Mejoras en la iluminación de imágenes generadas por ordenador

Unos investigadores de la universidad de Dartmouth, en colaboración con socios de la industria, han desarrollado técnicas de software que hacen que la iluminación de imágenes generadas por ordenador parezca más realista.

Las nuevas técnicas se centran en gráficos "en tiempo real", que necesitan mantener la ilusión de interactividad a medida que las escenas cambian en respuesta a los movimientos del usuario. Estos gráficos pueden utilizarse en aplicaciones como los videojuegos, la realidad ampliada y las herramientas de visualización científica.

En los dos trabajos presentados se demuestra cómo los desarrolladores pueden crear sofisticados efectos de iluminación adaptando una popular técnica de representación conocida como “ray tracing” (trazado de rayos).

"En la última década, el ray tracing ha aumentado drásticamente el realismo y la riqueza visual de las imágenes generadas por ordenador en películas en las que la producción de un solo fotograma puede llevar horas", dijo Wojciech Jarosz, profesor asociado de informática en Dartmouth, que fue el investigador principal de ambos proyectos. "Nuestros trabajos describen dos enfoques muy diferentes para llevar la iluminación realista por ray tracing a las limitaciones de los gráficos en tiempo real".

El primer proyecto, desarrollado con NVIDIA, prevé las posibilidades de los juegos futuros una vez que los desarrolladores incorporen la plataforma de ray tracing RTX acelerada por hardware de NVIDIA. Los juegos recientes han comenzado a utilizar RTX para obtener sombras y reflejos físicamente correctos, pero la calidad y complejidad de la iluminación está actualmente limitada por el pequeño número de rayos que se pueden trazar por fotograma.

La nueva técnica, llamada ReSTIR (reservoir-based spatiotemporal importance resampling), crea iluminación y sombras realistas a partir de millones de fuentes de luz artificial. El método ReSTIR aumenta drásticamente la calidad de la renderización en la tarjeta gráfica de un ordenador, reutilizando rayos que fueron trazados en píxeles vecinos y en fotogramas anteriores.

Esta foto compara el proceso de representación de ReSTIR (r) con una técnica más antigua (l). (Foto: Amazon, Turbosquid, Kate Anderson)

La nueva técnica puede ser integrada en el diseño de futuros juegos y funciona hasta 65 veces más rápido que las técnicas de renderización anteriores.

El segundo proyecto, realizado en colaboración con Activision, describe cómo el editor de videojuegos ha incorporado a sus juegos efectos de iluminación cada vez más realistas.

Tradicionalmente, los videojuegos crean secuencias de iluminación en tiempo real utilizando lo que se denomina soluciones "horneadas": la compleja iluminación por ray tracing se computa una sola vez a través de un proceso que requiere mucho tiempo. La iluminación creada con esta técnica puede mostrarse fácilmente durante el juego, pero está limitada a asumir una configuración fija para una escena. Como resultado de ello, la iluminación no puede reaccionar fácilmente al movimiento de los personajes y las cámaras.

El artículo de investigación describe cómo Activision evolucionó gradualmente su sistema "UberBake" desde el enfoque estático a uno que puede representar sutiles cambios de iluminación en respuesta a las interacciones de los jugadores, como el encendido y apagado de luces o la apertura y cierre de puertas.

Dado que UberBake se desarrolló durante muchos años para trabajar en los juegos actuales, necesitaba trabajar en toda la variedad de hardware existente, desde PCs de gama alta hasta consolas de juegos de la generación anterior.

"Los videojuegos son utilizados por millones de personas en todo el mundo", dijo Dario Seyb, estudiante de doctorado en Dartmouth que fue el primer coautor del documento de investigación. "Con tanta gente interactuando con los videojuegos, esta tecnología puede tener un gran impacto".

Los investigadores de Dartmouth en ambos proyectos están afiliados al Laboratorio de Computación Visual de Dartmouth.

"Estas colaboraciones de la industria han sido fantásticas. Permiten a nuestros estudiantes trabajar en una investigación académica fundamental de acuerdo a los problemas prácticos de la industria, permitiendo que el trabajo tenga un impacto más inmediato en el mundo real", dijo Jarosz. (Fuente: NCYT Amazings)