Raytracing: Revolution in der Spielegrafik

Was ist Raytracing?

Raytracing (Strahlenverfolgung) ist eine Rendering-Technik, die darauf abzielt, die physikalischen Eigenschaften des Lichts so realistisch wie möglich zu simulieren. Während traditionelle Computergrafik (Rasterung) versucht, Beleuchtung und Schatten durch Näherungswerte darzustellen, verfolgt Raytracing den Weg einzelner Lichtstrahlen, um zu berechnen, wie diese Strahlen mit Objekten, Oberflächen und der Umgebung interagieren.

Das Ergebnis ist eine beispiellose Bildqualität, da Effekte wie Schatten, Reflexionen und die allgemeine Ausleuchtung der Szene exakt so berechnet werden, wie sie in der realen Welt funktionieren würden.

Funktionsweise in der Praxis

Um Rechenzeit zu sparen, arbeitet Raytracing im Computer in der Regel entgegen der tatsächlichen Lichtrichtung. Das Prinzip lautet:

1. Primärstrahlen: Von der virtuellen Kamera (dem Betrachter) wird ein Strahl pro Pixel in die Szene gesendet.
2. Sekundärstrahlen: Trifft dieser Primärstrahl ein Objekt, werden von diesem Treffpunkt aus neue, sekundäre Strahlen ausgesandt, um die Umgebung zu erkunden.
3. Informationssammlung: Diese Sekundärstrahlen sammeln Informationen über:
   • Reflexionen: Was spiegelt sich auf glänzenden Oberflächen?
   • Schatten: Steht das Objekt im Weg einer Lichtquelle?
   • Brechung: Wie verhält sich Licht, das durch transparente Materialien wie Glas oder Wasser dringt?
   • Indirekte Beleuchtung (Global Illumination): Wie wird Licht von anderen Oberflächen im Raum reflektiert und verteilt?

Die Informationen aller Strahlen bestimmen letztlich die exakte Farbe und Helligkeit des ursprünglichen Pixels.

Die wichtigsten visuellen Verbesserungen

Raytracing eliminiert viele der Kompromisse älterer Rendertechniken und führt zu folgenden realistischen Effekten:

• Realistische Schatten: Schatten haben korrekte weiche Kanten (Penumbra) und variieren in ihrer Intensität, je nachdem, wie weit das Objekt von der Lichtquelle entfernt ist.
• Akkurate Reflexionen: Spiegelnde Oberflächen (Wasser, Metall, Marmor) reflektieren die gesamte 3D-Szene in Echtzeit und nicht nur einen statischen Ausschnitt oder eine vorberechnete Umgebung.
• Globale Beleuchtung (Global Illumination): Licht wird von Objekten realistisch „abgeprallt“, wodurch Ecken und Innenräume natürlich ausgeleuchtet werden und Oberflächen die Farben ihrer Umgebung annehmen.

Hardware und Performance

Da Raytracing extrem rechenintensiv ist, wurde seine Einführung im Gaming-Bereich erst durch spezielle Hardware-Einheiten auf modernen Grafikkarten möglich:

• Nvidia: Raytracing Cores (RT Cores)
• AMD: Ray Accelerators (RA)
• Intel: Dedizierte Raytracing-Hardware

Trotz dieser Beschleuniger führt die Aktivierung von Raytracing zu einem spürbaren Leistungsverlust.

Upscaling als notwendige Ergänzung

Um Raytracing in hohen Auflösungen (WQHD oder 4K) bei spielbaren Bildraten nutzen zu können, sind moderne Upscaling-Technologien unerlässlich geworden. Diese Techniken rendern das Spiel intern in einer niedrigeren Auflösung und skalieren es dann unter Zuhilfenahme von KI oder fortschrittlichen Algorithmen auf die native Bildschirmauflösung hoch.

Die wichtigsten Technologien sind:

• Nvidia DLSS (Deep Learning Super Sampling)
• AMD FSR (FidelityFX Super Resolution)
• Intel XeSS (Xe Super Sampling)

Diese Verfahren kompensieren den Performance-Verlust durch Raytracing und sind der Schlüssel zur breiten Akzeptanz dieser Grafiktechnologie.

Fazit

Raytracing ist der nächste logische Schritt in der Entwicklung der Spielegrafik. Durch die exakte Simulation der Lichtphysik wird ein Grad an visuellem Realismus erreicht, der mit älteren Techniken nicht möglich war. Da die Leistungsfähigkeit der dedizierten Raytracing-Hardware und die Effizienz der Upscaling-Technologien stetig zunehmen, wird Raytracing bis 2025 zunehmend zum Standard für das visuell anspruchsvolle Gaming auf PCs und Konsolen.

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