Minecraft RTX: ecco com'è il 'vero' Ray Tracing

Minecraft non è un semplice videogioco. Ci troviamo di fronte a uno di quei rarissimi fenomeni che sfondano la dimensione videoludica fino a concernere la cultura di massa. Con la sua capacità di mettere grandi e piccini nelle condizioni di costruire, è una sorta di "LEGO virtuale" che ha attraversato varie fasi di successi fino ad essere acquisito da Microsoft.

Oggi è diventato un punto di riferimento per i più giovani, una piattaforma ideale per creare e condividere l'esperienza virtuale. A più riprese altri hanno cercato di imitare Minecraft, ma nessuno è riuscito a ricreare quel fascino e quella filosofia. Che l'impatto del titolo Mojang nella società sia così importante è chiaro anche dal dato delle 100 miliardi di visualizzazioni raggiunte nel 2019 per quanto riguarda i contenuti di Minecraft su YouTube. Fra tutte le piattaforme in cui è disponibile, Minecraft ha venduto 176 milioni di copie e, nonostante sia stato lanciato ormai 10 anni fa, è uno dei titoli in assoluto più giocati su PC.

Minecraft è anche impegno sociale: fra le tante iniziative, non perdete la libreria per promuovere la libertà di stampa nei regimi dittatoriali promossa da Reporter Senza Frontiere. Consiste nel download di una particolare mappa per Minecraft, ideata per eludere il rigido controllo di alcuni regimi dittatoriali sulla libertà di stampa e di espressione.

Per quanto riguarda gli scopi del Ray Tracing, Minecraft, da un punto di vista completamente differente, è molto importante. Potrebbe sembrare banale applicare una tecnologia grafica talmente avanzata a un gioco che ha fatto della grafica spartana uno dei suoi tratti distintivi. Analizzando più nel dettaglio ci si accorge che non è propriamente così: con Minecraft RTX NVIDIA e Mojang Studios hanno rivisto le proprietà dei materiali di Minecraft in modo da gestire l'illuminazione in maniera differente e molto più precisa.

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In altri termini, si tratta di un assaggio di come funzioneranno i giochi del futuro, quelli più dettagliati, e di come verranno gestiti i materiali quando saranno dotati di proprietà fisiche avanzate. Mentre per gli altri giochi con supporto RTX abbiamo bisogno di scattare screenshot accurati e di andare alla ricerca minuziosa delle differenze, con Minecraft RTX la presenza del Ray Tracing è immediatamente evidente. Questo dipende dal fatto che si tratta di un'implementazione di tipo Path Tracing, il "vero" Ray Tracing.

Minecraft RTX include riflessi "path traced", illuminazioni, ombre, materiali e altro con proprietà specifiche. Questo contrasta con quanto visto negli altri giochi come Battlefield V, Metro Exodus, Control e Call of Duty: Modern Warfare che, a causa di un eccessivo consumo delle risorse, utilizzano un approccio ibrido. Un meccanismo di intelligenza artificiale, in questi casi, individua parti specifiche dell'area di gioco al fine di applicare selezionati effetti. In Battlefield V, ad esempio, avevamo solo i riflessi in Ray Tracing, mentre in Metro Exodus solo l'illuminazione globale, con un miglioramento visivo relativo. In Modern Warfare o in Shadow of the Tomb Raider, il Ray Tracing riguarda, invece, solo le ombre.

Minecraft RTX, quindi, vanta un'implementazione del Ray Tracing completa, come era già successo con Quake II RTX. Ombre e raggi di luce in Minecraft RTX sono più precisi. Inoltre, grazie a riflessi "ray-traced" possiamo vedere sulle superfici riflettenti ciò che viene trasmesso dall'ambiente di gioco in maniera fedele. Mentre prima del Ray Tracing i riflessi erano generati in maniera pre-determinata e immutabili, adesso cambiano dinamicamente in funzione di ciò che accade effettivamente nell'ambiente di gioco. Così, il Ray Tracing diventa una componente fondamentale della grafica virtuale se si desidera che rappresenti la realtà in maniera fedele e accurata.

