Analisi approfondita del path tracing del motore RE: SER, illuminazione globale ReSTIR e DLSS Ray Racing in Resident Evil Requiem e PRAGMATA

Gli ultimi titoli di CAPCOM, PRAGMATA e Resident Evil Requiem, hanno segnato una svolta significativa nella tecnologia grafica, essendo i primi giochi a utilizzare RE Engine con supporto per il path tracing. Durante la recente presentazione alla GDC 2026 intitolata “Real-Time Path Tracing in RE ENGINE for Resident Evil Requiem and PRAGMATA”, sono stati condivisi approfondimenti dettagliati su questo adattamento all’avanguardia, rendendola un appuntamento imperdibile sia per gli appassionati di grafica che per gli sviluppatori.

Questa interessante presentazione è disponibile sul canale YouTube di NVIDIA Game Developer. Come prevedibile, NVIDIA ha svolto un ruolo cruciale nell’implementazione del path tracing nel motore grafico di CAPCOM. Alla sessione hanno partecipato Hitoshi Mishima del team RE Engine di CAPCOM, che ha approfondito gli aspetti architettonici e artistici dell’implementazione, e Calvin Shu di NVIDIA, che ha condiviso approfondimenti sulle ottimizzazioni delle prestazioni della GPU specifiche per questi due giochi.

Sul fronte CAPCOM, il compito di integrazione è stato guidato principalmente da Kenta Nakamoto e Kosuke Nabata, che hanno completato il progetto in circa un anno e mezzo. Questo progresso si integra strettamente con NVIDIA DLSS Ray Reconstruction, che migliora le capacità di riduzione del rumore e consente prestazioni efficienti in tempo reale, rendendo di fatto necessario l’hardware NVIDIA GeForce RTX per questi giochi.

Una diapositiva della presentazione intitolata "RE ENGINE Ray Tracing / Path Tracing Pipeline" mostra un diagramma di flusso con sezioni etichettate "Common", "GBuffer", "Lighting", "Transparent", "Post Effects" e "Build BVHs", che indicano i processi condivisi per il ray tracing e il path tracing.

Il RE Engine supportava già il ray tracing con la versione del 2021 di Resident Evil Village, che includeva funzionalità come l’illuminazione globale, l’occlusione ambientale e i riflessi basati sul ray tracing. Tuttavia, si affidava alla rasterizzazione per l’illuminazione diretta e utilizzava il ray tracing esclusivamente per l’illuminazione indiretta. Al contrario, il path tracing completo elabora sia l’illuminazione diretta che quella indiretta tramite una pipeline di path tracing unificata, consentendo un miglioramento dei dettagli delle ombre, riflessi più nitidi, una riduzione del rumore più affidabile e un’occlusione ambientale avanzata che supera i metodi di ray tracing convenzionali. La costruzione della Bounding Volume Hierarchy (BVH) viene eseguita utilizzando il calcolo asincrono, consentendo framework condivisi per le query di ray e gli shader dei materiali.

Con il progredire della presentazione, i dettagli tecnici sono diventati più chiari. CAPCOM ha adottato una tecnica RIS in streaming per dare priorità in modo efficace alle sorgenti luminose più importanti. Le decisioni progettuali chiave includono:

È stata introdotta la compensazione della luminosità per attenuare i bordi scuri nelle aree molto illuminate, utilizzando aggiornamenti del serbatoio per le regolazioni dell’esposizione della telecamera.
Durante la selezione dei candidati è stato utilizzato un modello BSDF semplificato (che combina la diffusione lambertiana con una speculare a lobo singolo) per ridurre i costi ALU.
L’illuminazione basata su immagini (IBL) è stata esclusa dal set di candidati negli ambienti interni con IBL ad alta intensità, poiché questi campioni tendevano ad essere occlusi, causando un’elevata varianza e un degrado nella ricostruzione dei raggi DLSS.
I campioni NEE espliciti sono stati incorporati utilizzando il metodo di alias di Walker, consentendo un campionamento triangolare efficiente basato su area e intensità.

Il motore RE costruisce una griglia 3D (AABB) attorno a ciascuna sorgente luminosa puntiforme, composta da 16×128×128 celle, ognuna delle quali contiene una maschera di bit per l’identificazione della luce. Ciò consente al RIS di streaming di fare riferimento alla griglia in ogni punto di ombreggiatura, ottimizzando significativamente le prestazioni valutando solo le luci rilevanti.

Un confronto affiancato mostra l'effetto della tecnologia 'ReSTIR GI' di NVIDIA sull'illuminazione indiretta, evidenziando un significativo miglioramento della nitidezza visiva e del campionamento della luce tra le immagini in alto e in basso.

Il team di sviluppo ha integrato la tecnica ReSTIR GI per migliorare la stabilità della qualità della ricostruzione ray DLSS, riducendo significativamente i livelli di rumore in condizioni di illuminazione indiretta. Questa tecnica consente il riutilizzo dei campioni di percorso tra i fotogrammi; i percorsi dei fotogrammi precedenti vengono ricampionati mentre i percorsi del fotogramma corrente vengono memorizzati per ogni pixel.

