¿Qué es el Ray Tracing: Cómo funciona y para qué se utiliza?

por Erick Roch Moraguez

Tabla de contenidos

Introducción al Ray Tracing
¿Cómo funciona el Ray Tracing?
Historia del Ray Tracing
Ray Tracing vs. Rasterización
Ventajas del Ray Tracing
Aplicaciones del Ray Tracing
El futuro del Ray Tracing
Conclusión

Si eres un ávido jugador o artista digital, probablemente hayas oído hablar últimamente del término «ray tracing». Pero, ¿qué es exactamente y por qué es tan importante? En términos simples, el ray tracing es una técnica de renderizado que simula el comportamiento de la luz en un entorno 3D. Al rastrear la trayectoria de los rayos de luz mientras interactúan con superficies y objetos en una escena, el ray tracing puede producir imágenes increíblemente realistas y detalladas que imitan las condiciones de iluminación del mundo real.

Esta tecnología ha existido durante décadas, pero los avances recientes en hardware y software la han hecho más accesible y práctica para su uso generalizado. El ray tracing se ha convertido en una herramienta poderosa para crear contenido digital impresionante, desde experiencias de juego inmersivas hasta efectos visuales de alta gama en películas y comerciales. En este artículo profundizaremos en cómo funciona el ray tracing y exploraremos algunas de sus interesantes aplicaciones.

Introducción al Ray Tracing

El ray tracing es una técnica de renderizado que simula la forma en que la luz se propaga en el mundo real. En lugar de representar la escena mediante una malla de triángulos planos, el ray tracing imita la física de la luz al seguir la trayectoria de cada rayo de luz que sale de la fuente de luz y rebota en las superficies de los objetos en la escena. Cada rayo de luz puede reflejarse, refractarse o ser absorbido por el objeto, lo que da como resultado una imagen final que es increíblemente realista y detallada.

El ray tracing se utiliza comúnmente en la industria de los videojuegos y la animación, así como en la arquitectura y el diseño industrial. Se ha convertido en una técnica de renderizado estándar en muchas aplicaciones de modelado 3D y software de renderizado. Aunque la técnica de ray tracing ha existido durante décadas, solo recientemente se ha vuelto más práctica y accesible gracias a la mejora en la potencia de procesamiento de la CPU y la GPU.

¿Cómo funciona el Ray Tracing?

El ray tracing es un proceso complejo que implica rastrear la trayectoria de cada rayo de luz en una escena 3D. Esto se hace mediante la creación de un modelo matemático de la escena que representa cada objeto en la escena y las propiedades ópticas de los materiales que los componen. El proceso de ray tracing comienza con la creación de un rayo de luz que se emite desde la fuente de luz y se extiende a través de la escena. A medida que el rayo de luz interactúa con los objetos en la escena, se calcula cómo se reflejará, refractará o se absorberá la luz según las propiedades ópticas de cada material.

El proceso de ray tracing es muy intensivo en términos de recursos de hardware y puede ser muy lento en las computadoras más antiguas. Sin embargo, las mejoras en la potencia de procesamiento de la CPU y la GPU han hecho que el ray tracing sea más accesible para los artistas y diseñadores. Las GPUs modernas tienen núcleos de procesamiento específicos para el ray tracing, lo que les permite procesar los cálculos de ray tracing de manera mucho más rápida que una CPU convencional.

Historia del Ray Tracing

La técnica de ray tracing fue propuesta por primera vez en 1968 por Arthur Appel en su artículo «Some Techniques for Shading Machine Rendered Pictures». En este artículo, Appel propuso una técnica que rastreaba los rayos de luz desde la fuente de luz hasta el ojo del observador, calculando la contribución de cada rayo a la imagen final. Esta técnica se conoció como «ray casting» y fue la precursora del ray tracing moderno.

En 1980, Turner Whitted propuso una técnica de ray tracing que permitía reflejos y sombras más realistas. Esta técnica se basaba en el cálculo recursivo de los rayos de luz a medida que se reflejaban en las superficies de los objetos en la escena. A medida que la potencia de procesamiento de la CPU y la GPU se ha ido mejorando, se han desarrollado técnicas más avanzadas de ray tracing que permiten el cálculo de efectos de iluminación más complejos, como la refracción de la luz a través de objetos transparentes.

Ray Tracing vs. Rasterización

La técnica de renderizado más utilizada en la industria de los videojuegos es la rasterización, que implica convertir una escena 3D en una serie de píxeles en una pantalla 2D. La rasterización es una técnica de renderizado muy rápida y eficiente en términos de hardware, pero no es capaz de producir efectos de iluminación tan realistas como el ray tracing.

