Was ist Ray Tracing und wie funktioniert es?

Wenn Sie regelmäßig Videospiele spielen oder in den letzten Jahren Animationsfilme von Pixar oder Disney gesehen haben, haben Sie Raytracing bereits in Aktion gesehen, ohne es zu merken.

Der Begriff hat in den letzten zwei Jahren in der Spielebranche für großes Aufsehen gesorgt und wird als die Zukunft der Grafik im Spiel angepriesen. Was ist Raytracing, wie funktioniert es und warum ist es so wichtig?

Was ist Ray Tracing?

Ray Tracing ist eine Grafik-Rendering-Methode, die mithilfe von Algorithmen berechnet, wo sich Licht und Schatten in Videospielen befinden sollen.

Hier bietet sich die Wissenschaft der Grundschule an: Schauen Sie sich einen Becher an. Wenn Sie auf den Becher schauen, wird Licht von dem Becher direkt in Ihr Auge reflektiert, und Ihr Gehirn versteht, dass das Objekt, das vor Ihnen sitzt, ein Becher ist. Bewegen Sie nun aus dem Becher Ihre Augen, um die Lichtquelle in Ihrem Zimmer zu finden. Das ist Raytracing.

In 3D-Videospielen, die wir jetzt haben, beginnt der Raytracing-Algorithmus mit der Sichtweise des Spielers und versucht, das Licht, die Farben und die Schatten mehrerer Objekte auf einem Bildschirm zu verfolgen, zu identifizieren und abzubilden.

Infolgedessen sind Grafiken, die über Raytracing erstellt wurden, an den Rändern glatter und realistischer.

Vor dem Ray Tracing

Wenn Sie wissen möchten, wie bewegte Bilder vor dem Raytracing ausgesehen haben, schauen Sie sich einfach die Videospiele aus den frühen 2000er Jahren an und vergleichen Sie sie mit den derzeit auf dem Markt befindlichen AAA-Videospiel-Titeln.

Herkömmliche Computergrafiken verwenden eine Methode namens Rasterisierung, bei der das Konzept und die Darstellung von 3D-Lichtquellen auf eine 2D-Oberfläche konvertiert werden. 3D-Polygone werden in 2D-Pixel übersetzt. Dies funktioniert nicht immer gut, da Sie im Wesentlichen ein komplexes Objekt mit vielen Oberflächen auf eine flache Oberfläche zwingen.

Darüber hinaus waren herkömmliche Computer einfach nicht schnell genug, um mit der Intensität von Videospielen Schritt zu halten. Obwohl viele Verbesserungen bei der Rasterisierung vorgenommen wurden, ist die Präsentation eines intensiven Ego-Shooter-Spiels im Vergleich zur Raytracing-Methode nicht ausreichend.

Wie Ray Tracing funktioniert

Raytracing klingt als Konzept einfach und aufregend, ist aber keine einfache Technik. Wie funktioniert Raytracing?

Ray Tracing führt einen Prozess namens „Entrauschen“ durch, bei dem sein Algorithmus ausgehend von der Kamera – Ihrem Standpunkt – die wichtigsten Licht- und Schattenschattierungen verfolgt und lokalisiert. Durch maschinelles Lernen werden die Lücken gefüllt, um ein fotorealistisches Bild zu erstellen.

Je heller die Szene in einem Videospiel ist, desto höher ist die Grafikqualität und je höher die Qualität, desto teurer ist sie. Dies bringt uns zu dem Grund für die späte Ankunft von Ray Tracing in der Videospielbranche.

Warum wurde Ray Tracing so lange vermieden?

Sie sollten wissen, dass Raytracing auch keine neue Technik ist. Hollywood verwendet Raytracing schon lange bevor die Technologie ihren Weg in die Videospielbranche fand. Der 2013er Film von Pixar, Monsters University, war tatsächlich der erste Animationsfilm, der die Raytracing-Technologie für alle Beleuchtungs- und Schattierungszwecke verwendete. Warum hat es Ray Tracing so spät in Videospiele geschafft?

