PlayStation 5: o que esperar do ray tracing na consola de próxima geração
Gran Turismo 7, Ratchet and Clank e Pragmata.
Foram revelados quase 30 jogos na apresentação da PlayStation 5 e existe imenso material para o Digital Foundry analisar, mas uma das maiores surpresas foi o número de jogos first e third party que usam a tecnologia ray tracing acelerada por hardware. Mas o que foi apresentado que nos deixa dizer com segurança que usa RT hardware? Quais os efeitos e como funcionam? Talvez mais importante, o que a amostra de jogos nos diz em termos gerais sobre como será empregue a ray tracing na próxima geração?
Para começar, penso que é preciso dar crédito a quem o merece. O Ray tracing acelerado por hardware teve a sua estreia em Novembro de 2019, quando a DICE actualizou Battlefield V com uma solução de menor qualidade, mas na mesma impressionante. Foi actualizada meses depois com melhorias radicais na performance e foi o primeiro de vários jogos com RT. No entanto, a questão é que para as consolas abraçar esta emergente tecnologia tão rapidamente e entregarem tantos exemplos de RT por hardware no software inicial é quase milagroso, especialmente tendo em conta o quão computacionalmente dispendiosa e complexa é.
Aprendemos isso rapidamente no PC, há dois anos atrás, com jogos compatíveis com RTX. Um só efeito RT em plena resolução, como reflexos em 4K, na GPU mais poderosa disponível pode perder fotogramas em percentagens significativas. Outros efeitos como sombras com RT podem ser menos exigentes, mas ainda assim merecem respeito. A conclusão é que o design do hardware das consolas está na relação valor e preço, significando que os estúdios terão de ter cuidado na forma como usam a RT para manter resoluções e rácios de fotogramas razoáveis. Na primeira vaga de jogos PS5 que vimos, temos alguns indícios de como os estúdios se estão a adaptar a este novo paradigma da renderização.
Gran Turismo 7 é um bom ponto de partida. É inegável o uso de RT aqui, os reflexos empregues em várias das superfícies e nos carros em si. A actual tecnologia preferida para reflexos, mapeamento cúbico, como visto em Forza Horizon 4, por exemplo, captura fragmentos do cenário e coloca-os no carro, deixando escapar reflexos e apresentando-os numa perspectiva incorrecta. GT7 está noutro nível. Os reflexos dos cenários estão mapeados correctamente no carro, em todos os carros e até o carro do jogador cria reflexo, tal como elementos fora do ecrã. É uma grande melhoria ao trabalho dos materiais no teu veículo, enquanto materiais como vidro também parecem ter reflexos RT. É o primeiro Gran Turismo no qual vemos que o retrovisor inclui o interior do carro e o condutor. Em GT Sport, a câmara está afixada na traseira do carro.
O jogo corre no que parece ser 4K nativa, por isso alcançar estes resultados a 60fps exige abordagens inovadoras ao ray tracing. Primeiro, a resolução dos reflexos parece ser um quarto da resolução, reduzindo imenso a carga. Além disso, um elemento curioso é que arestas em movimento nos reflexos exibem linhas serrilhadas, tal como no checkerboarding. Isto deixa-me a pensar se reflexos interlaçados, ou via checkerboarding, são usados para obter melhor performance. Vimos uma técnica similar em Metro Exodus.
A estratégia parece focar-se em obter o melhor resultado visual possível a partir de recursos RT hardware limitados. Na vida real, a não ser que um objecto seja um espelho perfeito, o reflexo numa superfície menos suave torna-se menos perceptível e fica um pouco mais escuro de acordo com o ângulo da câmara sobre o reflexo. Este efeito brilhante exige que mais raios sejam abrangidos, pois os raios fazem com que a parte menos nítida do reflexo tenha menos coerência ou direcções aleatórias, tornando o processo mais exigente. Uma forma de optimizar é simplesmente ignorar o efeito e optar por reflexos perfeitos, usando depois pós-processamento menos exigente para simular os efeitos mais exigentes. A nitidez nos reflexos é consistente em GT7 na PS5, sugerindo uma optimização similar. Os reflexos não mudam o nível de nitidez dentro de um tipo de material, apenas ao longo de diversos materiais.