La rasterización se basa en la interpolación de los valores de los vértices de una malla de triángulos planos para determinar el color y la intensidad de cada píxel en la pantalla. Esto significa que la rasterización no tiene en cuenta la trayectoria de los rayos de luz y, por lo tanto, no puede producir efectos de iluminación tan realistas como el ray tracing.

Ventajas del Ray Tracing

La principal ventaja del ray tracing es que es capaz de producir efectos de iluminación increíblemente realistas y detallados. Al rastrear la trayectoria de los rayos de luz en la escena, el ray tracing puede simular con precisión efectos de iluminación complejos como reflejos, refracciones, sombras suaves y oclusión ambiental. Estos efectos de iluminación son esenciales para crear imágenes realistas y creíbles en la industria de los videojuegos, la animación y la cinematografía.

Otra ventaja del ray tracing es que es una técnica de renderizado escalable. A medida que la potencia de procesamiento de la CPU y la GPU ha ido mejorando, se han desarrollado técnicas de ray tracing más avanzadas que permiten el cálculo de efectos de iluminación más complejos en escenas cada vez más grandes y detalladas. Esto significa que el ray tracing es una técnica de renderizado que puede seguir evolucionando a medida que la tecnología mejora.

Aplicaciones del Ray Tracing

El ray tracing se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones, desde la industria de los videojuegos hasta la arquitectura y el diseño industrial. A continuación, se presentan algunas de las aplicaciones más interesantes del ray tracing:

Ray Tracing en la industria de los videojuegos

El ray tracing ha revolucionado la industria de los videojuegos al permitir la creación de escenas 3D increíblemente realistas y detalladas. Los efectos de iluminación producidos por el ray tracing pueden hacer que los juegos parezcan más realistas y creíbles, lo que mejora la inmersión del jugador en el mundo del juego. Los desarrolladores de juegos han utilizado el ray tracing para crear sombras suaves, reflejos precisos y efectos de oclusión ambiental en juegos como «Minecraft», «Control» y «Cyberpunk 2077».

Ray Tracing en arquitectura y diseño

El ray tracing se utiliza en la arquitectura y el diseño industrial para crear visualizaciones precisas y realistas de edificios y productos. Al simular la forma en que la luz interactúa con los materiales, el ray tracing puede producir imágenes realistas de cómo se verá un edificio o producto en diferentes condiciones de iluminación. Esto es especialmente útil en la fase de diseño de un proyecto, ya que permite a los diseñadores ver cómo se verá su trabajo en el mundo real antes de que se construya.

Ray Tracing en cine y animación

El ray tracing se ha utilizado en la industria cinematográfica y de animación durante décadas para crear efectos de iluminación realistas y detallados. Los efectos de iluminación producidos por el ray tracing pueden hacer que las películas parezcan más realistas y creíbles, lo que mejora la inmersión del espectador en la historia. Los estudios de cine y animación han utilizado el ray tracing para crear efectos visuales en películas como «Avatar», «The Lord of the Rings» y «The Matrix».

El futuro del Ray Tracing

A medida que la potencia de procesamiento de la CPU y la GPU continúa mejorando, es probable que el ray tracing se convierta en una técnica de renderizado aún más común en una variedad de industrias. Las mejoras en el hardware y el software permitirán que el ray tracing se utilice en escenas cada vez más grandes y detalladas, lo que mejorará aún más la calidad de las imágenes renderizadas. También es posible que se desarrollen técnicas de ray tracing más avanzadas que permitan el cálculo de efectos de iluminación aún más complejos en tiempo real.

Conclusión

El ray tracing es una técnica de renderizado que simula la forma en que la luz interactúa con los objetos en una escena 3D. Al rastrear la trayectoria de los rayos de luz mientras interactúan con los objetos, el ray tracing puede producir efectos de iluminación increíblemente realistas y detallados que imitan las condiciones de iluminación del mundo real. Aunque el ray tracing ha existido durante décadas, solo recientemente se ha vuelto más accesible y práctico gracias a la mejora en la potencia de procesamiento de la CPU y la GPU.

El ray tracing se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones, desde la industria de los videojuegos hasta la arquitectura y el diseño industrial. A medida que la tecnología continúa mejorando, es probable que el ray tracing se convierta en una técnica de renderizado aún más común en una variedad de industrias.