Ray Reconstruction: ¿Qué es? ¿Cómo funciona?

NVIDIA ha lanzado el nuevo DLSS 3.5, una nueva mejora de esta tecnología basada en software que mejorará el aspecto gráfico para los usuarios que posean una tarjeta gráfica NVIDIA GeForce RTX compatible. Además, con la inclusión de la versión 3.5 también se han agregado una serie de mejoras y nuevas funciones, una de ellas es la denominada Ray Reconstruction, que trataremos en este artículo. Pero antes hay que conocer bien un par de conceptos…

¿Qué es DLSS?

DLSS (Deep Learning Super Sampling) es la tecnología que compite contra AMD FSR e Intel XeSS. Es un método de aumento de resolución creado por Nvidia, diseñado exclusivamente para sus tarjetas gráficas y destinado a ser utilizado en tiempo real en ciertos videojuegos.

DLSS aprovecha el poder del deep learning para incrementar la resolución de imágenes de baja calidad, adaptándolas a resoluciones más altas y aptas para monitores de mayor definición. Nvidia asegura que esta tecnología logra mejorar la resolución de manera equiparable a la de imágenes en alta definición, todo ello con una carga computacional menor para la tarjeta gráfica. Esto posibilita configuraciones gráficas más avanzadas y un mayor número de FPS (Frames Per Second) en una resolución específica.

Todo esto es posible gracias a los núcleos Tensor de Nvidia, que solo están disponibles en las GPU RTX de nueva generación. De hecho, no solo mejora el software DLSS en sí con las distintas versiones lanzadas (1.0, 2.0, 3.0, 3.5), sino que también lo hacen los núcleos Tensor, que ya van por la cuarta generación en las RTX 40 Series. Esto hace que el impulso del DLSS sea aún más potente. Gracias al nuevo motor tensor de coma flotante de 8 bits, los núcleos han aumentado su rendimiento en hasta cinco veces en comparación con la generación anterior.

DLSS obliga a un juego a renderizar a una resolución más baja (normalmente 1440p) y luego utiliza su algoritmo de IA entrenado para inferir cómo se vería si se renderizara a una resolución más alta (normalmente 4K). Esto se logra mediante la utilización de efectos de antialiasing (probablemente el TAA propio de Nvidia) y algún afilado automatizado. Los artefactos visuales que no estarían presentes en resoluciones más altas también se suavizan e incluso se utilizan para inferir los detalles que deberían estar presentes en una imagen.

El algoritmo de IA se entrena para observar ciertos juegos a resoluciones extremadamente altas (supuestamente 64 veces el muestreo normal, aunque NVIDIA no da detalles sobre esto) y luego se reduce a un tamaño de solo unos pocos megabytes antes de ser incorporado a las últimas versiones de los controladores de Nvidia y ponerlo al alcance de jugadores de todo el mundo. Al parecer, las nuevas versiones de DLSS ya no necesitan ni estar entrenadas para cada título de videojuego, sino que pueden funcionar de forma más genérica, aunque siguen necesitando que el videojuego en cuestión sea compatible…

Diferencias clave con AMD FSR e Intel XeSS

AMD es el principal competidor de Nvidia, y para rivalizar con DLSS, AMD lanzó en 2021 la tecnología FSR (FidelityFX Super Resolution). Aunque tiene el mismo objetivo de mejorar los visuales mientras aumenta las tasas de FPS, FSR funciona de manera bastante diferente a DLSS.

FSR renderiza los fotogramas a una resolución más baja y luego utiliza un algoritmo de aumento de escala espacial de código abierto para hacer que el juego parezca que se está ejecutando a una resolución más alta, sin tener en cuenta los datos de vectores de movimiento. Es decir, FSR podría funcionar en cualquier GPU, ya que no necesita expresamente de núcleos Tensor como sí hace DLSS. No obstante, no ofrece tan buenos resultados como DLSS.

Además de FSR, AMD también cuenta con la RSR (Radeon Super Resolution), que es una técnica de aumento de escala espacial, en este caso sí que se usa IA. Aunque esto suena similar a DLSS, existen diferencias. RSR está construido utilizando el mismo algoritmo FSR y es una característica basada en controladores que se ofrece a través del software Adrenalin de AMD. RSR tiene como objetivo llenar el vacío donde FSR no está disponible, ya que este último debe implementarse directamente en juegos específicos, como ocurre con DLSS. Es decir, RSR debería funcionar en casi cualquier juego, ya que no requiere que los desarrolladores lo implementen. Esto es una importante ventaja con respecto a DLSS.

Por otro lado, Intel también ha estado trabajando en su propia tecnología de supermuestreo llamada Xe Super Sampling (XeSS), y a diferencia de FSR o DLSS, hay dos versiones diferentes disponibles:

• Una utiliza las unidades de matemáticas de matriz XMX, presentes en sus nuevas GPU Arc Alchemist. Estas unidades XMX se encargan de todo el procesamiento de IA en el extremo del hardware.
• Otra versión utiliza DP4a, eliminando así la dependencia del propio hardware de Intel y permitiendo que XeSS funcione en las GPU de Nvidia y AMD.