Também é encorajador ver ray tracing confirmado pela Insomniac Games para Ratchet and Clank: Rift Apart, no qual o estúdio nos diz que os reflexos com ray tracing são usados no próprio Clank (repara nos subtis reflexos do seu corpo capturados pelo seu queixo). No entanto, ao ver o vídeo, parece mesmo que os reflexos RT são usados na maioria das superfícies brilhantes, tais como no chão metálico visto no segmento gameplay. Infelizmente, não temos vídeo de elevada qualidade para analisar melhor, mas mesmo com baixa qualidade, existem optimizações interessantes.
Tal como GT7, parece que existe um nível de reflectividade uniforme por toda a superfície, sem endurecimento de contacto. Outro aspecto interessante é que vários objectivos parecem ser excluídos dos reflexos. Não tenho a certeza se são bugs de um vídeo inicial ou uma técnica para poupar na performance, colocando menos objectivos na estrutura de aceleração. Certos elementos dinâmicos também parecem ser removidos dos reflexos, tais como destroços de objectos destruídos. A razão para esta optimização estar presente num vídeo tão inicial é porque objectos em movimentos ou que mudam rapidamente em RT têm de reconstruir a estrutura acelerada com RT em tempo real na GPU. Isto tem um custo separado do esforço computacional no rastreio dos raios ou na criação das suas sombras. Como regra geral, os objectos dinâmicos são muito mais exigentes de calcular em reflexos com RT, comparado com objectos estáticos e o que vemos em Ratchet and Clank realça isto.
Além dos estúdios internos, também os indies parecem prontos para usar ray tracing acelerado por hardware, como vimos em jogos como Stray da Blue Twelve. Este jogo usa o Unreal Engine 4, que tem o seu conjunto de funcionalidades RT pré-inseridas. De acordo com o que vimos até agora no UE4, as suas funcionalidades RT são de grande qualidade, mas muito caras em termos computacionais. Os reflexos UE4 têm escurecimento, alongamento e associados aspectos físicos. O trailer de Stray mostra uma cena com um robô barbeiro e o seu cliente mostra reflexos altamente precisos no espelho à frente dos personagens, incluindo elementos que não estão no ecrã (por isso, não usa reflexos screen-space padrão). Uma vez que o espelho não está totalmente limpo, a nitidez do reflexo muda com a superfície do material, o que fica excelente. Ao sairmos para o exterior, a atenção ao detalhe é visível numa cena de muito maior escala e de aspecto fantástico. Este jogo pode ter outros efeitos RT como sombras com rastreio de raios, mas podem ser pré-inseridas, um aspecto no qual o UE4 tem excelentes ferramentas.
Essa incerteza é algo que se pode aplicar a outros jogos, como Demon's Souls da Bluepoint, pois o PlayStation blog revela que o jogo tem sombras com RT. No entanto, não sabemos se isto se aplica a sombras directas ou indirectas e nada no trailer ou nas imagens deixa perceber isso. Existe imenso para discutir sobre este jogo e falaremos mais dele em breve. Também vale a pena dizer que a Insomniac confirmou reflexos com RT para Marvel's Spider-Man: Miles Morales, mas não há nada de concreto no pequeno teaser apresentado. Estamos ansiosos para o jogar.
O último exemplo de ray tracing acelerado por hardware que vimos é Pragmata da Capcom, que está a ser desenvolvido com o que acreditamos ser uma versão melhorada do excelente RE Engine, que conseguiu visuais espantosos nesta geração. Neste jogo, existem dois tipos de RT visíveis. Inevitavelmente, começa com reflexos RT, são óbvios na imagem dos olhos da criança, ao ponto dos painéis electrónicos reflectidos nos seus olhos mudarem em tempo real dentro do reflexo em si. Se olhares bem, podes ver que as suas pestanas e elementos da própria cara estão reflectidos de uma forma distorcida. Os reflexos com RT são espantosos por isto, oferecerem um detalhe correcto independentemente do quão próxima está a câmara.