Erstens ist die Strahlverfolgung selbst in Bezug auf die Mechanik rechenintensiv. Die Anwendung der Raytracing-Technologie auf einen 90-minütigen Standard-Actionfilm mit 24 Bildern pro Sekunde ist bereits äußerst zeitaufwändig. Animatoren können Tage oder Wochen mit nur einer Szene verbringen. Stellen Sie sich also vor, wie viel intensiver das Raytracing in einem Standardvideospiel ist, das 60 Bilder pro Sekunde ausführt. Es war einfach unpraktisch.

Als nächstes ist, wie oben erwähnt, die Strahlverfolgung kostspielig. Abgesehen von der Tatsache, dass es zeitaufwändig ist, ist das teure Budget der Grund, warum es immer nur Megafilmproduktionsfirmen in Hollywood waren, die sich Raytracing leisten konnten. Die Herstellung der Pixars Monsters University kostete 200 Millionen US-Dollar, ebenso wie Toy Story 4, das 2019 veröffentlicht wurde.

Während moderne Grafikkarten mit Unterstützung für Echtzeit-Raytracing zwischen 400 und 3.000 US-Dollar liegen.

Wenn Ray Tracing verwendet wird

Ray Tracing wird fast überall in einem Videospiel verwendet, besonders aber in Schnittszenen. Haben Sie jemals bemerkt, warum Ihr Charakter in Videospiel-Schnittszenen naturgetreuer und raffinierter aussieht? Das ist Raytracing in Aktion. Der AAA-Titel von 2019 Control ist das beste Beispiel für eine erfolgreiche Raytracing-Funktion in einem Videospiel.

Außerhalb von Videospielen wird Raytracing auch in vielen Branchen eingesetzt. In der Architektur ist Raytracing in Softwareanwendungen für die 3D-Modellierung eines Gebäudes eingebettet. Dies macht die Vorstellung eines Architekten von einem Gebäudeentwurf realistischer als handgezeichnete Konzeptskizzen, und das Modellierungslicht ist genauer. In der Technik wird Raytracing auch für einen ähnlichen Zweck verwendet.

Spieleentwickler und Ray Tracing

Nach der Übernahme des Raytracing-Unternehmens RayScale im Jahr 2008 war Nvidia das erste Unternehmen in der Branche, das Raytracing kommerziell eingeführt hat. Im Jahr 2018 stellte das Unternehmen den Verbrauchern seine Grafikkarten der GeForce RTX-Serie vor. Seitdem haben sich namhafte Spieleentwickler nacheinander dem Raytracing-Spiel angeschlossen.

Im Jahr 2019 gaben Epic Games und Utility Technologies bekannt, dass ihre Signatur-Hardware-Engines jetzt native Unterstützung für Raytracing bieten. Im Jahr 2018 integrierte Microsoft Ray Tracing in DirectX 12, die wichtigste Multimedia- und Spielprogrammiersoftware für Xbox One. Anfang 2020 stellte der Tech-Titan DirectX 12 Ultimate vor, ein Upgrade auf DirectX 12.

Wenn Sie mehr über Raytracing erfahren möchten, lesen Sie unseren Vergleich der neuesten GeForce RTX-Produkte von Nvidia . Wenn Sie ein Linux-Benutzer sind, lesen Sie, wie sich die verschiedenen GPUs von Nvidia und AMD unter Linux stapeln .

Ray Tracing wird die Zukunft des Spielens prägen

Im Wesentlichen verspricht das Raytracing ein qualitativ hochwertiges visuelles Erlebnis für maximalen Genuss. Ray Tracing in Videospielen befindet sich noch in einem sehr frühen Stadium, aber sein Markteintritt markiert eine vielversprechende Zukunft für die Milliarden-Dollar-Industrie.