Dossier : tout savoir sur le Ray Tracing, l'éblouissante technologie mise en avant par Nvidia

Souvenez-vous, le 20 août dernier, Nvidia dévoile à la face du monde ses nouvelles cartes graphiques, les GeForce RTX 2070, 2080 et 2080 Ti. Durant sa présentation, le constructeur américain met en avant la technologie qui devrait illuminer le monde du jeu vidéo, le Ray Tracing. Cette technologie, vieille de plusieurs décennies, compte bien prendre d'assaut les expériences vidéoludiques des joueurs du monde entier, via la gamme RTX signée Nvidia. D'où vient vraiment le Ray Tracing ? Qu'apporte-t-il ? Comment fonctionne-t-il ? C'est ce que nous allons éclaircir, dans ce nouveau dossier. 

Le Ray Tracing, c'est quoi ? À quoi ça sert ?

Pour faire court, le Ray Tracing tient à reproduire de la manière la plus fidèle possible le trajet de la lumière dans un environnement en 3D. Vous le savez, la lumière peut se réfracter sur certains objets et même voir sa route bloquée par un objet, formant alors une ombre. Seulement, alors que le procédé est réalisé naturellement par les petites mains de l'univers, le reproduire de manière numérique n'est pas chose aisée. Néanmoins, le réalisme apporté est une valeur ajoutée et le photoréalisme est un rendu recherché depuis toujours, que ce soit en peinture, en photo ou en jeu vidéo. Plutôt que de suivre un chemin similaire à celui de la lumière dans la nature, le Ray Tracing fait l'inverse et recrée les jeux de lumière de votre oeil numérique à la source de lumière. 

Ainsi, les traits qui sont censés exister en dehors de votre champ de vision ne sont pas recréés, limitant les efforts à faire. Comme le montre Nvidia dans la vidéo ci-dessus, le Ray Tracing procure un résultat "hollywoodien", plus vrai que nature. Cependant, même Hollwyood a mis du temps avant d'adopter le procédé. La première utilisation en temps réel du Ray Tracing remonte à 1986 quand il aura fallu attendre plus d'une décennie pour que des studios d'animation comme Dreamworks et Pixar mettent la main à la pâte. Au départ, pour des films comme Shrek 2 et Le Monde de Nemo, l'implémentation du Ray Tracing n'est pas totale, voire superficielle. Ce procédé n'est utilisé que pour des retouches nécessaires, la technologie étant onéreuse, aussi bien en termes de temps que de puissance. 

Rastérisation à gauche; Ray Tracing à droite.

Une technologie qui se prête à bien des domaines

Mais en 2006, les studios Pixar passent à la vitesse supérieure avec Cars. Beaucoup de véhicules, des pare-brises en guise d'yeux et des carrosseries réfléchissantes, les conditions parfaites pour expérimenter au maximum le Ray Tracing. Le studio se sert donc du Ray Tracing pour appuyer PR RenderMan, son moteur de rendu. Le résultat est là, les spectateurs et la presse sont séduits. Le côté technique est encensé, notamment le réalisme des voitures, quand le scénario est parfois décrié. Mais là encore, le Ray Tracing n'est pas la seule technologie utilisée pour sublimer les effets lumineux. Par ailleurs, la technologie fait souvent partie de logiciel à part entière, comme Radiance. Et alors que le cinéma continue de l'apprécier par ses productions parfois hors-normes, l'utilisation du Ray Tracing connait également ses heures de gloire du côté des designers et des architectes. 

Grâce au Ray Tracing, présent dans divers moteurs de rendu, les designers et architectes, d'intérieur ou non, peuvent détailler au mieux leurs créations 3D. En ajoutant davantage de réalisme à ce domaine, les consommateurs peuvent se projeter plus facilement et éventuellement, tomber sous le charme du mobilier face à eux. Cette technologie permet aux modélisations 3D de prendre une nouvelle ampleur et de toucher du doigt le photoréalisme. Seulement, le rendu de ces créations demande beaucoup de temps et surtout, énormément de puissance de calcul. Et alors que les productions hollywoodiennes ont parfois le budget alloué pour ces dépenses, les designers, non. Et c'est là que la gamme RTX est censée faire de l'oeil aux professionnels. Optimisées pour le Ray Tracing, ces GPU doivent réduire les conditions nécessaires à l'utilisation optimale de cette technologie dans le domaine du design. 

Le jeu vidéo et le Ray Tracing

Retour en 1992 avec Wolfenstein 3D. Signé id Software, le troisième opus de la série débutée en 1981 est le premier jeu vidéo à se servir du Ray Tracing, ou au moins de son ancêtre, le Ray Casting. Le développement de jeux vidéo en 3D se préserve pour les jeux de simulation (automobile, aviation, spatiale) et quelques Dungeon Crawler, les ordinateurs grand public restant trop peu puissants pour les jeux d'Action. Néanmoins, un homme décide de persévérer dans le secteur, il s'agit de John Carmack. Le programmeur décide d'utiliser une approche différente à la conception de niveaux en 3D. Plutôt que d'utiliser le Ray Tracing pour l'intégralité des éléments entourant le joueur, seule la surface visible par le joueur est concernée. Carmack part sur cette idée et six semaines plus tard, un moteur de jeu 3D utilisant le Ray Casting voit le jour. Les développeurs s'en servent pour produire Wolfenstein 3D, le remake de Castle Wolfenstein, sorti en 1981.

Précurseur dans son domaine, Wolfenstein 3D va ouvrir la voix à d'autres créations populaires comme Doom, paru l'année suivante. Avant l'arrivée du Ray Tracing, les rendus graphiques comptaient sur la rastérisation, un procédé qui utilise des créations composées de triangles et de polygones pour les transformer en modèle 3D d'un objet, celui que vous verrez apparaître à l'écran. La rastérisation est une méthode de rendu plus rapide et surtout, moins gourmande. Néanmoins, le résultat n'est pas aussi détaillé qu'avec le Ray Tracing, Nvidia a tenu à le démontrer à maintes reprises au cours de sa présentation du 20 août dernier. Toutefois, l'apport du Ray Tracing s'arrête là.

Cette technologie n'est présente que pour améliorer le rendu de la lumière, notamment dans un jeu vidéo. Avec sa gamme de GPU RTX, le constructeur souhaite ouvrir le Ray Tracing en temps réel au grand public.

Le Ray Tracing vaut-il le coût ?

La technologie actuelle permet à cette innovation de débarquer dans les machines des consommateurs, mais à quel prix ? La RTX 2080 Ti était affichée à 1259€ (rupture de stock), quand les RTX 2080 et RTX 2070 (disponible plus tard) affichent respectivement 849€ et 639€. De plus, il faut également prendre en compte le fait que ces nouvelles cartes graphiques n'ont un véritable apport que pour les jeux développés spécialement avec le Ray Tracing.

Pour le moment, seuls 11 jeux sont concernés, avec des titres comme Battlefield V, Shadow of the Tomb Raider Metro Exodus ou encore Control, le prochain titre de Remedy. Et même si les benchmarks commencent doucement à arriver, la gamme RTX doit encore faire ses preuves. Certains évoquent l'arrivée des tests indépendants à la mi-septembre. Quant aux cartes graphiques, les RTX 2080 Ti et RTX 2080 embarqueront pour leurs foyers respectifs le 20 septembre prochain. 

Faut-il craquer pour le Ray Tracing ? La réponse la plus honnête : "attendez de voir".