Una breve lista de técnicas de renderizado utilizadas en los juegos AAA modernos
Por Oleg Sidorkin, CTO y cofundador de Cinevva
Si analizas en detalle el pipeline de renderizado de un juego AAA de 2026, descubrirás que casi todo se basa en un pequeño conjunto de técnicas utilizadas por estudios de todo el sector. Los nombres cambian entre motores, pero las ideas son las mismas. Esta es una breve lista de las técnicas que realmente hacen el trabajo en pantalla, con una figura y varias referencias técnicas detalladas para cada una.
1. Renderizado basado en física (PBR)
Los materiales se describen mediante texturas de albedo, rugosidad, metalicidad, normales y oclusión ambiental, y se iluminan con shaders que conservan la energía (reflexión especular Cook-Torrance y reflexión difusa Lambertiana o Disney). Es la base que presupone cualquier motor AAA moderno. Si una superficie mantiene un aspecto coherente bajo la luz del sol, de una lámpara y de una linterna, se debe al PBR.
Análisis en profundidad:
- Burley, Sombreado basado en física en Disney (las notas originales del curso sobre el «BRDF de Disney», SIGGRAPH 2012).
- Karis, Sombreado realista en Unreal Engine 4 (SIGGRAPH 2013, la charla de referencia sobre PBR en UE4).
- Lagarde y de Rousiers, La transición de Frostbite al renderizado basado en física 3.0 (SIGGRAPH 2014, el pipeline completo de Frostbite).
- Real-Time Rendering, 4.ª edición, capítulo 9 (la referencia académica).
2. Sombreado diferido y mediante búfer de visibilidad
En primer lugar, la geometría escribe atributos (normales, identificadores de materiales y profundidad) en un G-buffer o búfer de visibilidad. Después, la iluminación se ejecuta como una pasada a pantalla completa que lee esos búferes y sombrea cada píxel una sola vez. Los búferes de visibilidad (utilizados por Nanite y sistemas similares) llevan esta idea más lejos al almacenar únicamente los identificadores de los triángulos y resolver después los parámetros del material por píxel, lo que reduce el coste del sobredibujado en geometrías densas.
Análisis en profundidad:
- Engel, Sombreado diferido (NVIDIA, la charla fundacional).
- Burns y Hunt, El búfer de visibilidad: un enfoque de sombreado diferido optimizado para la caché (JCGT 2013, el artículo original sobre el búfer de visibilidad).
- Wihlidal, «Optimización del pipeline gráfico mediante cómputo» (GDC 2016, el pipeline diferido basado en cómputo de Frostbite).
- Karis, Stubbe y Wihlidal, Análisis en profundidad de la geometría virtualizada de Nanite (SIGGRAPH 2021, incluye una explicación detallada del búfer de visibilidad de Nanite).
3. Geometría virtualizada (al estilo de Nanite)
Las mallas se preprocesan para formar una jerarquía de clústeres. Durante la ejecución, la GPU transmite y selecciona clústeres con la resolución adecuada para cada píxel, lo que permite obtener un nivel de detalle preciso incluso por debajo del tamaño de un píxel sin crear LOD manualmente. Nanite de Unreal es el ejemplo más conocido. Otros motores ya incluyen sus propias variantes. El resultado práctico son recursos con calidad cinematográfica en tiempo real sin tener que crear LOD.
Análisis en profundidad:
- Karis, Stubbe y Wihlidal, Análisis en profundidad de la geometría virtualizada de Nanite (SIGGRAPH 2021).
- Brian Karis, Charla sobre Nanite en la GDC 2021 (una explicación accesible en vídeo).
- Liktor, Arquitectura del pipeline de renderizado de geometría en Activision (renderizado basado en clústeres, 2021).
- Schied et al., Filtrado guiado por varianza espaciotemporal (técnicas relacionadas de descarte de clústeres).
4. Trazado de rayos en tiempo real para sombras, reflejos y AO
El trazado de rayos por hardware (DXR, Vulkan RT) proyecta rayos de sombra, rayos de reflexión especular y brillante, y rayos de oclusión ambiental contra una BVH construida en cada fotograma. Incluso unos pocos rayos por píxel superan lo que pueden conseguir las técnicas en espacio de pantalla, especialmente en reflejos de elementos situados fuera de la pantalla y sombras de contacto. La mayoría de los juegos lo utilizan de forma selectiva, no para todo.
Análisis en profundidad:
- Microsoft, Especificación funcional de DirectX Raytracing (DXR) (la referencia de la API).
- Wyman, Introducción a DirectX Raytracing (las notas del curso de SIGGRAPH, muy accesibles).