La magia di Minecraft in Ray Tracing è dovuta al nuovo sistema di materiali basati sulla fisica. Mentre i materiali standard di Minecraft si caratterizzano per due proprietà, colore e opacità, Minecraft RTX vanta sei possibili mappe per ogni texture. Oltre alle precedenti due mappe, le texture di Minecraft RTX possono essere metalliche, emissive, rugose e possono presentare disconnessioni. I raggi di luce quindi rifletteranno sui materiali in maniera differente a seconda se questi ultimi sono metallici o meno e a seconda dei loro livelli di emissività e rugosità. Dalla ruvida finitura opaca della pietra al ghiaccio liscio e lucido, i materiali a base fisica non solo sono molto più dettagliati ma si combinano al Ray Tracing per offrire degli effetti decisamente spettacolari. Non ci sono più luci piatte, ma ogni fonte luminosa emette effettivamente dei raggi di luce.

Per sottolineare il lancio di Minecraft RTX, NVIDIA ha fornito ai creatori di contenuti di Minecraft una serie di strumenti al fine di poter sfruttare NVIDIA RTX, insieme a diversi pacchetti di risorse pre-assemblate da poter usare liberamente. Inoltre, sul sito di NVIDIA si trova la guida per poter creare dei materiali basati sulla fisica, insieme alla guida per convertire le creazioni di Minecraft realizzate per la versione Java (ovvero, la versione originale) in Bedrock Windows 10 Edition, che è la base per Minecraft con RTX.

Per trovare le nuove mappe con supporto al Ray Tracing basta entrare nella sezione Marketplace di Minecraft e scrivere RTX nella barra per la ricerca. Le mappe che sfruttano la capacità hardware delle schede GeForce RTX sono accompagnate dal bollino RTX. Tra le nuove mappe, quella che meglio di tutte ci fa capire la resa dei nuovi materiali basati sulla fisica è Crystal Palace RTX.

Minecraft supporta l'alternanza del giorno con la notte, la quale in Ray Tracing viene esaltata in modo particolare. Grazie alla tecnologia RTX l'illuminazione globale è resa in maniera più fedele, ovvero la posizione dell'ombra viene calcolata dinamicamente e i bordi delle ombre sono più o meno sfumati a seconda della posizione dell'oggetto che le genera rispetto alla fonte di illuminazione. La mappa Imagination Island è quella che riesce meglio a trasmettere queste differenze: si tratta di un imponente parco a tema pieno di giostre e diversi biomi. Di notte abbiamo illuminazione globale "ray traced" ed effetti di illuminazione indiretta, ovvero quei casi in cui la luce si diffonde nell'ambiente per riflessione sulle pareti, sul pavimento, sul soffitto o sugli arredi a seconda della direzione del fascio luminoso originale.

In un punto la mappa è ricoperta di lava luminosa, che emana riflessi sulle superfici circostanti.

Le rotaie delle giostre collocate nella mappa presentano texture con proprietà metalliche, mentre il pavimento con mattonelle rosse sfoggia la proprietà della rugosità.

Ray Tracing, come abbiamo già detto, consente alle superfici riflettenti di riflettere ciò che le circonda con angolazione corretta, in maniera dinamica e con molti più dettagli di quanto sia possibile con le cube map pre-baked che gli esperti di grafica 3D conoscono bene, perché tutti i giochi che conosciamo ne sono infarciti. Se un mostro, o un qualsiasi altro personaggio, si muove, ciò ha ripercussioni in maniera dinamica sulla superficie riflettente. Inoltre, Ray Tracing permette alle superfici di riflettere anche gli oggetti che non sono visibili nella schermata di gioco. Questo non solo fornisce al giocatore informazioni supplementari su un'area, ma favorisce l'immedesimazione. La mappa Aquatic Adventure RTX mostra molto bene ciò di cui stiamo parlando.

