante metodologías que integran la iluminación directa y global, al tiempo que abordan eficazmente la reducción del ruido de color y del ruido de oclusión. Los avances que presenta el algoritmo incluyen:
- Una reducción en los costos de mapeo de turnos vinculada a la reutilización espacial lograda a través de la selección de vecinos.
- Umbrales de huella de rayos dinámicos que se ajustan según las diferentes escenas y materiales.
- Se minimizan los artefactos de correlación mediante mapas de duplicación de muestras.
- Optimizaciones adicionales que mejoran la estabilidad y el rendimiento al reducir el ruido de color y de desoclusión.
La Tabla 1 muestra el rendimiento de nuestras técnicas, donde cada fila añade una nueva característica u optimización sobre el código fuente público de Lin et al.[2022].Primero medimos la aceleración obtenida con nuestras técnicas de reducción de costos, que proporcionan una aceleración promedio de 2, 74× en las cuatro escenas analizadas. Estas escenas se seleccionaron para reflejar una variedad de complejidad geométrica y de materiales. Los resultados para cada escena se incluyen en el material complementario.
Para comprender mejor el efecto de nuestras optimizaciones de GPU de bajo nivel, analizamos el rendimiento de Opera House utilizando NSight Graphics. Los datos del analizador indican que las optimizaciones de las secciones 6.2.1 a 6.2.3 reducen la divergencia de subprocesos y mejoran la eficiencia de cálculo de la GPU. En concreto:
- La ocupación del espacio de curvatura del SM aumenta del 22, 4% al 31, 1%.
- Los hilos activos por urdimbre aumentan de 15, 3 a 19, 9.
- La latencia de warp disminuye de 347k a 241k ciclos.
Todo esto ocurre sin modificar el comportamiento del muestreador. La aplicación de la ruleta rusa (Sección 6.2.4) mejora aún más estas métricas para:
- 34, 9% de ocupación
- 20, 6 hilos activos por urdimbre
- latencia de 82k ciclos
Debido a que cada pasada de ReSTIR requiere dos conjuntos de reservorios para admitir la reutilización temporal, estos cambios reducen el almacenamiento por píxel de 2 × (88 + 16) bytes en la implementación base (que usa reservorios de 16 bytes para ReSTIR DI) a 2 × 64 bytes. Con una resolución de renderizado de 1920 × 1080, esto reduce el consumo de memoria de 431 MB a 265 MB.
Resultados de la optimización de GPU comparados con Lin et al.[2022]
Prácticas técnicas / pasantías Ocupación de curvatura SM (%) Hilos activos por urdimbre Latencia de deformación (ciclos) Aceleración frente a la línea base Notas Línea de base (Lin et al.[2022]) 22.4 15.3 347k 1.0× Código fuente público de referencia Optimizaciones de bajo nivel de la GPU (Secciones 6.2.1–6.2.3) 31.1 19.9 241k 2, 74× (promedio en 4 escenas) Menor divergencia de hilos, mayor eficiencia. + Ruleta rusa (Sección 6.2.4) 34.9 20.6 82k — Mayores mejoras en la eficiencia + Nuevos umbrales (Secciones 4, 5 y 6) — — — — Criterios de reconexión independientes de la escena, mejora la calidad del mapeo de desplazamiento. Todas las mejoras (descorrelación, reducción de ruido) — — — 2, 30× Añade un 19% de coste en comparación con la versión más rápida, pero sigue siendo más rápido que
Los avances de NVIDIA prometen un salto significativo en las capacidades de trazado de rayos, especialmente desde el lanzamiento de las series de GPU RTX 40 y RTX 50. De cara al futuro, NVIDIA está entusiasmada con la incorporación de técnicas de renderizado neuronal y algoritmos de IA para perfeccionar aún más el rendimiento de su hardware para juegos, con el objetivo de mejorar drásticamente las capacidades visuales de la próxima generación.
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