Raytracing, zu Spielen ein zusätzlicher Realismus ein Level, das bringt ist eine Beleuchtungstechnik. Durch die Nachahmung der Art und Weise, wie Licht in der realen Welt reflektiert und gebrochen wird, entsteht eine glaubwürdigere Umgebung als bei statischer Beleuchtung in traditionelleren Spielen. Was genau ist Raytracing? Und noch wichtiger: Wie funktioniert es? Eine gute Grafikkarte kann Raytracing verwenden, um die Immersion zu steigern, aber nicht alle GPUs beherrschen diese Technik. Lesen Sie weiter, um zu entscheiden, ob Raytracing für Ihr Spielerlebnis unerlässlich ist und ob es die Ausgabe von Hunderten von Dollar für eine aktualisierte GPU rechtfertigt.
Ray Tracing – Virtuelle Photonen
Um zu verstehen, wie das revolutionäre Beleuchtungssystem von Raytracing funktioniert, müssen wir einen Schritt zurücktreten und verstehen, wie Spiele bisher Licht gerendert haben und was für ein fotorealistisches Erlebnis emuliert werden muss. Nicht-Raytracing-Spiele basieren auf statischer „gebackener“ Beleuchtung. Entwickler platzieren Lichtquellen in einer Umgebung, die in jeder Ansicht gleichmäßig Licht abgibt. Darüber hinaus enthalten virtuelle Modelle wie NPCs und Objekte keine Informationen über andere Modelle und erfordern, dass die GPU beim Rendern das Beleuchtungsverhalten berechnet. Oberflächentexturen können Licht reflektieren, um Glanz zu imitieren, können jedoch nur Licht reflektieren, das von einer statischen Quelle emittiert wird. Nehmen Sie als Beispiel den Vergleich der Reflexionen in GTA V unten.
Insgesamt hat die Weiterentwicklung der GPU dazu beigetragen, dass dieser Prozess im Laufe der Jahre realistischer aussieht, aber Spiele sind immer noch nicht fotorealistisch, was Reflexionen, Brechungen und Gesamtbeleuchtung in der realen Welt angeht. Um dies zu erreichen, muss die GPU virtuellen Lichtstrahlen folgen können.
In der realen Welt ist sichtbares Licht ein kleiner Teil der Familie der elektromagnetischen Strahlung, die das menschliche Auge wahrnimmt. Es enthält Photonen, die sich sowohl als Teilchen als auch als Wellen verhalten. Photonen haben keine wirkliche Größe oder Form – sie können nur erzeugt oder zerstört werden.
Licht kann jedoch als ein Strom von Photonen beschrieben werden. Je mehr Photonen vorhanden sind, desto heller wird das wahrgenommene Licht. Reflexion entsteht, wenn Photonen von einer Oberfläche abprallen. Brechung tritt auf, wenn Photonen, die sich in einer geraden Linie bewegen, ein transparentes Material durchqueren und die Linie umgelenkt oder „gebogen“ wird. Die zerstörten Photonen können als „absorbiert“ erkannt werden.
Raytracing in Spielen versucht, die Funktionsweise von Licht in der realen Welt nachzuahmen. Es verfolgt den Weg des simulierten Lichts, indem es Millionen virtueller Photonen verfolgt. Je heller das Licht, desto mehr virtuelle Photonen muss die GPU berechnen und desto mehr Oberflächen reflektiert, bricht und streut das Licht.
Dieser Prozess ist nichts Neues. CGI verwendet Raytracing schon seit Jahrzehnten, aber in der Anfangszeit waren ganze Computerfarmen erforderlich, um einen ganzen Film zu rendern, da das Rendern eines einzelnen Bildes Stunden oder sogar Tage dauern konnte. Heimcomputer können jetzt Raytracing-Grafiken in Echtzeit emulieren und dabei Hardwarebeschleunigung und clevere Beleuchtungstricks nutzen, um die Anzahl der Strahlen auf ein überschaubares Maß zu begrenzen.
Hier ist ein echter Augenöffner: Wie bei jedem Film oder jeder Fernsehsendung werden Szenen in CGI-Animationen oft aus verschiedenen Blickwinkeln „gedreht“. Für jedes Bild können Sie eine Kamera bewegen, um das Geschehen einzufangen, hinein- oder herauszoomen oder einen gesamten Bereich schwenken. Und wie bei Animationen muss man alles Bild für Bild manipulieren, um Bewegungen nachzuahmen. Wenn Sie alle Bilder zusammenfügen, entsteht eine fließende Geschichte.