- Boksansky y Marrs, Ray Tracing Gems II, capítulos 17-19 (PDF gratuito sobre técnicas modernas de DXR).
- Stachowiak, Reflejos estocásticos en espacio de pantalla (Frostbite, el puente entre SSR y RT).
5. Trazado de rayos por software (al estilo de Lumen)
No todos los jugadores tienen una tarjeta RTX, por lo que los motores también incluyen alternativas basadas en campos de distancia o cachés de superficies. Lumen de Unreal, por ejemplo, realiza el trazado contra campos de distancia con signo y cachés de superficies para obtener una iluminación global difusa de bajo coste, y solo recurre a rayos acelerados por hardware cuando es necesario. Así es como los juegos AAA consiguen un «aspecto de trazado de rayos» en consolas.
Análisis en profundidad:
- Wright et al., Lumen: iluminación global en tiempo real en Unreal Engine 5 (SIGGRAPH 2022, el artículo sobre Lumen).
- Epic Games, Detalles técnicos de Lumen (documentación oficial del motor).
- Wright, Caché de radiancia para iluminación global en tiempo real (SIGGRAPH 2021).
- Wright, Charla sobre Lumen en la GDC 2022 (versión en vídeo).
6. ReSTIR y muestreo de reservorios
Para calcular la iluminación directa e indirecta con miles de fuentes de luz, ReSTIR (remuestreo por importancia de reservorios espaciotemporales) reutiliza muestras de luz entre píxeles y fotogramas. Así es como juegos como Cyberpunk 2077 con trazado de caminos mantienen un nivel de ruido bajo con uno o dos rayos por píxel. Cabe esperar que aparezca en más motores a medida que el trazado de caminos se convierta en el objetivo para la gama alta.
Análisis en profundidad:
- Bitterli et al., Remuestreo espaciotemporal de reservorios para trazado de rayos en tiempo real con iluminación directa dinámica (SIGGRAPH 2020, el artículo original sobre ReSTIR).
- Ouyang et al., ReSTIR GI: remuestreo de caminos para trazado de caminos en tiempo real (HPG 2021, ReSTIR para iluminación indirecta).
- Lin et al., Muestreo por importancia remuestreado generalizado (SIGGRAPH 2022, los fundamentos matemáticos).
- NVIDIA, Análisis técnico en profundidad del trazado de caminos de Cyberpunk 2077 (blog de ingeniería).
7. Nubes volumétricas, niebla y atmósfera
Los cielos se calculan mediante marcha de rayos a través de ruido 3D y volúmenes de densidad. La atmósfera utiliza tablas de dispersión precalculadas (al estilo de Bruneton) para las transiciones del sol y la luna. La niebla utiliza una cuadrícula de froxels (imagina una textura 3D alineada con el frustum de la vista) que captura la iluminación local. Juntas, estas técnicas permiten crear un «sistema meteorológico» en lugar de limitarse a un skybox.
Análisis en profundidad:
- Schneider, Los paisajes de nubes volumétricas en tiempo real de Horizon Zero Dawn (SIGGRAPH 2015, la referencia fundamental sobre nubes).
- Hillaire, Una técnica escalable y lista para producción para renderizar el cielo y la atmósfera (EGSR 2020, el sucesor moderno de Bruneton utilizado en UE5).
- Wronski, Niebla volumétrica: una solución unificada basada en shaders de cómputo para la dispersión atmosférica (SIGGRAPH 2014, niebla de froxels de Assassin's Creed 4).
- Hillaire, Renderizado volumétrico unificado y basado en física en Frostbite (SIGGRAPH 2015).
8. Mapas de sombras en cascada y mapas de sombras virtuales
Para las sombras del sol, los mapas de sombras en cascada dividen el frustum en intervalos y renderizan cada uno con la resolución adecuada. Los mapas de sombras virtuales llevan la idea más lejos: un único mapa de sombras enorme se divide en páginas y solo se renderizan las páginas visibles desde la cámara. Así es como los juegos AAA mantienen sombras nítidas cerca del jugador sin consumir una cantidad descomunal de memoria.
Análisis en profundidad:
- Dimitrov, Mapas de sombras en cascada (informe técnico de NVIDIA, la referencia estándar).
- Microsoft, Técnicas comunes para mejorar los mapas de profundidad de sombras (documentación de DirectX).
- Wright, Mapas de sombras virtuales en el capítulo 4 de Fortnite Battle Royale (SIGGRAPH 2023, la charla sobre VSM de UE5).
- Epic Games, Documentación sobre mapas de sombras virtuales.
