Analyse approfondie du rendu par lancer de rayons du moteur RE : SER, illumination globale ReSTIR et DLSS pour le ray racing dans Resident Evil Requiem et PRAGMATA

Les derniers titres de CAPCOM, PRAGMATA et Resident Evil Requiem, ont marqué une étape importante dans le domaine des graphismes en étant les premiers jeux à utiliser le RE Engine avec prise en charge du ray tracing. Lors de la récente présentation à la GDC 2026, intitulée « Ray tracing en temps réel dans le RE Engine pour Resident Evil Requiem et PRAGMATA », des informations détaillées sur cette adaptation de pointe ont été partagées, ce qui en fait un événement incontournable pour les passionnés de graphismes et les développeurs.

Cette présentation captivante est accessible via la chaîne YouTube NVIDIA Game Developer. Sans surprise, NVIDIA a joué un rôle crucial dans l’intégration du lancer de rayons au sein du moteur de CAPCOM. La session a réuni Hitoshi Mishima, de l’équipe RE Engine de CAPCOM, qui a détaillé les aspects architecturaux et artistiques de cette implémentation, et Calvin Shu, de NVIDIA, qui a partagé son expertise sur les optimisations de performances GPU spécifiques à ces deux jeux.

Chez CAPCOM, l’intégration a été principalement menée par Kenta Nakamoto et Kosuke Nabata, qui ont mené à bien le projet en un an et demi environ. Cette avancée s’intègre étroitement à la technologie de reconstruction de rayons DLSS de NVIDIA, ce qui améliore les capacités de réduction du bruit et permet des performances optimales en temps réel, rendant ainsi indispensable l’utilisation d’une carte graphique NVIDIA GeForce RTX pour ces jeux.

Une diapositive de présentation intitulée « RE ENGINE Ray Tracing / Path Tracing Pipeline » présente un organigramme avec des sections intitulées « Common », « GBuffer », « Lighting », « Transparent », « Post Effects » et « Build BVH », indiquant les processus partagés pour le ray tracing et le path tracing.

Le moteur RE Engine prenait déjà en charge le ray tracing depuis la sortie de Resident Evil Village en 2021, avec des fonctionnalités telles que l’illumination globale, l’occlusion ambiante et les réflexions. Cependant, il s’appuyait sur la rastérisation pour l’éclairage direct et utilisait le ray tracing uniquement pour l’éclairage indirect.À l’inverse, le path tracing complet traite à la fois l’éclairage direct et indirect via un pipeline de path tracing unifié, permettant ainsi d’obtenir des détails d’ombre plus précis, des réflexions plus nettes, un débruitage plus fiable et une occlusion ambiante avancée, surpassant les méthodes de ray tracing classiques. La construction de la hiérarchie des volumes englobants (BVH) est exécutée à l’aide de calculs asynchrones, permettant le partage des frameworks de requêtes de rayons et de shaders de matériaux.

Au fil de la présentation, les détails techniques se sont précisés. CAPCOM a adopté une technique RIS en flux continu pour prioriser efficacement les sources lumineuses les plus importantes. Parmi les principales décisions de conception :

Une compensation de luminosité a été introduite pour atténuer les contours sombres dans les zones fortement éclairées, en utilisant des mises à jour du réservoir pour les ajustements d’exposition de la caméra.
Un modèle BSDF simplifié (combinant une diffusion lambertienne avec une spéculaire à un seul lobe) a été utilisé lors de la sélection des candidats pour réduire les coûts de l’ALU.
L’éclairage basé sur l’image (IBL) a été exclu de l’ensemble des candidats dans les environnements intérieurs avec un IBL de haute intensité, car ces échantillons avaient tendance à être occlus, ce qui entraînait une variance et une dégradation élevées dans la reconstruction des rayons DLSS.
Des échantillons NEE explicites ont été incorporés à l’aide de la méthode d’alias de Walker, permettant un échantillonnage triangulaire efficace basé sur la surface et l’intensité.

Le moteur RE construit une grille 3D (AABB) autour de chaque source lumineuse ponctuelle, composée de 16×128×128 cellules, chacune contenant un masque de bits d’identification de la lumière. Cela permet au flux RIS de référencer la grille à chaque point d’ombrage, optimisant ainsi considérablement les performances en n’évaluant que les lumières pertinentes.

Une comparaison côte à côte montre l'effet de la technologie « ReSTIR GI » de NVIDIA sur l'éclairage indirect, mettant en évidence une amélioration significative de la clarté visuelle et de l'échantillonnage de la lumière entre les images du haut et du bas.

L’équipe de développement a intégré la technique ReSTIR GI afin d’améliorer la stabilité de la reconstruction des rayons DLSS, réduisant ainsi considérablement le bruit en éclairage indirect. Cette technique permet la réutilisation des échantillons de trajectoire entre les images : les trajectoires des images précédentes sont rééchantillonnées tandis que celles de l’image actuelle sont stockées à chaque pixel.