In Spielen, insbesondere in rasanten Spielen, steuern Sie eine einzelne Kamera, die sich ständig bewegt und ständig ihre Perspektive ändert. Sowohl bei CGI- als auch bei Raytracing-Spielen muss die GPU nicht nur berechnen, wie Licht in einer bestimmten Szene reflektiert und gebrochen wird, sondern auch, wie es von der Linse erfasst wird – abhängig von Ihrer Perspektive. Bei Spielen ist das ein enormer Rechenaufwand für einen einzelnen Computer oder eine einzelne Konsole.
Leider verfügen wir immer noch nicht über Computer für Endverbraucher, die Raytracing-Grafiken wirklich mit hohen Bildraten verarbeiten können. Stattdessen verfügen wir jetzt über Hardware, die effektiv betrügen kann.
Raytracing – Realistische Grafiken
Die grundlegende Ähnlichkeit von Raytracing mit dem wirklichen Leben macht es zu einer äußerst realistischen 3D-Rendering-Technik, die unter den richtigen Bedingungen sogar blockige Spiele wie Minecraft fast fotorealistisch aussehen lässt. Es gibt nur ein Problem: Es ist extrem schwierig zu simulieren. Die Funktionsweise von Licht in der realen Welt nachzubilden ist komplex und ressourcenintensiv und erfordert große Mengen an Rechenleistung.
Daher sind aktuelle Raytracing-Optionen in Spielen, wie beispielsweise Nvidias RTX-fokussiertes Raytracing, nicht realistisch. Dabei handelt es sich nicht um echtes Raytracing, bei dem jeder Lichtpunkt simuliert wird. Stattdessen „schummelt“ die GPU, indem sie verschiedene clevere Ansätze nutzt, um einen annähernd gleichen visuellen Effekt zu erzielen, ohne die Hardware jedoch so stark zu belasten.
Die meisten Raytracing-Spiele verwenden mittlerweile eine Kombination aus traditionellen Beleuchtungstechniken, die oft als Rasterung bezeichnet werden, und Raytracing-Techniken auf bestimmten Oberflächen, wie zum Beispiel reflektierenden Pfützen und Metallarbeiten. Battlefield V ist ein großartiges Beispiel dafür. Man sieht die Spiegelung von Soldaten im Wasser, die Spiegelung des Geländes in Flugzeugen und die Spiegelung von Explosionen auf dem Lack eines Autos. Es ist möglich, Reflexionen in modernen 3D-Engines anzuzeigen, jedoch nicht mit der Detailgenauigkeit, die in Spielen wie Battlefield V gezeigt wird, wenn Raytracing aktiviert ist.
Mithilfe von Raytracing lassen sich auch Schatten dynamischer und realistischer erscheinen lassen. Sie werden sehen, wie dies in Shadow of the Tomb Raider mit großer Wirkung eingesetzt wird.
Raytracing-Beleuchtung kann in dunklen und hellen Szenen viel realistischere Schatten erzeugen und sorgt für weichere Kanten und eine bessere Definition. Dieses Aussehen ohne Raytracing zu erreichen, ist außerordentlich schwierig. Entwickler können dies nur nachahmen, indem sie voreingestellte, statische Lichtquellen sorgfältig und kontrolliert verwenden. Es kostet viel Zeit und Mühe, all diese „Scheinwerfer“ zu platzieren – und selbst dann stimmt das Ergebnis nicht ganz.
Einige Spiele verwenden Raytracing für die globale Beleuchtung und verfolgen so effektiv die gesamte Szene. Dies ist jedoch die rechenintensivste Option und erfordert die leistungsstärksten modernen Grafikkarten, um effektiv zu funktionieren. Metro Exodus verwendet diese Technik, aber die Implementierung ist nicht perfekt.
Deshalb sind nur halbe Sachen wie Raytracing-Schatten oder reflektierende Oberflächen beliebt. Andere Spiele nutzen Nvidia-Technologien wie Rauschunterdrückung und Deep Learning Super Sampling, um die Leistung zu verbessern und einige der visuellen Probleme zu vertuschen, die dadurch entstehen, dass weniger Strahlen verarbeitet werden, als zum Rendern einer echten Raytracing-Szene erforderlich sind. Diese Technologien sind immer noch vorgerenderten Screenshots und Filmen vorbehalten, bei denen Hochleistungsserver Tage damit verbringen können, ein einzelnes Bild zu verarbeiten.
