Le ray tracing expliqué

Pendant trente ans, les jeux vidéo ont triché avec la lumière. Les reflets étaient des images inversées, les ombres des textures projetées, l’éclairage indirect peint à l’avance dans les décors. Le ray tracing, ou lancer de rayons, remplace une partie de ces astuces par une simulation : la carte suit le trajet de la lumière et calcule ce qu’elle éclaire, ce qu’elle reflète et ce qu’elle laisse dans l’ombre.

Le cinéma d’animation l’utilise depuis longtemps, avec des heures de calcul par image. En jeu, il faut le faire des dizaines de fois par seconde. C’est possible depuis 2018 grâce à des unités matérielles dédiées, mais le coût reste élevé, et toutes les cartes ne sont pas égales devant lui.

01Rastérisation contre ray tracing

La rastérisation, la méthode classique, projette les triangles de la scène sur l’écran, puis calcule la couleur de chaque pixel. Elle est extrêmement rapide, mais ne sait rien de ce qui se trouve hors de l’écran ou derrière un objet. Les reflets en espace écran disparaissent dès que l’objet reflété sort du cadre, et les ombres dépendent de cartes d’ombres approximatives.

Le ray tracing part de la caméra : pour chaque pixel, un rayon est lancé dans la scène. Quand il touche une surface, d’autres rayons partent vers les sources de lumière (pour savoir si le point est dans l’ombre), dans la direction du reflet, ou au hasard pour estimer l’éclairage indirect. Le résultat tient compte de toute la scène, visible ou non.

Les jeux combinent les deux : la rastérisation dessine l’image, le ray tracing calcule certains effets. Les plus spectaculaires sont les reflets, l’éclairage global (la lumière qui rebondit d’une surface à l’autre) et l’occlusion ambiante. Les ombres en ray tracing sont plus justes, mais la différence se remarque moins. Quand tout l’éclairage passe par les rayons, on parle de path tracing.

02Ce que font les unités RT

Le coût du ray tracing vient d’une question répétée des milliards de fois : ce rayon touche-t-il un triangle, et lequel ? Pour y répondre vite, le jeu range la géométrie dans une structure hiérarchique de boîtes englobantes, le BVH. Le rayon descend dans cette arborescence, élimine les boîtes qu’il ne traverse pas, puis teste les triangles restants.

Les unités dédiées accélèrent précisément ces deux opérations, le parcours du BVH et les tests d’intersection :

• NVIDIA : cœurs RT depuis les GeForce RTX 20 (2018). Ils en sont à leur 4e génération sur les RTX 50, en architecture Blackwell. Les RTX 40 ont ajouté le réordonnancement de l’exécution des shaders (SER), qui regroupe les calculs similaires.
• AMD : accélérateurs de rayons depuis les Radeon RX 6000 (2020), un par unité de calcul. L’architecture RDNA 4 des RX 9000 les a nettement renforcés.
• Intel : unités de ray tracing dans chaque cœur Xe, sur toutes les cartes Arc.

Le tout passe par des interfaces standard, DirectX Raytracing (DXR) sous Windows et Vulkan Ray Tracing, ce qui permet à un même jeu de fonctionner sur les trois marques.

Attention. Ces chiffres ne se comparent qu’au sein d’une même architecture. Une unité RT de Blackwell, un accélérateur de RDNA 4 et une unité d’un cœur Xe2 ne font pas le même travail par cycle. Avec 60 unités contre 64, une RX 7800 XT n’est pas pour autant presque aussi rapide en ray tracing qu’une RX 9070 XT : la génération compte davantage que le nombre.

03Le coût en performances et en mémoire

Même accéléré, le ray tracing reste le réglage le plus lourd d’un jeu moderne. Les jeux ne lancent qu’un ou quelques rayons par pixel, ce qui produit une image bruitée qu’il faut nettoyer avec un débruiteur. Ils comptent aussi sur l’upscaling pour calculer moins de pixels. D’où l’importance de DLSS et de sa fonction Ray Reconstruction, qui remplace les débruiteurs classiques par un réseau de neurones, et de son équivalent chez AMD, Ray Regeneration, dans la suite FSR des RX 9000.

Le BVH et les données du ray tracing occupent de la mémoire vidéo. Une carte de 8 Go peut tenir en rastérisation et saturer dès que le ray tracing s’active, avec des saccades ou des textures qui se chargent mal. Pour le ray tracing, 12 Go sont un minimum raisonnable en 1440p, 16 Go une vraie tranquillité.

04Les jeux qui l’exigent

Le ray tracing n’est plus toujours une option. Certains jeux s’appuient dessus pour tout leur éclairage et refusent de se lancer sans carte compatible : c’est le cas d’Indiana Jones et le Cercle ancien et de Doom: The Dark Ages. Pour un possesseur de GTX 1660 Super ou de RX 5700 XT, c’est le signal qu’il est temps de changer de carte.

05Quand l’activer, et sur quelle carte

• Entrée de gamme 8 Go : laissez-le désactivé dans les jeux lourds, privilégiez définition et textures.
• 1080p, cartes de 12 à 16 Go : ray tracing modéré avec upscaling en mode Qualité, par exemple sur une RTX 5060 Ti 16 Go.
• 1440p : une RTX 5070, une RX 9070 ou mieux permettent des réglages élevés avec upscaling.
• 4K et path tracing : RTX 5080, RTX 5090 ou RTX 4090, avec DLSS et génération d’images.

Commencez par l’éclairage global et les reflets, qui changent le plus l’image, avant les ombres. Notre sélection des meilleures cartes pour le ray tracing détaille les choix par budget, et une RTX 5070 Ti reste un excellent point d’équilibre pour un ray tracing poussé en 1440p.

Le conseil du labo. Comparez le même passage du jeu avec et sans ray tracing, de jour et de nuit, en intérieur et en extérieur. Dans certains jeux, l’éclairage précalculé est si soigné que l’écart se joue sur des détails ; dans d’autres, le ray tracing change complètement l’ambiance.