Pour éviter une corrélation excessive avec la reconstruction par rayons, les échantillons sont prélevés à partir de positions légèrement décalées par rapport à l’image précédente, plutôt que de correspondre exactement aux pixels. Cette stratégie a permis d’éclairer diverses scènes de Resident Evil Requiem et de PRAGMATA uniquement grâce à l’IBL, ce qui a permis de réduire considérablement le bruit.

De plus, la présentation a mis en évidence comment le tampon de guide de reconstruction de rayons DLSS a été utilisé pour corriger des artefacts visuels spécifiques, tels que :

Diffusion sous la surface : des problèmes d’artefacts fantômes sont apparus dans les zones de cheveux suite au flou SSS. Une solution a consisté à encoder les différences de luminance avant et après la diffusion dans la mémoire tampon de guide pour un ajustement correct.
Verre dépoli : Des types d’artefacts similaires ont été rencontrés sur des surfaces dépolies, qui ont également été traités par la technique de tampon de guidage SSS.
Gouttes de pluie et décalcomanies transparentes : le mécanisme de gestion de la désocclusion rendait les gouttes de pluie presque invisibles. La solution consistait à utiliser le masque de désocclusion pour calculer les normales avant et après l’application de la décalcomanie.
Éclairage de texture de projection animé : la reconstruction par rayons rencontrait des difficultés pour modifier rapidement les motifs lumineux animés sur les surfaces ; les poids d’animation RIS ont été modulés par rapport aux poids globaux pour optimiser cela.
Hologrammes : Les animations de couleur émissive des hologrammes n’étaient pas correctement représentées dans la mémoire tampon de guide, ce qui entraînait un flou. Des ajustements ont été effectués pour remplacer l’albédo diffus et spéculaire dans la mémoire tampon de guide par la couleur émissive.

Une image comparative montrant « Strands Rasterizer Strand Hair » avec deux sections côte à côte étiquetées « Hardware Rasterizer » et « Hardware Rasterizer + Software Rasterizer[4] » par NVIDIA.

Resident Evil Requiem et PRAGMATA exploitent tous deux la technologie de modélisation des cheveux par mèches, propriété de CAPCOM, initialement présentée dans Resident Evil 4 Remake (2023) et perfectionnée depuis. Cette approche utilise un pipeline de rastérisation hybride, matériel et logiciel, permettant la classification et l’élimination des mèches épaisses, suivies d’une rastérisation matérielle pour les mèches plus denses et d’une semi-transparence logicielle pour les plus fines. En lancer de rayons, un maillage de repli remplace la géométrie complète des mèches dans le BVH. PRAGMATA utilise notamment un BVH dédié à chaque mèche afin de mieux représenter la longue chevelure du personnage principal.

Calvin Shu a conclu la présentation en abordant le processus d’optimisation illustré à l’aide d’une scène de test de PRAGMATA. Cette scène mettait en valeur les capacités de la reconstruction de rayons DLSS, du DLAA et de la RTX 5090 en résolution 4K. Elle comportait 73 sources de lumière analytiques et 32 échantillons émissifs issus d’une matrice 4K.

Une scène intitulée « Scène de test » montre un personnage portant une autre personne dans un environnement futuriste, avec le texte à l'écran « DLSS-RR (DLAA) sur RTX 5090 @ 4K : Fréquences verrouillées à la fréquence de base ».

Scène	Temps d’image	Notes
Front d’onde CS de base	21 ms	Performances lentes dues au nombre élevé de threads et à l’inefficacité des boucles d’échantillonnage de la lumière.
BRDF RIS simplifié	17, 7 ms	Nous avons obtenu des gains d’efficacité en optimisant les appels aléatoires et en divisant les UInt32 en deux nombres à virgule flottante.
Port SER naïf	23, 5 ms	Les performances ont été inférieures aux attentes, sans réordonnancement des SER.
SER activé	20, 8 ms	Cohérence améliorée, mais problèmes de blocage du cache d’instructions.
SER + ressources sans liaison	~16, 9 ms	Nombre d’instructions considérablement réduit et goulots d’étranglement résolus.
Optimisations des pilotes	13, 3 ms	Pas encore publié au moment de la présentation.

L’optimisation du lancer de rayons dans le RE Engine a connu un parcours semé d’embûches, avec des régressions notables dues à l’ implémentation du réordonnancement de l’exécution des shaders (SER). L’étude a révélé que la fusion de deux passes de shader de calcul en un appel de rayon unifié entraînait une duplication d’instructions, aggravant les problèmes de performance. Le passage à une architecture sans liaison corrige ces inefficacités et représente un progrès significatif en matière d’optimisation.

En conclusion de la présentation, Calvin Shu a souligné l’importance d’adopter DXR 1.2 avec le réordonnancement de l’exécution des shaders pour les futures implémentations de lancer de rayons. Cette approche pourrait atteindre un débit comparable à celui de la lumière, objectif ambitieux de NVIDIA en matière de performances GPU. Il a également présenté la version 2.0 à venir du masque de désocclusion pour la reconstruction de rayons DLSS, qui devrait améliorer la gestion des cas limites rencontrés dans Resident Evil Requiem et PRAGMATA.

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