9. Efectos en espacio de pantalla (SSAO, SSR, SSGI, SSSSS)
La lectura de los búferes de profundidad y normales permite obtener con un coste reducido oclusión ambiental (SSAO), reflejos (SSR), iluminación global de un rebote (SSGI) y dispersión subsuperficial para la piel (SSSSS). No capturan los detalles situados fuera de la pantalla, razón por la que el trazado de rayos los está sustituyendo, pero siguen utilizándose en todas partes como una solución de base rápida.
Análisis en profundidad:
- Mittring, En busca de la nueva generación: CryENGINE 2 (SIGGRAPH 2007, el artículo original sobre SSAO).
- McGuire et al., Oscurecimiento ambiental escalable (HPG 2012, SSAO moderno).
- Stachowiak y Uludag, Reflejos estocásticos en espacio de pantalla (Frostbite, la referencia sobre SSR).
- Jimenez, Dispersión subsuperficial separable (la técnica utilizada para la piel en la mayoría de los motores AAA).
- Mara et al., Espacio de pantalla profundo (Activision, parte de la evolución de SSGI).
10. Antialiasing temporal y reescalado mediante aprendizaje automático (DLSS, FSR, XeSS)
El fotograma se renderiza a una resolución interna inferior y se reconstruye mediante vectores de movimiento, profundidad y datos históricos. Los reescaladores basados en aprendizaje automático (DLSS 3/4, FSR 3, XeSS) añaden además generación de fotogramas, interpolando fotogramas intermedios a partir del flujo óptico. La mayoría de los títulos AAA se diseñan ya asumiendo que habrá un reescalador activado, lo que cambia cómo se distribuye el presupuesto de renderizado del resto del fotograma.
Análisis en profundidad: - Karis, [Supermuestreo temporal de alta calidad](http://advances.realtimerendering.com/s2014/index.html#_HIGH-QUALITY_TEMPORAL_SUPERSAMPLING) (SIGGRAPH 2014, la charla de referencia sobre TAA). - Salvi, [Una incursión en el supermuestreo temporal](https://research.nvidia.com/sites/default/files/pubs/2016-03_An-Excursion-in/dlss_DTAA-2-2.pdf) (NVIDIA, en el camino hacia DLSS). - Edelsten, [Verdaderamente de nueva generación: incorporación del aprendizaje profundo a los juegos y los gráficos](https://www.gdcvault.com/play/1026184/) (GDC 2019, arquitectura de DLSS). - AMD, [Detalles técnicos de FidelityFX Super Resolution 3](https://gpuopen.com/fidelityfx-super-resolution-3/) e Intel, [Documento técnico de XeSS](https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/articles/technical/intel-xess-technical-paper.html). 11. Renderizado controlado por la GPU y sombreadores de malla
El descarte, la selección de LOD y el envío de llamadas de dibujado se ejecutan íntegramente en la GPU. Los sombreadores de malla sustituyen la canalización de vértices, geometría y teselado por una etapa más flexible, similar a la de cómputo, que genera meshlets. En combinación con el dibujado indirecto múltiple, esto elimina por completo a la CPU del bucle crítico por objeto.
Análisis en profundidad:
- Haar y Aaltonen, Canalizaciones de renderizado controladas por la GPU (SIGGRAPH 2015, la charla fundacional sobre Assassin's Creed Unity).
- Wihlidal, Optimización de la canalización gráfica mediante cómputo (GDC 2016, descarte controlado por la GPU en Frostbite).
- Kubisch, Introducción a los sombreadores de malla de Turing (NVIDIA, introducción básica a los sombreadores de malla).
- Pesce, Un recorrido vertiginoso por los sombreadores de malla (y blogs de ingeniería similares recopilados en los análisis con RenderDoc de Adrian Courrèges).
12. Renderizado de cabello, tela y piel
El cabello utiliza sombreado anisotrópico al estilo Marschner con geometría basada en hebras (NVIDIA HairWorks, AMD TressFX o sistemas nativos del motor). La tela se simula en la GPU mediante dinámica basada en posiciones y se renderiza con reflejos especulares anisotrópicos. La piel utiliza dispersión subsuperficial en espacio de pantalla junto con iluminación envolvente preintegrada. Estos tres elementos suelen ser los que delatan la diferencia de presupuesto entre una producción AAA y una independiente.
Análisis en profundidad:
- Marschner et al., Dispersión de la luz en las fibras del cabello humano (SIGGRAPH 2003, el modelo fundacional de cabello).
- Chiang et al., Un modelo práctico y controlable de cabello y pelaje para trazado de trayectorias en producción (Disney 2016, ampliamente utilizado en aproximaciones en tiempo real).
- Müller et al., Dinámica basada en posiciones (la referencia estándar para la simulación de telas).
