La computación cuántica puede facilitar el trazado de rayos

Un equipo internacional de investigadores del Reino Unido, EE. UU. y Portugal cree haber encontrado una respuesta a las demandas de alto rendimiento del trazado de rayos. Y dicen que la respuesta está en un híbrido de algoritmos clásicos de trazado de rayos con computación cuántica. Según el artículo de investigación (actualmente en preimpresión), las cargas de trabajo de trazado de rayos asistidas por computación cuántica pueden ofrecer una mejora del rendimiento de hasta un 190 % al reducir drásticamente la cantidad de cálculos requeridos por cada rayo, lo que reduce en gran medida los requisitos tecnológicos.

La introducción del trazado de rayos en las tecnologías gráficas marcó una evolución significativa en la forma en que renderizamos los juegos. Y, sin embargo, su adopción y rendimiento han sido relativamente limitados en comparación con la naturaleza revolucionaria de esta tecnología. Parte de la razón se debe a los profundos requisitos informáticos y de hardware del trazado de rayos, que pueden poner de rodillas incluso a las GPU más potentes del mundo. Además, la necesidad de hardware especializado descarta a la mayoría de los usuarios de la tecnología, a excepción de una actualización de GPU discreta capaz de manejar tales cargas de trabajo.

El aumento actual en las tecnologías de escalado de todos los proveedores de GPU: DLSS de Nvidia, FSR 1.0 y FSR 2.0 de AMD y el próximo XeSS de Intel se diseñaron principalmente para compensar las penalizaciones de rendimiento extremas que surgen al activar el trazado de rayos. Estas tecnologías funcionan reduciendo la cantidad de píxeles renderizados para reducir la complejidad computacional de una escena dada antes de aplicar un algoritmo que reconstruye la imagen a su resolución de salida deseada. Este enfoque no está exento de advertencias, a pesar de las mejoras en la calidad de imagen que se han incorporado continuamente en estos paquetes de software desde su introducción.

Ejemplos de renders de un renderizador híbrido cuántico-clásico

(Crédito de la imagen: a Quantum Ray Tracing Paper)

El trabajo de investigación ofrece otra forma de reducir significativamente el gasto computacional del trazado de rayos. Los investigadores finalmente demostraron sus afirmaciones al renderizar una pequeña imagen con trazado de rayos de 128x128 utilizando tres enfoques: renderizado clásico, renderizado cuántico no optimizado y renderizado cuántico optimizado. Los resultados hablan por sí solos: la técnica clásica de renderizado requería calcular 2678 millones de intersecciones de rayos en esta diminuta imagen 3D (64 por rayo). La técnica cuántica no optimizada casi redujo a la mitad ese número, requiriendo solo 33,6 evaluaciones de intersección por rayo (para un total de 1366 millones de intersecciones de rayos). Finalmente, el algoritmo híbrido cuántico-clásico optimizado logró renderizar la misma imagen con solo 896 000 calificaciones de intersección, con un promedio de 22,1 por rayo, muy lejos de los 64 por rayo logrados con las técnicas de renderizado actuales.

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