Per evitare un’eccessiva correlazione con la ricostruzione ray tracing, i campioni vengono prelevati da posizioni leggermente sfalsate rispetto al fotogramma precedente, anziché da corrispondenze esatte dei pixel. Questa strategia ha permesso di illuminare diverse scene sia in Resident Evil Requiem che in PRAGMATA utilizzando solo IBL, ottenendo livelli di rumore notevolmente ridotti.

Inoltre, la presentazione ha evidenziato come il buffer guida per la ricostruzione dei raggi DLSS sia stato utilizzato per correggere specifici artefatti visivi, quali:

Diffusione sottosuperficiale: sono emersi problemi con artefatti di ghosting nelle aree dei capelli a causa del passaggio di sfocatura SSS. Una soluzione ha previsto la codifica delle discrepanze di luminanza prima e dopo la diffusione nel buffer di guida per una corretta regolazione.
Vetro satinato: Su superfici satinate sono stati riscontrati tipi di artefatti simili, che sono stati trattati anche con la tecnica del buffer di guida SSS.
Gocce di pioggia e decalcomanie trasparenti: il meccanismo di gestione della disocclusione rendeva le gocce di pioggia quasi invisibili. La soluzione consisteva nell’utilizzare la maschera di disocclusione per calcolare le normali prima e dopo l’applicazione della decalcomania.
Luci animate con texture di proiezione: la ricostruzione ray tracing ha avuto difficoltà a modificare rapidamente i pattern di luce animati sulle superfici; i pesi di animazione RIS sono stati modulati rispetto ai pesi complessivi per ottimizzare questo aspetto.
Ologrammi: Le animazioni del colore emissivo negli ologrammi non venivano rappresentate accuratamente nel buffer di guida, causando sfocature. Sono state apportate delle modifiche per sostituire l’albedo diffuso e speculare nel buffer di guida con il colore emissivo.

Un'immagine comparativa che mostra 'Strands Rasterizer Strand Hair' con due sezioni affiancate etichettate 'Hardware Rasterizer' e 'Hardware Rasterizer + Software Rasterizer[4]' di NVIDIA.

Sia Resident Evil Requiem che PRAGMATA utilizzano la tecnologia proprietaria di CAPCOM per la gestione dei capelli a ciocche, presentata per la prima volta in Resident Evil 4 Remake (2023) e successivamente perfezionata. Questo approccio impiega una pipeline di rasterizzazione ibrida hardware e software, che consente di classificare e scartare le ciocche di capelli più spesse, seguita da una rasterizzazione hardware per le ciocche più dense e da una semitrasparenza software per le ciocche più sottili. Nel ray tracing, una mesh di fallback sostituisce la geometria completa delle ciocche nel BVH. In particolare, PRAGMATA porta questo processo a un BVH formale per le ciocche, al fine di adattarsi meglio ai lunghi capelli fluenti del personaggio principale.

Calvin Shu ha concluso la presentazione illustrando il processo di ottimizzazione, dimostrato utilizzando una scena di test di PRAGMATA che metteva in evidenza le capacità di DLSS Ray Reconstruction, DLAA e RTX 5090 a risoluzione 4K. Questa particolare scena presentava 73 luci analitiche e 32 campioni emissivi provenienti da un array 4K.

Una scena intitolata "Scena di prova" mostra un personaggio che trasporta un'altra persona in un ambiente futuristico, con la scritta a schermo "DLSS-RR (DLAA) su RTX 5090 a 4K: clock bloccati alla frequenza base".

Palcoscenico	Tempo di fotogramma	Note
Fronte d’onda CS di base	21 ms	Prestazioni lente dovute all’elevato numero di thread e all’inefficienza dei cicli di campionamento della luce.
BRDF RIS semplificato	17, 7 ms	Efficienza migliorata grazie all’ottimizzazione delle chiamate casuali e alla suddivisione di UInt32 in due float.
Porta SER ingenua	23, 5 ms	Prestazioni inferiori alle aspettative, senza riordino SER.
SER abilitato	20, 8 ms	Coerenza migliorata, ma si sono verificati blocchi della cache delle istruzioni.
SER + risorse senza vincoli	~16, 9 ms	Riduzione significativa del numero di istruzioni e risoluzione dei colli di bottiglia.
Ottimizzazioni dei driver	13, 3 ms	Non ancora pubblicato al momento della presentazione.

Il percorso di ottimizzazione del path tracing nel RE Engine è stato tutt’altro che lineare, con notevoli punti di regressione derivanti dall’implementazione dello Shader Execution Reordering (SER). L’indagine ha rivelato che l’unione di due passaggi di compute shader in una chiamata dispatch ray unificata creava inavvertitamente una duplicazione delle istruzioni, aggravando i problemi di prestazioni. Il passaggio al bindless risolve queste inefficienze, mostrando un significativo miglioramento nell’ottimizzazione.

Al termine della presentazione, Calvin Shu ha sottolineato l’importanza di adottare DXR 1.2 con Shader Execution Reordering per le future implementazioni di path tracing. Questo approccio potrebbe raggiungere una velocità di elaborazione ” velocità della luce “, che rappresenta l’ambizioso obiettivo di prestazioni GPU di NVIDIA. Ha inoltre introdotto la prossima versione 2.0 della DLSS Ray Reconstruction Disocclusion Mask, che dovrebbe migliorare la gestione dei casi limite riscontrati in Resident Evil Requiem e PRAGMATA.

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