Microsoft si prepara a compiere un importante passo avanti nell’evoluzione del Ray Tracing su PC. L’azienda ha pubblicato un’anteprima di due nuove funzionalità per DirectX Raytracing (DXR), denominate Clustered Geometry e Partitioned Top-Level Acceleration Structures (PTLAS), progettate per ridurre sensibilmente il carico computazionale della GPU e ottimizzare l’utilizzo della memoria video.
Le nuove tecnologie promettono risultati particolarmente interessanti: secondo i dati diffusi da Microsoft, l’impiego combinato delle due soluzioni può ridurre fino al 90% il consumo di VRAM associato alle strutture dati utilizzate dal Ray Tracing, migliorando contemporaneamente le prestazioni di rendering.
Si tratta di ottimizzazioni potenzialmente molto importanti per i videogiochi di nuova generazione, soprattutto considerando la crescente complessità degli ambienti tridimensionali e delle tecniche di illuminazione in tempo reale.
Come funziona il Ray Tracing e perché richiede tanta VRAM
Per comprendere l’importanza delle novità introdotte da Microsoft, è necessario partire dal funzionamento del Ray Tracing. A differenza del rendering rasterizzato tradizionale, nel quale la GPU elabora i triangoli che compongono le scene tridimensionali secondo un processo relativamente diretto, il Ray Tracing deve calcolare il comportamento dei raggi luminosi quando incontrano superfici, oggetti e materiali.
Questo significa determinare quali elementi vengono colpiti dalla luce, quali superfici producono riflessi e in che modo l’illuminazione interagisce con la geometria presente nell’ambiente virtuale. Per gestire queste operazioni senza richiedere un’enorme quantità di calcoli, le GPU utilizzano strutture chiamate Bounding Volume Hierarchy (BVH).
Il principio è quello di organizzare gli oggetti attraverso volumi gerarchici. Immaginiamo, ad esempio, una tazza contenuta in una scatola, a sua volta collocata all’interno di un camion: anziché verificare immediatamente ogni singolo triangolo, il sistema controlla prima il volume più grande, restringendo progressivamente la ricerca fino a individuare la superficie precisa della tazza.
Questo approccio permette di ridurre notevolmente il numero di verifiche necessarie per determinare le intersezioni dei raggi luminosi.
BLAS e TLAS: i limiti delle strutture tradizionali
Tradizionalmente, DirectX Raytracing utilizza due livelli principali di strutture di accelerazione. Il primo è rappresentato dal Bottom-Level Acceleration Structure (BLAS), che contiene le informazioni geometriche relative a un singolo oggetto, come un personaggio, un veicolo o un elemento dell’ambiente.
Il secondo è il Top-Level Acceleration Structure (TLAS), che descrive invece la posizione dei diversi oggetti all’interno del mondo virtuale.
Il problema emerge soprattutto nei videogiochi moderni caratterizzati da ambientazioni particolarmente vaste e dinamiche.
Quando un oggetto si sposta, cambia forma oppure viene animato, il sistema deve aggiornare le strutture di accelerazione interessate. In scenari particolarmente complessi, questa operazione può comportare un notevole consumo di risorse computazionali e memoria video.
È proprio su questo aspetto che Microsoft intende intervenire con le nuove funzionalità DXR.
PTLAS: aggiornamenti del Ray Tracing limitati alle aree interessate
La prima novità è rappresentata dalle Partitioned Top-Level Acceleration Structures, abbreviate in PTLAS. Questa tecnologia introduce un sistema di suddivisione del mondo virtuale in differenti regioni, permettendo alla GPU di intervenire soltanto sulle porzioni interessate da eventuali modifiche.
Con le strutture TLAS tradizionali, gli aggiornamenti possono comportare un lavoro significativo sulla struttura complessiva che descrive la scena.
Con PTLAS, invece, il mondo viene suddiviso in zone indipendenti: quando un oggetto si sposta o cambia posizione, il sistema può concentrarsi sull’aggiornamento della regione coinvolta, mantenendo inalterati i dati relativi alle altre aree.
Il vantaggio è particolarmente evidente negli open world, dove migliaia di elementi possono essere distribuiti su ambientazioni enormi.
Riducendo il numero di operazioni necessarie per aggiornare le strutture di accelerazione, Microsoft punta a diminuire il carico sulla GPU e a rendere il Ray Tracing più efficiente anche negli scenari più complessi.
Clustered Geometry: fino al 90% di VRAM risparmiata
La seconda innovazione prende il nome di Clustered Geometry e interviene principalmente sulla gestione della geometria degli oggetti. Nei sistemi tradizionali, la gestione delle diverse versioni di dettaglio di un modello, conosciute come Level of Detail (LOD), può comportare la duplicazione di informazioni geometriche utilizzate dalle strutture di accelerazione del Ray Tracing.
