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#erstmalverstehen: Was ist Raytracing?



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Ihr seid in Battlefield 5 mit eurer Kompanie unterwegs zum nächsten Kriegsschauplatz. Dabei seht ihr, wie die einzelnen Glieder der Panzerkette die Baumwipfel der anderen Straßenseite widerspiegeln und in der Pfütze vor euch trotz Wellenbruch bereits detailgetreu der Feind aufblitzt.

Diese genauen Spiegelungen von Objekten in Videospielen, die eigentlich noch gar nicht in Blickfeld sind, werden durch die Render-Technik Raytracing möglich. Fragt ihr euch jetzt, wie diese Technologie genau funktioniert und wie auch ihr damit zocken könnt? Hier kommt die Erklärung.

Was ist Raytracing & wie funktioniert es?

Personen durch Spiegelungen sehen, die eigentlich gar nicht im Blickfeld sind - dank Raytracing erhaltet ihr beim Gaming entscheidende Vorteile.
Personen durch Spiegelungen sehen, die eigentlich gar nicht im Blickfeld sind - dank Raytracing erhaltet ihr beim Gaming entscheidende Vorteile.

Die Grafik in Videospielen sieht immer realistischer aus – jetzt sogar noch ein kleines Stückchen mehr. Mit der Raytracing-Technologie (Raytracing = Englisch für Strahlenverfolgung), die im Film-Rendering übrigens schon seit rund 50 Jahren eingesetzt wird, wird der Verlauf von Lichtstrahlen nun auch beim Gaming simuliert. Rendering ist übrigens der Prozess, durch den Datensammlungen, bestehend aus Daten wie Videoclips, Texten und Objekten, zusammengeführt werden, wodurch dann erst ein Bild oder eine Videosequenz in hoher Auflösung entsteht.

Durch Raytracing kann im Spiel indirektes Licht, das über Ecken reflektiert wird, halb-transparente Objekte, durch die Licht scheint, sowie realistische Schatteneffekte dargestellt werden. Die komplette Gaming-Welt wirkt dadurch also viel realistischer.

Das Bild in einem Video-Spiel, also die 3D-Welt muss ständig neu berechnet werden, da der Spieler ja selbst entscheidet, wo er hin geht und was geschieht. Was dabei auf dem 2D-Monitor ankommt, bedarf einer Grafik-Berechnung, die auf einer bestimmten Technologie basiert. Bisher kommt dafür die sogenannte Rasterisierung zum Einsatz. Dabei wird von der Perspektive des Avatars ausgegangen und überprüft, welche Objekte sich in dessen Blickfeld befinden. Genau diese Objekte werden dann berechnet und auf dem Bildschirm dargestellt. Alles, was außerhalb des Blickwinkels liegt, hat keinen Einfluss auf das Bild.

Bei Raytracing hingegen werden auch die Lichtstrahlen, die ins Auge des Spielers treffen könnten berechnet. Das heißt, es wird verfolgt, welche Objekte der Spieler sieht, welche Beschaffenheit die Oberfläche hat, also ob sie beispielsweise reflektiert, und diese Reflexion wird dann angezeigt. Genauso verhält es sich mit Schatten, die durch Lichtquellen entstehen, die sich außerhalb des Blickfelds befinden. Auch diese werden genauestens berechnet und dargestellt.

Die Raytracing-Technik benötigt also viel mehr Rechenleistung. Aktuelle Gaming-PCs sind dafür noch nicht ausgelegt. Lediglich Nvidia hat mit seinen RTX-2080-Grafikkarten im August 2018 eine Lösung vorgestellt, die zumindest teilweise auf diese Technologie setzt.

Nvidias RTX-Grafikkarten für Raytracing in Echtzeit?

Der „Heilige Gral der Computergrafik“, so nennt Nvidia-Chef Jensen Huang auf der Gamescom 2018 die neue Bauweise der RTX-Grafikkarten. Dabei handelt es sich im Speziellen um die Modelle GeForce RTX 2080Ti, RTX 2080 und RTX 2070. Um gute Performance zu bieten, kombinieren diese Raytracing in Echtzeit, Rasterisierung sowie künstliche Intelligenz.

Für die Strahlenverfolgung wurde in diesen Grafikkarten extra eine Raytracing-Recheneinheit verbaut. Die neue Bauweise der RTX-Grafikkarten führt dazu, dass das Bild in etwa zehn Mal schneller berechnet werden kann als mit einer GeForce GTX 1080Ti.

Dass das Spiel durch die neuen Nvidia GPUs noch realistischer aussieht, konnte bereits demonstriert werden. Ob es damit auch wirklich flüssig läuft, wird sich zeigen. Allerdings gibt es schon so einige Stimmen, die bemerken, dass es zwar ruckelfrei läuft, dafür aber stellenweise die Framerate, also die Bildanzahl pro Sekunde, beziehungsweise die Auflösung gedrosselt wird. Bei der Demo von „Shadow of the Tomb Raider“ auf der Gamescom 2018 konnte man beispielsweise sehen, dass viele Szenen nur mit etwa 40 Bildern pro Sekunde in Full HD gespielt werden konnten.

Nicht nur für Gamer interessant

Dieses Bild wurde vom PC mit Raytracing-Technik generiert (Quelle: blogs.nvidia.com)
Dieses Bild wurde vom PC mit Raytracing-Technik generiert (Quelle: blogs.nvidia.com)

Wie schon gesagt, gibt es Raytracing nicht erst mit Nvidias RTX-Grafikkarten und nicht nur fürs Gaming. Die Berechnung des Lichts wird bei animierten Kinofilmen oder Werbungen schon seit Jahren erfolgreich verwendet. Dort steht meist eine ernome Rechenleistung von großen Serverfarmen zur Berechnung zur Verfügung.

Und auch Architekten nutzen Raytracing in ihren Grafikprogrammen, um bei der Planung von Gebäuden oder Räumen eine möglichst realistische Darstellung von Reflexionen, Oberflächen und Schatten zu erhalten.

Wir sind gespannt, wie sich die Gaming-Welt durch die weitere Entwicklung der Raytracing-Technologie verändert und ob wir Realität und Spiel bald wirklich nicht mehr voneinander unterscheiden können. Der erste Schritt wurde mit den RTX-Grafikkarten jedenfalls schon einmal gemacht.

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