Trend Raytracing: Wir erklären und bewerten das 3D-Verfahren - wird Raytrcing in Spielen Fuß fassen?

Special 01.09.2018 um 10:00 Uhr Antonio Funes

Quelle: Epic Games

Die Präsentation sowie auch die Namen der neuen Grafikkarten von Nvidia haben ein professionelles Verfahren für das Berechnen von 3D-Szenen in Verbindung mit Spielen gebracht: Raytracing. Doch worum geht es bei Raytracing? Wo wurde es bisher schon eingesetzt? Und wird es wirklich bei Spielen im größeren Rahmen zum Einsatz kommen?

Raytracing - Revolution in 3D?

Mit der Vorstellung der neuen Grafikkarten GeForce RTX 2070, RTX 2080 und RTX 2080 Ti hat Nvidia ein uraltes 3D-Grafik-Prinzip zum Gesprächsstoff gemacht: Raytracing.

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Wir berichteten darüber auch in unserer Zusammenfassung der Präsentation von Nvidia im Rahmen der gamescom. Die neuen Grafikkarten sollen je nach Modell zwischen Mitte September und Mitte Oktober verfügbar sein, über 40 Varianten von Partnerherstellern sind bereits bestätigt.

Quelle: Gigabyte Gigabyte GeForce GTX 2080 Ti Das RT im Namen RTX steht für Ray-Tracing, zudem ruft Nvidia mit den neuen Grafikkarten die neue RTX-Technologie beziehungsweise -Plattform ins Leben. Doch worum geht es bei Raytracing? Bei Raytracing handelt es sich um die ursprünglichste Form, eine 3D-Szene aus Sicht einer virtuellen Kamera zu berechnen, um dem Nutzer später ein fertiges Bild auf dem Monitor zu präsentieren. Für Computerspiele wiederum werden andere Verfahren eingesetzt, da echtes Raytracing viel Rechenleistung benötigt. Doch mit den neuen Nvidia-Boliden soll Raytracing in Echtzeit auch bei Games Einzug halten. Unsere Kollegen der PC Games Hardware konnten es bei Battlefield 5 bereist ausprobieren. Wir erklären euch in unserem Special nun mit möglichst verständlichen Worten, worum es bei Raytracing im Allgemeinen geht, welche Unterschiede es zu anderen 3D-Verfahren gibt und wo dieses Verfahren normalerweise außerhalb von Games beheimatet ist. Zudem überlegen wir, ob Raytracing wirklich für Gaming ein größeres Thema sein könnte - und wie viel (oder wenig) Raytracing mit den neuen Nvidia-Grafikkarten wirklich Einzug in die Spielewelt hält.

So funktioniert Raytracing

Das Wort Raytracing bedeutet übersetzt so viel wie "Strahlenverfolgung", denn das englische Wort "ray" bedeutet Strahl, und "to trace" lässt sich als verfolgen oder auch nachzeichnen übersetzen. Daraus kann man bereits ein wenig erahnen, was es mit Raytracing auf sich hat. Zunächst werden 3D-Objekte in einem Editor modelliert und zu einer Szene zusammengestellt - zum Beispiel ein Tisch mit einem gläsernen Obstkorb in einem Raum mit einer Türe und einem Spiegel an der Wand.

Den einzelnen Objekten weist man zudem ein Material und eine Farbe zu, gegebenenfalls auch eine Textur, also eine Grafik, die wie eine Art Tapete wirkt. Zum Beispiel könnte man dem Tisch eine Textur zuweisen, die aussieht wie natürliches Holz, um den Tisch wie einen Holztisch aussehen zu lassen und zu vermeiden, dass man die einzelnen Holzfasern als einzelne echte 3D-Objekte in mühsamer Kleinarbeit nachmodellieren muss. Zudem platziert man eine oder mehrere Lichtquellen in der Szene, denn ohne Licht wäre das Bild einfach nur schwarz. Zum Schluss kommt eine Kamera hinzu, die stellvertretend als Augen des Nutzers agiert - die Kameraperspektive bestimmt am Ende, welche Dinge der 3D-Szene man später sehen kann.

Quelle: Wikimedia, Henrik, CC BY-SA 4.0 Raytracing Grundprinzip in einer Skizze erklärt Bis zu diesem Punkt unterscheidet sich Raytracing noch nicht von anderen 3D-Verfahren. Das Entscheidende ist, dass beim Raytracing der Weg von einzelnen Lichtstrahlen zurückverfolgt wird - damit ist gemeint, dass Algorithmen von der Kameraposition aus pro Pixel, das später erzeugt werden soll, je eine Linie in Richtung der Objekte ziehen, bis sich ein Treffpunkt ergibt. Es wird also vereinfacht gesagt festgestellt, ob ein Objekt im Sichtfeld der Kamera liegt. Ist dies der Fall, wird wiederum vom Treffpunkt aus geprüft, ob Licht aus einer der Lichtquellen oder durch einen zuvor schon reflektierten Lichtstrahl das Objekt schneidet und somit die Farbe und Helligkeit des Pixels beeinflusst. Anhand dieser Berechnungen entsteht die endgültige Farbe der einzelnen Pixel, die später auf dem Bildschirm zu sehen sind, und zwar natürlich unter Beachtung der Reflexions- und Lichtbrechungseigenschaften des betrachten Objektes sowie dessen Material und Basisfarbe. Ebenfalls beachtet werden andere Objekte, die zwar nicht im Bild zu sehen sind, aber den berechneten Lichtstrahl beeinflussen können - sei es durch Lichtbrechung, Reflexion oder einfach nur durch das Spenden von Schatten. Dieses Verfahren ist vor allem bei Szenen mit vielen Objekten mit verschiedensten Materialen sowie spiegelnden oder lichtdurchlässigen Gegenständen wie der oben genannten Glasschale extrem Rechenintensiv, vor allem wenn zudem auch noch mehrere Lichtquellen mit im Spiel sind.