Exploitez les capacités Ray Tracing du HDRP Unity avec NVIDIA

Inscrivez-vous sur le site NVIDIA pour assister au webinaire en direct. Elle débutera à 10h00 heure du Pacifique, le mercredi 27 janvier 2021, et durera environ une heure. Si vous ne pouvez pas y assister, vous pourrez regarder la session à la demande ultérieurement.

Tous les participants au webinaire en direct participeront à un tirage au sort pour avoir une chance de gagner un (1) NVIDIA® Quadro RTXTM 5000 ! Cependant, vous devez vous inscrire et assister à l'intégralité du webinaire en direct pour être éligible.

Pour les scénarios d'éclairage, le Ray Tracing consiste à projeter les rayons des caméras ou des surfaces vers d'autres surfaces et structures lumineuses, notamment en dehors de la vue de la caméra, pour générer l'éclairage. La production cinématographique et la visualisation haut de gamme utilisent largement Ray Tracing. Cependant, jusqu'à récemment, la puissance de calcul nécessaire pour rendre de telles images à une fréquence d'image raisonnable rendait cette technique inutilisable pour des applications en temps réel. En conséquence, une méthode alternative est utilisée dans les jeux depuis des décennies : la rastérisation. En bref, elle consiste à ombrer les pixels à l'écran en déterminant quelles lumières les affectent. En effet, elle n'implique pas du tout le concept de Ray Tracing et a plusieurs limites en raison de sa nature espace écran.

Heureusement, avec la démocratisation du Ray Tracing accéléré par le matériel, que l'on trouve dans les derniers GPU grand public, le Ray Tracing pourrait bientôt devenir la nouvelle norme pour générer de l'éclairage, en particulier sur les plateformes plus haut de gamme. Le pipeline de rendu HDRP propose un pipeline hybride de tracing de rayons, combinant les techniques traditionnelles de tracing de rayons et de tracing de rayons. Il propose des versions Ray Tracing des effets d'éclairage courants, tels que l'occlusion ambiante (AO), les reflets, l'éclairage global (GI), la diffusion souterraine et les ombres.

Découvrez par exemple cette impressionnante présentation du coupé 2019 BMW 8 Series, fruit de la collaboration entre Unity, NVIDIA et la BMW. Il montre comment le Ray Tracing en temps réel peut fournir des résultats photoréalistes, à une fraction du temps et du coût des solutions de rendu hors ligne.

Le tracing de rayons en HDRP est actuellement disponible en package d'aperçu, ce qui signifie qu'il n'est pas nécessairement prêt pour la production. Cependant, vous pouvez l'essayer et nous faire part de vos commentaires sur les forums.

Le webinaire tirera parti du tout nouveau modèle HDRP disponible dans Unity 2020.2.

Par conséquent, vous pourrez suivre les instructions données dans le webinaire, après avoir téléchargé Unity 2020.2. Démarrer votre projet est très simple : créez un nouveau projet dans le Hub Unity, sélectionnez le modèle de pipeline de rendu HD et appuyez sur le bouton Créer.

Dans sa version actuelle, le modèle HDRP utilise uniquement des techniques rastérisées pour le rendu de l'éclairage, via des lightmaps précalculées, des groupes de sondes, des sondes de réflexion, des Shadowmaps, etc. Ainsi, la première étape du webinaire consistera à convertir rapidement le modèle pour tirer parti du Ray Tracing.

Plus tard, je vous présenterai plus en détail 4 des principaux effets Ray Tracing disponibles en HDRP, à savoir l'occlusion ambiante Ray Traced, les reflets, l'éclairage global et les ombres. Enfin, je terminerai la session avec le Path Tracing du HDRP, une approche plus brute de la force du Ray Tracing, qui fournit encore plus de fidélité visuelle au prix d'un temps de rendu considérablement augmenté.

L'occlusion ambiante espace écran (SSAO) est un élément essentiel du rendu en temps réel pour les jeux depuis plus d'une décennie. Il est utilisé pour simuler l'occlusion diffuse de l'environnement, afin d'améliorer le contact visuel entre les objets dans le monde et d'assombrir l'éclairage dans les zones concaves. Cependant, cet effet, poussé trop loin, peut produire des halos autour des géométries, et même un aspect caricatural. De plus, l'un des principaux inconvénients de cette technique d'espace écran est son incapacité à générer une occlusion à partir d'objets qui résident hors du cadre, car elle ne repose que sur les informations de profondeur disponibles dans la mémoire tampon z. L'avantage, c'est que cet effet est toujours excellent pour gérer la micro occlusion de petites zones dans la perspective de la caméra, pour un coût relativement faible.

Avec un peu de chance, grâce au Ray Tracing, les rayons peuvent être projetés sur des surfaces au-delà du tronc de caméra, et donc atteindre des objets situés à l'extérieur du cadre. De cette façon, vous pouvez obtenir une grande macro occlusion à partir d'objets volumineux situés tout autour de la caméra. Bien que techniquement l'AO ne soit qu'une approximation approximative de l'éclairage d'environnement, elle peut compléter d'autres techniques d'éclairage telles que les lightmaps ou les lightprobes, dont la résolution ou la densité est limitée et donc incapable de capturer la micro occlusion.