- Jimenez et al., Dispersión subsuperficial separable y Translucidez realista de la piel en tiempo real.
13. Calcomanías, texturizado virtual y capas de materiales
La variación de las superficies proviene de calcomanías superpuestas (agujeros de bala, suciedad, sangre y mugre) proyectadas sobre el búfer de profundidad, además de texturas virtuales que transmiten detalles de alta resolución justo cuando se necesitan. Las capas de materiales combinan varios conjuntos PBR por píxel mediante máscaras y proyección triplanar, logrando así que una sola roca parezca cinco distintas.
Análisis en profundidad:
- Pranckevičius, Calcomanías diferidas y artículos posteriores (la clásica serie del blog de Aras).
- Mittring, La tecnología detrás de la «demo Elemental de Unreal Engine 4» (SIGGRAPH 2012, incluye detalles sobre el texturizado virtual).
- van Waveren, Desafíos de id Tech 5: de la virtualización de texturas al paralelismo masivo (SIGGRAPH 2009, la charla sobre MegaTexture).
- Williams, Capas de materiales en The Order: 1886 (GDC 2014, materiales PBR por capas).
14. Transparencia independiente del orden
El cabello, el follaje, las partículas y el cristal no se pueden ordenar de forma limpia. Los motores AAA utilizan técnicas como OIT combinada y ponderada, pelado de profundidad o listas enlazadas por píxel para renderizarlos correctamente sin una fase de ordenación en la CPU. Aunque pase desapercibida, es una de las partes más costosas del fotograma en escenas con mucho follaje.
Análisis en profundidad:
- McGuire y Bavoil, Transparencia independiente del orden mediante combinación ponderada (JCGT 2013, el artículo sobre WBOIT).
- Bavoil y Myers, Transparencia independiente del orden mediante pelado doble de profundidad (informe técnico de NVIDIA).
- Yang et al., Construcción simultánea de listas enlazadas en tiempo real en la GPU (la referencia sobre listas enlazadas por píxel).
- Wyman, Exploración y ampliación del continuo de algoritmos OIT (HPG 2016, estudio comparativo).
15. Caché neuronal de radiancia y eliminación de ruido mediante aprendizaje automático
La capa más reciente. La caché neuronal de radiancia de NVIDIA aprende la iluminación indirecta de cada escena y la consulta en lugar de trazar más rayos. Los eliminadores de ruido mediante aprendizaje automático (OptiX, Intel Open Image Denoise o soluciones internas personalizadas) limpian en milisegundos las señales dispersas del trazado de rayos. Cabe esperar que esta categoría crezca rápidamente durante los próximos dos años.
Análisis en profundidad:
- Müller et al., Caché neuronal de radiancia en tiempo real para trazado de trayectorias (SIGGRAPH 2021, el artículo sobre NRC).
- Schied et al., Filtrado espaciotemporal guiado por la varianza: reconstrucción en tiempo real para iluminación global mediante trazado de trayectorias (HPG 2017, SVGF).
- Chaitanya et al., Reconstrucción interactiva de secuencias de imágenes de Monte Carlo mediante un autocodificador recurrente de eliminación de ruido (SIGGRAPH 2017, el primer eliminador de ruido recurrente basado en aprendizaje automático).
- Intel, Documentación de Open Image Denoise (eliminador de ruido de producción de código abierto).
Qué significa esto para el navegador
Hemos implementado varias de estas técnicas en WebGPU para nuestro motor de mundo abierto para navegadores. Los mapas de sombras en cascada, la instanciación controlada por la GPU, el PBR triplanar, la niebla en espacio de pantalla y el terreno virtualizado basado en clipmaps funcionan a 120 FPS en una pestaña. El resto (trazado de rayos por hardware, sombreadores de malla y escalado mediante aprendizaje automático) llegará a la web a medida que la especificación de WebGPU se ponga al día. Para profundizar, consulta nuestras guías sobre tecnología de mundos abiertos para navegadores y generación de paisajes.
Lecturas adicionales sobre toda la pila tecnológica
Si quieres leer un solo libro, Renderizado en tiempo real, 4.ª edición es la referencia estándar que abarca la mayoría de los temas anteriores. Para consultar investigaciones en curso, el archivo del curso de SIGGRAPH «Avances en el renderizado en tiempo real en videojuegos» (advances.realtimerendering.com) ofrece PDF gratuitos de análisis en profundidad de motores AAA que se remontan a 2006. Para conocer en detalle cómo renderizan sus fotogramas juegos concretos, los artículos de Adrian Courrèges sobre análisis de rendimiento de GPU son lectura obligatoria.