Se avete osservato bene i contenuti che vi abbiamo proposto fin qui, avrete notato che la presenza del Ray Tracing non è evidente sempre allo stesso modo. Sebbene si tratti di un'implementazione di tipo Path Tracing, quindi agnostica rispetto alla parte da renderizzare in Ray Tracing e che riguarda la logica di funzionamento alla base del rendering, i benefici sul piano visivo dipendono fortemente da come viene realizzata la mappa. Da come i loro autori hanno gestito le fonti di illuminazione e da come hanno usato i materiali a base fisica.

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La mappa che in assoluto sorprende di più è Color Light and Shadow, perché presenta degli scenari di test molto chiari come potete vedere nei primi confronti e nel primo video di questo articolo. Abilitare o disabilitare il Ray Tracing, in questo caso, si traduce in due giochi graficamente quasi completamente diversi. In una delle stanze di esempio di Color Light and Shadow troviamo uno specchio infinito, una riflessione ricorsiva impossibile senza Ray Tracing.

Ovviamente tutti questi ragionamenti valgono poco, o nulla, se non vengono rapportati alle prestazioni. Sappiamo che storicamente il Ray Tracing, e il Path Tracing in particolare, non sono stati possibili per l'insufficiente potenza di calcolo delle GPU. Richiedendo l'elaborazione di ogni singolo raggio di luce arrivano a consumare risorse di elaborazione in maniera intensa (altri dettagli qui), e senza un'implementazione in hardware come quella delle GPU moderne non è stato finora possibile inserire Ray Tracing o Path Tracing nei giochi. Per questi motivi, sulla base delle nostre prove con Minecraft RTX, la nuova tecnologia di anti-aliasing DLSS 2.0 è determinante.

Minecraft RTX supporta, infatti, anche la tecnologia DLSS 2.0 di NVIDIA che applica l'anti-aliasing senza compromissioni in termini di qualità usando l'intelligenza artificiale e la parte hardware delle GPU GeForce RTX adibita ad essa, ovvero i Tensor Core. DLSS 2.0 usa una rete neurale di deep learning, chiamata NGX, Neural Graphics Framework, che viene allenata offline con un supercomputer a cui vengono somministrate decine di migliaia di immagini ad alta risoluzione. Il supercomputer le renderizza a frame molto bassi usando 64 sample per pixel, in modo da favorire la qualità senza preoccuparsi delle prestazioni. Dopo che la rete viene addestrata, NGX fornisce i risultati dei propri calcoli ai PC tramite aggiornamento dei driver NVIDIA o altri tipi di aggiornamenti OTA. I Tensor Core dell'architettura Turing, quindi, grazie alla capacità di calcolo fino a 110 teraflop per l'intelligenza artificiale di cui sono dotati, individuano se nel gioco esistono immagini simili a quelle già processate offline e propongono in tempo reale i risultati disponibili.

DLSS è strettamente legato a Ray Tracing e può essere abilitato solo previa abilitazione di quest'ultimo. In Minecraft RTX corrisponde all'opzione "Upscaling". Minecraft non consente all'utente di selezionare la risoluzione di output delle immagini e usa automaticamente la risoluzione a cui è impostato il desktop di Windows. Bisogna cambiare la risoluzione di Windows, quindi, per cambiare la risoluzione a cui Minecraft renderizza le immagini. Dunque, se individua 1080p DLSS si imposta automaticamente sulla modalità "Quality"; a 1440p passa a "Balanced" e a 4K a "Performance". Sono i vari preset a cui è disponibile DLSS, che trovano un compromesso ideale tra qualità e prestazioni a seconda delle risorse di elaborazione richieste.