De la même façon que le SSAO, les reflets espace écran (SSR) ne peuvent refléter que les objets situés dans le cadre : encore une fois, les surfaces qui ne sont pas immédiatement visibles par la caméra ne peuvent pas être réfléchies. Par exemple, en regardant le sol, la technique SSR ne peut fournir aucune information utile. Par conséquent, la SSR est très approximative et cette technique a tendance à avoir de nombreux détracteurs, y compris le vôtre, car un bon placement des sondes de réflexion statiques peut souvent fournir des résultats plus attrayants et moins distrayants pour la plupart des scénarios statiques. Cependant, un domaine où la SSR brille littéralement est lorsqu'il s'agit de réflexions planes pour des surfaces parallèles à la direction de vue, telles que les sols, les murs et les plafonds. Un cas d'utilisation optimal pour la SSR serait une caméra dont le pitch est verrouillé, comme dans un jeu de course.

Cependant, avec Ray Tracing, nous pouvons accéder à des informations qui résident à l'extérieur de l'écran, et par conséquent, nous pouvons offrir un reflet plus précis du monde, au moins dans un certain rayon autour de la caméra, défini par l'amas lumineux et la longueur des rayons.

L'une des fonctionnalités les plus impressionnantes du Ray Tracing est la capacité à générer un éclairage global en temps réel, c'est-à-dire la simulation d'un éclairage indirect, ou simplement, le rebond de l'éclairage dans l'environnement.

Généralement, dans les moteurs de jeu, l'éclairage indirect est géré avec des techniques précalculées ou de précalcul, telles que les light probes ou les lightmaps, et elles peuvent ralentir considérablement le temps d'itération des artistes et des concepteurs qui s'occupent de l'éclairage.

Heureusement, HDRP propose 2 techniques pour RTGI : une technique performante et une technique de qualité. La première est orientée vers des scénarios à fréquence d'image élevée en lumière directe, tandis que la seconde peut fournir des résultats très précis dans des intérieurs plus complexes grâce à de multiples rebonds et échantillons, pour un coût informatique très élevé néanmoins.

Lorsqu'il est prêt à l'emploi, le pipeline de rendu HD (HDRP) fournit de superbes cartes d'ombres qui simulent la douceur naturelle des ombres, tout en veillant à ce qu'elles restent nettes près des projecteurs d'ombres, comme dans la vie réelle. Cependant, lorsque vous utilisez la qualité de filtrage Medium moins chère, les résultats peuvent être accablants, car toute la carte d'ombre est filtrée uniformément, quelles que soient les distances entre les lanceurs et les récepteurs.

Les résultats peuvent être améliorés de façon spectaculaire avec les ombres Ray Traced, en projetant des rayons des surfaces vers les lumières pour comprendre la quantité d'occlusion entre elles. Cela peut donc fournir une approximation extrêmement réaliste de l'ombrage, pour un coût de performance modéré. De plus, le HDRP prend en charge les ombres transparentes !

Enfin, le path tracing permet aux artistes de générer une excellente qualité d'image beaucoup plus rapidement que les moteurs de rendu hors ligne traditionnels. Les rayons sont plantés à partir de la caméra et, chaque fois qu'ils touchent une surface, nous projetons d'autres rayons vers d'autres surfaces et lumières (c'est-à-dire la structure du grappe de lumière). Le parcours des rayons entre la caméra et les lumières s'appelle un chemin, d'où le nom de Path Tracing.

L'avantage du path tracing par rapport aux autres méthodes de tracing de rayons mentionnées ci-dessus est de fournir un processus unifié pour générer tout l'éclairage, comme les ombres, les reflets, la réfraction et l'éclairage global. Les principaux inconvénients de cette technique sont le temps de rendu et le bruit. Cependant, pour ces derniers, nous pouvons accumuler des échantillons sur plusieurs secondes pour obtenir des résultats moins bruyants.

Espérons qu'après avoir visionné ce prochain webinaire, vous aurez une bien meilleure compréhension des principales fonctionnalités Ray Tracing disponibles dans Unity, et vous devriez être en mesure d'augmenter considérablement la qualité visuelle de vos visualisations et même des jeux en temps réel.

Nous nous réjouissons de votre participation au webinaire et de répondre à vos questions en direct ! Et n'oubliez pas que vous pouvez aussi poser des questions et nous laisser vos commentaires dans le forum de tracing Unity Ray.

Pierre Yves Donzallaz (Technical Art Manager, R&D, Graphics) est un éclairagiste expérimenté avec plus d'une décennie d'expérience AAA dans le domaine du rendu en temps réel. Il possède une solide expérience technique et artistique et se spécialise dans l'éclairage, l'embellissement des niveaux, l'expérience utilisateur, la conception d'outils et l'amélioration des flux de production.

Il a travaillé sur des jeux primés et de grandes productions AAA, y compris la série Crysis, Ryse: Fils de Rome, Grand Theft Auto V et Red Dead Redemption 2.

Il est actuellement membre de l'équipe des graphismes R&D de Unity, où il dirige d'autres artistes techniques dont la mission est d'améliorer l'efficacité des artistes, d'éduquer les utilisateurs dans le monde entier et de développer de nouveaux outils, flux de production et fonctionnalités graphiques aux côtés d'ingénieurs et de concepteurs.

Anis Benyoub (programmeur graphique senior, R&D, graphismes) travaille actuellement sur l'extension des pipelines de rendu pour les jeux et les applications en temps réel afin de prendre en charge le Ray Tracing en temps réel. Anis est passionné par l'intégration Monte Carlo, le rendu basé sur la physique et les performances en temps réel (et adore partager ses connaissances avec la communauté).

Avant Unity, il a travaillé chez Pretty Simple Games comme ingénieur graphique, chez Autodesk comme ingénieur R&D 3D sur 3DS Max, puis comme ingénieur logiciel principal sur le moteur de jeu Stingray. Il est titulaire d'une maîtrise en sciences informatiques de l'École polytechnique de Montréal avec spécialisation en infographie et d'une maîtrise en sciences informatiques de l'INSA de Lyon.