Um aspecto interessante destes reflexos é que funcionam muito como os que vimos em Battlefield V, onde os reflexos screen-space (que espelham detalhe renderizado no ecrã) são misturados com reflexos RT na mesma cena. Se usares RT de baixa ou média qualidade em BFV, o jogo aumenta a rigidez do corte dos reflexos para poupar na peformance, mas a SSR é na mesma aplicada para que superfícies mais duras possam ter algum nível de reflexo em tempo real, mesmo que seja apenas screen-space. Isto é o que Pragmata faz no trailer, onde os reflexos super nítidos e mais baratos nos olhos da personagem ou poças no chão, são alcançados com RT. No entanto, os reflexos mais bruscos vistos na rua são entregues na sua maioria através de SSR, por isso vês reflexos que surgem e desaparecem quando a fonte do detalhe é tapada. É uma combinação muito inteligente e é um bom aproveitamento dos recursos limitados.
O segundo efeito RT no trailer é ainda mais interessante e assume a forma de uma espécie de iluminação global com RT, com alguns efeitos subtis mas espantoso, tais como ressalte de luz pela cena. Consoante o astronauta caminha em frente de um táxi amarelo, a luz que ressalta do veículo é vista no seu fato. Ao levantar a sua mão, podes ver uma sombra indirecta da luz que ressaltou do seu braço pelo peito, é um nível de fidelidade espantoso. Existem alguns artefacto, ao olhar para o vídeo, perceberás como esta iluminação indirecta dos personagens apresenta muita grainha, como se a luz fosse criada a partir de diversos pontos. Geralmente, este é o aspecto da RT em tempo real quando não é aplicado um filtro agressivo para remover o ruído. Num vídeo inicial, não me importo com estes níveis inferiores de precisão, torna-o mais autêntico.
Pragmata está agendado para 2020 e, de todos os jogos apresentados, é provavelmente o que está na fase mais inicial do desenvolvimento. Muito pode mudar, mas na minha perspectiva, esta combinação de efeitos RT consegue o uso mais impressionante de ray tracing que vi no evento da PS5. Talvez indique o nível de utilização RT que veremos daqui a alguns anos, o uso de optimização inteligente para manter os reflexos RT mais razoáveis em termos da performance, mantendo ainda poder de renderização para a iluminação global em tempo real que será revolucionária.
Enquanto adepto da ray tracing, fiquei mais do que satisfeito com a revelação da PlayStation 5, altamente surpreendido até. Esta geração de consolas usou o mesmo tipo de efeitos pré-inseridos durante tanto tempo que ficamos habituados e nem notamos os erros e falsidade em muitas cenas. Por exemplo, ninguém questiona o porquê do jogador já não surgir reflectido nos espelhos (até o Duke Nukem 3D original tinha isto!). A oclusão ambiental e a iluminação global evoluíram e têm bom aspecto, mas o efeito geral fica aquém, quando comparado com o que vimos de implementações com RT, a comparação entre RT simulaa e aproximada é imensa.
Da minha perspectiva, a boa notícia que é a amostra de jogos PS5 demonstrou que os criadores de jogos não estão a ignorar o novo hardware e a apostar em maiores ganhos na performance com a GPU mais poderosa, estão a testar as funcionalidades RTe e parece que poderemos ver frutos desse trabalho no lançamento. Se me dissessem no início de 2020 que isto iria acontecer, teria dificuldades em acreditar. Em conjunto com a versão path-traced de Minecraft que já vimos a correr na Xbox Series X, é bom ver hardware RT para consolas apoiado por resultados imediatamente visíveis e enquanto nova ferramenta disponível para os criadores de jogos, estou ansioso para ver o que acontecerá em seguida.