Clustered Geometry introduce invece la possibilità di riutilizzare cluster geometrici precompilati, evitando di dover duplicare inutilmente i dati tra le differenti versioni di dettaglio di uno stesso modello.
In questo modo, il sistema può ridurre sensibilmente la quantità di memoria video necessaria per gestire le informazioni geometriche utilizzate dal Ray Tracing. Secondo Microsoft, il risparmio di VRAM può arrivare fino al 90%.
È importante precisare che questa percentuale non riguarda il consumo complessivo di memoria video di un videogioco, ma esclusivamente quello associato alle strutture e ai dati geometrici utilizzati dal Ray Tracing.
Si tratta comunque di un risultato particolarmente significativo, soprattutto per le GPU dotate di quantitativi di VRAM più contenuti.
Test Microsoft: da 1,2 a 79 FPS con una Radeon RX 9070
Per dimostrare i benefici delle nuove tecnologie, Microsoft ha mostrato una scena di test utilizzando una AMD Radeon RX 9070.
I risultati sono decisamente interessanti e mettono in evidenza quanto le ottimizzazioni introdotte possano incidere sulle prestazioni.
| Parametro | Prima | Dopo |
|---|---|---|
| Tempo di costruzione | 788 ms | 3,11 ms |
| Frame rate | 1,2 FPS | 79 FPS |
| Memoria VRAM | 7.519 MiB | 774 MiB |
Secondo i dati riportati, il tempo necessario per costruire le strutture di accelerazione è passato da 788 millisecondi a soli 3,11 millisecondi. Si tratta di una riduzione di circa 254 volte.
Ancora più interessante il risultato relativo alle prestazioni: il frame rate è passato da 1,2 FPS a 79 FPS, con un incremento di circa 66 volte rispetto alla configurazione iniziale.
Anche il consumo di memoria video associato alle strutture del Ray Tracing è diminuito drasticamente, passando da 7.519 MiB a 774 MiB, con un risparmio del 89,7%.
Naturalmente, questi risultati si riferiscono a una specifica scena dimostrativa e non rappresentano un incremento garantito delle prestazioni in tutti i videogiochi. I benefici effettivi dipenderanno dall’implementazione delle tecnologie nei singoli motori grafici e dalla complessità delle scene elaborate.
Compatibilità: supportate anche le GPU NVIDIA, AMD e Intel
Un altro aspetto particolarmente interessante riguarda la compatibilità hardware. Microsoft ha dichiarato che Clustered Geometry e PTLAS sono progettate per funzionare con diverse piattaforme hardware già disponibili sul mercato, senza richiedere necessariamente una nuova generazione di schede video. Tra le soluzioni indicate figurano:
NVIDIA GeForce RTX 50 Series;
AMD Radeon RX 9000 Series;
Intel Arc B-Series;
Intel Core Ultra, serie 200V e Series 3;
Qualcomm Snapdragon SoC.
Il supporto arriverà attraverso successivi aggiornamenti dei driver. Questa apertura verso differenti produttori rappresenta un elemento importante, perché permette di guardare alle nuove funzionalità DirectX come a un’evoluzione dell’intero ecosistema PC, anziché a una tecnologia riservata a un singolo produttore di GPU.
DirectX Ray Tracing: il futuro passa dall’ottimizzazione
Le nuove tecnologie Clustered Geometry e PTLAS dimostrano quanto l’evoluzione del Ray Tracing non dipenda esclusivamente dalla potenza delle GPU, ma anche dall’efficienza con cui vengono gestite le informazioni necessarie al rendering.
Ridurre la duplicazione dei dati geometrici, limitare gli aggiornamenti delle strutture di accelerazione e diminuire il consumo di memoria video potrebbe permettere agli sviluppatori di realizzare ambientazioni sempre più complesse senza aumentare proporzionalmente i requisiti hardware.
Il risparmio di VRAM dichiarato da Microsoft, unito ai risultati ottenuti nella dimostrazione con Radeon RX 9070, rappresenta sicuramente un segnale promettente.
Adesso la sfida sarà portare queste ottimizzazioni all’interno dei motori grafici e dei videogiochi commerciali. Se gli sviluppatori riusciranno a sfruttarne pienamente il potenziale, il Ray Tracing potrebbe diventare sensibilmente più accessibile, efficiente e meno oneroso per le schede video di prossima generazione e per quelle già presenti sul mercato.
HW Legend Staff