In Minecraft non abbiamo notato un calo della qualità con DLSS abilitato, mentre ci riserviamo di pubblicare nei prossimi giorni ulteriori test sulle impostazioni di DLSS 2.0 dopo averle provate con MechWarrior 5 Mercenaries. Come si può vedere nel confronto seguente si nota un'applicazione del filtro di anti-aliasing leggermente inconsueta, con bordi lievemente più anneriti. Si noti però che l'immagine è ingrandita del 100% e che in gioco non si nota alcuna differenza sul piano della qualità.

Per quanto riguarda le prestazioni, quindi, DLSS 2.0 è fondamentale per poter giocare in Ray Tracing. Basti sapere che alla risoluzione 4K neanche la potentissima GeForce RTX 2080 Ti è riuscita a completare il test con DLSS disabilitato. La 2060 liscia, inoltre, non vi è riuscita neanche a 1080p. In questi casi Windows mostrava una schermata blu e riavviava il PC (segnaliamo i test non completati con uno "0" nei grafici). Invitiamo, ad ogni modo, a considerare con molte precauzioni questi dati perché, come più volte ribadito, Minecraft RTX è disponibile solo in versione Beta, quindi ancora fortemente suscettibile di miglioramenti e ottimizzazioni, a partire dal frame rate in Ray Tracing.

Abbiamo orientativamente un dimezzamento delle prestazioni con Ray Tracing abilitato, una decurtazione di frame maggiore rispetto a quelle riscontrate con altri giochi (si aggiravano sul 30/40% ma non si trattava di Path Tracing, come abbiamo visto). Senza DLSS la perdita di prestazioni può arrivare anche nell'ordine del 70%, ed è per questo che lo abbiamo definito fondamentale nel caso di Minecraft RTX.

Si noti che Minecraft non ha un benchmark integrato e quindi abbiamo provveduto a realizzare le misure con un tool esterno ripetendo la stessa sequenza di gameplay di un minuto circa sulla mappa Imagination Island per tutte le schede video testate e alle varie risoluzioni. La piattaforma di test utilizzata è la stessa usata per i test di Resident Evil 3 ovvero, così composta: MSI Z370 Tomahawk, processore Intel Core i7-9700K, 16 GB di memoria DDR4-3600 e un SSD Samsung 860 EVO da 250 GB.

Alla risoluzione di 4K il Ray Tracing non è abilitabile sulle 2060 neanche con impostazione DLSS attiva. Sottolineiamo, ancora, che abbiamo usato l'impostazione di "chunks" di default per tutti i test. Con questa opzione Minecraft va individuare il livello di profondità visiva, ovvero fino a quale distanza rispetto al punto di osservazione deve continuare a renderizzare gli oggetti. Se nel caso delle versioni non-RTX si ha un massimo di 128 "chunks", per il Ray Tracing abbiamo 24 "chunks" e di default si abilita il valore di 8 "chunks". Spingendo al massimo questo valore si ha una profondità poligonale paragonabile a quella della versione non-Ray Tracing a 128 "chunks". Di seguito le differenze qualitative tra 8 e 24 "chunks": quanto alle prestazioni, con GeForce RTX 2080 Ti abbiamo registrato 52 fps a 8 "chunks" e 45 fps a 24 "chunks" alla risoluzione 4K e con DLSS abilitato.

In definitiva, questa prima implementazione del Ray Tracing in Minecraft dipende molto dalla mappa e da come è stata realizzata, con miglioramenti maggiormente apprezzabili a seconda dello sforzo profuso dal creator nello sfruttare le risorse di sviluppo messe a disposizione da NVIDIA. Molto interessante il miglioramento prestazionale consentito da DLSS, senza perdita di qualità. Minecraft RTX è sicuramente un banco di prova: alcuni giocatori troveranno apprezzabili i nuovi aspetti grafici sin da subito, ma serve a NVIDIA soprattutto per mostrare come sarà la grafica dei giochi del futuro, e come funzioneranno.