Wie funktionieren Strahlen?
Die Grafikkarten der RTX 20-Serie von Nvidia boten speziell für Raytracing entwickelte Hardware, um selbst diese relativ bescheidenen Anwendungen von Raytracing zu bewältigen.
Alle RTX-Karten unterstützen jetzt Raytracing, und es gibt eine weitere Möglichkeit, die Leistung der neuesten GPUs der RTX 40-Serie zu betrügen. SER (Shader Execution Reordering) ist auf der RTX 4090 und RTX 4080 verfügbar und Nvidia gibt an, dass es die Leistung bei Raytracing-Spielen um 25 % verbessern kann. Dabei werden Raytracing-Anweisungen neu angeordnet, wenn sie von der GPU verarbeitet werden, wodurch die Aufgabe für die verfügbare Rechenleistung optimiert wird.
Während die Anfänge des Raytracing schwierig waren, haben die neuesten Karten von Nvidia eine viel bessere Leistung erbracht. Mit SER und DLSS 3 der neuen Generation können wir Raytracing sehen, das Ihre Bildrate nicht verringert. Nvidias neues DLSS 3.5 verspricht außerdem die Unterstützung von Raytracing mit Ray Reconstruction.
Die Raytracing-Methode von Nvidia ist jedoch nicht die einzige verfügbare Option. Es gibt auch „Pfadverfolgungs“-Nachbearbeitungseffekte von Reshade, die ähnliche visuelle Effekte bieten, jedoch nicht die gleiche Leistung aufweisen.
AMD verfügt nun auch über Optionen für Raytracing, dazu später mehr.
Sie benötigen immer noch eine leistungsstarke Grafikkarte für Raytracing, unabhängig von der Anwendung, aber da die Technik bei Spieleentwicklern immer weiter verbreitet wird, könnten wir eine größere Auswahl an unterstützender Hardware zu viel günstigeren Preisen sehen.
Während sich Raytracing hauptsächlich auf PCs konzentrierte, hält es nun auch Einzug in andere Geräte. Apple gab kürzlich bekannt, dass der A15 Bionic-Chip des iPhone 17 über hardwarebeschleunigtes Raytracing verfügt, auch in Spielen.
So sehen Sie Raytracing zu Hause
Um Raytracing zu Hause sehen zu können, benötigen Sie eine neue, teure Grafikkarte. Hardwarebeschleunigtes Raytracing ist nur auf Nvidia RTX-GPUs oder AMDs GPUs der RX 6000-Serie verfügbar. Karten der GTX 10-Serie und 16-Serie unterstützen Raytracing, verfügen jedoch nicht über die RT-Kerne, die eine komfortable Spielbarkeit ermöglichen würden.
Wenn Sie mit Auflösungen über 1080p und Bildraten von 60 Bildern pro Sekunde oder mehr spielen möchten, ist es am besten, sich eine Grafikkarte der Spitzenklasse zuzulegen. Bei 4K sind die RTX 3080 und RX 6800 XT die herausragenden Karten, aber Sie können auch mit der RTX 1440 oder RX 3070 auskommen, wenn Sie bereit sind, bei bestimmten Spielen auf 6800p zu steigen.
Obwohl es nur eine begrenzte Anzahl von Spielen mit Raytracing-Funktionen gibt, steigt diese Zahl allmählich an. Zu den besten Beispielen für Raytracing gehören frühe RTX-Demos wie Battlefield V, Shadow of the Tomb Raider und Metro Exodus. Auch neuere Spiele wie Control und MechWarrior 5: Mercenaries sehen interessant aus. Stay in the Light ist ein Indie-Horrorspiel, das mit Raytracing-Schatten und Reflexionen erstellt wurde. Quake II, remastered mit RTX-Raytracing, ist ein weiteres großartiges Beispiel.
Es gibt weniger Raytracing-Spiele auf dem Markt, aber die Branche wächst. Während die PlayStation 5 und die Xbox Series Das Multiplattform-Spiel Watch Dogs 2 unterscheidet sich vom neuen Watch Dogs: Legion dadurch, dass das neue Spiel Raytracing für die Ausführung auf Konsolen und Computern einführt.
Versuchen Sie, das Port Royal-Raytracing von UL Benchmark zu verwenden, um festzustellen, ob Ihr Computer mit Raytracing funktioniert.
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