Es decir, la primera se parecería más a DLSS, mientras que la segunda se parece más a FSR.

¿Qué es el Ray Tracing?

Otro de los conceptos que hay que comprender previamente a la introducción del Ray Reconstruction es el Ray Tracing es una técnica avanzada de renderización utilizada en gráficos por computadora para simular de manera realista la interacción de la luz con los objetos en una escena. En lugar de simular directamente cómo se iluminan los píxeles en la pantalla, el Ray Tracing trabaja de manera inversa, trazando rayos de luz desde la cámara a través de la escena y calculando cómo interactúan con los objetos para determinar su color, sombras, reflejos y refracciones.

El proceso del Ray Tracing implica varios pasos clave:

• Lanzamiento de rayos primarios: se trazan rayos desde el ojo del observador (cámara de la escena) a través de cada píxel en la pantalla.
• Intersección con objetos: los rayos primarios son proyectados a través de la escena y se verifica si intersectan con algún objeto en el camino o no.
• Cálculo de iluminación: cuando un rayo intersecta un objeto, se calcula cómo interactúa con la luz. Esto incluye determinar sombras, reflejos y refracciones en función de las propiedades de los materiales.
• Lanzamiento de rayos secundarios: si un rayo impacta en una superficie reflectante o refractiva, se lanzan rayos secundarios desde ese punto para simular los reflejos y refracciones adicionales.
• Recursión: el proceso de lanzar rayos secundarios y calcular su interacción puede repetirse varias veces para simular múltiples niveles de reflejos y refracciones.
• Acumulación de colores: a medida que los rayos recorren la escena, los colores de los objetos se acumulan y combinan para determinar el color final de cada píxel en la pantalla.

En definitiva, esta técnica produce efectos visuales altamente realistas, como reflejos precisos en superficies brillantes, sombras suaves y refracciones precisas a través de materiales transparentes. Sin embargo, debido a la complejidad computacional de trazar múltiples rayos y calcular las interacciones, el Ray Tracing puede consumir muchos recursos y requerir hardware potente para lograr un rendimiento en tiempo real decente…

Enntonces… ¿Ray Reconstruction cómo funciona?

Bien, ahora que ya sabemos qué es DLSS y cómo funciona, así como qué es el trazado de rayos o Ray Tracing, nos vamos a centrar en el DLSS 3.5, la nueva versión que ha presentado NVIDIA en el Gamescom. Esta nueva versión tiene algunas mejoras de escalabilidad y una nueva tecnología denominada Ray Reconstruction que es la que realmente nos interesa.

Ray Reconstruction podría funcionar en las GPUs GeForce RTX 20 Series, 30 Series y 40 Series, ya que no está limitada a las nuevas gráficas, como el caso de DLSS 3. Otra cosa es que NVIDIA implemente esta función en versiones DLSS compatibles con las anteriores gráficas.

Básicamente, la reconstrucción de rayos promete mejorar cómo se ven los efectos de iluminación y reflexión en el Ray Tracing o trazado de rayos. Al mismo tiempo que reduce su penalización de rendimiento, que suele ser elevada. Algo similar a cómo el DLSS original buscaba mejorar la eficacia y el rendimiento del antialiasing.

Si funciona como NVIDIA promete, los juegos que admitan DLSS 3.5, como Cyberpunk 2077 y su expansión Phantom Liberty, podrían empezar a incluir una opción para activar Ray Reconstruction que les permita verse mejor y funcionar con mayor fluidez. Suena bien, siempre y cuando también se cuente con una tarjeta gráfica GeForce RTX lo suficientemente potente para manejar el trazado de rayos, ya que de lo contrario será inútil.

Para explicar los detalles técnicos de una manera sencilla, hay que explicar que el renderizado de juegos con trazado de rayos genera mucho ruido visual, que consiste en píxeles descoloridos y otras distorsiones desagradables que podrían estropear la imagen final que aparece en la pantalla. Para corregir esto, se usan técnicas para eliminar este ruido prejudicial, que no son más que conjuntos de algoritmos diseñados para suavizar y ocultar el ruido.

Sin embargo, dado que el proceso de eliminar el ruido puede eliminar algunos datos de color y detalles más finos de la imagen, la Ray Reconstruction tiene como objetivo reemplazar estos algoritmos que quitan el ruido y mejorar el resultado final. Para ello, se examinan los datos de fotogramas anteriores y utilizándolos para generar píxeles nuevos mediante IA, que formen una imagen más clara con efectos de trazado de rayos más precisos. Eso es el DLSS 3.5 y la Ray Reconstruction.

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