Was ist Raytracing und wie wird es Spiele verändern?

Raytracing ist eine Beleuchtungstechnik, die Spielen ein zusätzliches Maß an Realismus verleiht. Es emuliert die Art und Weise, wie Licht in der realen Welt reflektiert und gebrochen wird, und bietet so eine glaubwürdigere Umgebung als das, was normalerweise bei statischer Beleuchtung in traditionelleren Spielen zu sehen ist. Aber was genau ist Raytracing? Und noch wichtiger: Wie funktioniert es?

Eine gute Grafikkarte kann Raytracing verwenden, um die Immersion zu verbessern, aber nicht alle GPUs beherrschen diese Technik. Lesen Sie weiter, um zu entscheiden, ob Raytracing für Ihr Spielerlebnis unerlässlich ist und ob es es rechtfertigt, Hunderte für eine aktualisierte GPU auszugeben.

Virtuelle Photonen

Um zu verstehen, wie das revolutionäre Beleuchtungssystem von Raytracing funktioniert, müssen wir einen Schritt zurücktreten und Verstehen Sie, wie Spiele zuvor Licht gerendert haben und was für eine fotorealistische Darstellung emuliert werden muss Erfahrung.

Spiele ohne Raytracing basieren auf statischer „eingebrannter“ Beleuchtung. Entwickler platzieren Lichtquellen in einer Umgebung, die Licht gleichmäßig über jede gegebene Ansicht abgibt. Darüber hinaus enthalten virtuelle Modelle wie NPCs und Objekte keine Informationen über andere Modelle, sodass die GPU das Lichtverhalten während des Rendervorgangs berechnen muss. Oberflächentexturen können Licht reflektieren, um Glanz zu imitieren, jedoch nur Licht, das von einer statischen Quelle emittiert wird. Nehmen Sie den Vergleich von Reflexionen in GTA Vunten als Beispiel.

Insgesamt hat die Weiterentwicklung der GPU dazu beigetragen, dass dieser Prozess im Laufe der Jahre realistischer geworden ist. Aber Spiele sind immer noch nicht fotorealistisch, was reale Reflexionen, Brechungen und allgemeines angeht Erleuchtung. Um dies zu erreichen, muss die GPU in der Lage sein, virtuelle Lichtstrahlen zu verfolgen.

In der realen Welt ist sichtbares Licht ein kleiner Teil der elektromagnetischen Strahlungsfamilie, die das menschliche Auge wahrnimmt. Es enthält Photonen, die sich sowohl wie ein Teilchen als auch wie eine Welle verhalten. Photonen haben keine wirkliche Größe oder Form – sie können nur erzeugt oder zerstört werden.

Allerdings könnte Licht als Strom von Photonen identifiziert 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, durch eine transparente Substanz hindurchgehen und die Linie umgelenkt oder „gebogen“ wird. Zerstörte Photonen können als „absorbiert“ wahrgenommen 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 wird sie reflektieren, brechen und streuen.

Der Prozess ist nichts Neues. CGI verwendet Raytracing schon seit Jahrzehnten, obwohl für die Erstellung eines vollständigen Films in der Anfangszeit ganze Computerfarmen erforderlich waren, da das Rendern eines einzelnen Bildes Stunden oder sogar Tage dauern konnte. Jetzt können Heim-PCs 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 der wahre Augenöffner: Wie bei jedem Film oder jeder Fernsehsendung werden Szenen in CGI-Animationen normalerweise 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 müssen Sie alles Bild für Bild manipulieren, um Bewegungen zu emulieren. Wenn Sie das gesamte Filmmaterial zusammenfügen, entsteht eine fließende Geschichte.

In Spielen steuern Sie eine einzelne Kamera, die immer in Bewegung ist und ständig den Blickwinkel ändert, insbesondere bei rasanten Spielen. 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 vom Objektiv erfasst wird – Ihrem Standpunkt. Bei Spielen ist das ein enormer Rechenaufwand für einen einzelnen PC oder eine einzelne Konsole.

Leider verfügen wir immer noch nicht über PCs für Endverbraucher, die wirklich Raytracing-Grafiken mit hohen Bildraten rendern können. Stattdessen verfügen wir jetzt über Hardware, die effektiv betrügen kann.

Seien wir ehrlich

Die grundlegende Ähnlichkeit von Raytracing mit dem wirklichen Leben macht es zu einer äußerst realistischen 3D-Rendering-Technik, die sogar blockartige Spiele wie diese ermöglicht Minecraft Sehen Sie unter den richtigen Bedingungen nahezu fotorealistisch aus. Es gibt nur ein Problem: Es ist extrem schwer zu simulieren. Die Funktionsweise von Licht in der realen Welt nachzubilden ist kompliziert und ressourcenintensiv und erfordert eine Menge Rechenleistung.

Aus diesem Grund sind bestehende Raytracing-Optionen in Spielen, wie das RTX-gesteuerte Raytracing von Nvidia, nicht naturgetreu. Es handelt sich nicht um echtes Raytracing, bei dem jeder Lichtpunkt simuliert wird. Stattdessen „schummelt“ die GPU, indem sie mehrere intelligente Annäherungen verwendet, 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 üblicherweise als Rasterung bezeichnet werden, und Raytracing auf bestimmten Oberflächen wie reflektierenden Pfützen und Metallarbeiten. Battlefield V ist ein tolles Beispiel dafür. Sie sehen die Spiegelung von Truppen 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 z.B. gezeigt wird Battlefield V wenn Raytracing aktiviert ist.

Raytracing kann auch für Schatten genutzt werden, um ihnen ein dynamischeres und realistischeres Aussehen zu verleihen. Sie werden sehen, dass das eine große Wirkung hat Schatten des Tomb Raider.

Raytracing-Beleuchtung kann in dunklen und hellen Szenen viel realistischere Schatten mit weicheren Kanten und größerer Auflösung erzeugen. Dieses Aussehen ohne Raytracing zu erreichen, ist außerordentlich schwierig. Dies können Entwickler nur durch den sorgfältigen, kontrollierten Einsatz voreingestellter, statischer Lichtquellen vortäuschen. Die Platzierung all dieser „Bühnenlichter“-Takes eine Menge viel Zeit und Mühe – und selbst dann stimmt das Ergebnis nicht ganz.

Einige Spiele gehen aufs Ganze und verwenden Raytracing für die globale Beleuchtung, wodurch effektiv eine gesamte Szene raytracing wird. Dies ist jedoch die rechenintensivste Option und erfordert die leistungsstärksten modernen Grafikkarten, um effektiv zu funktionieren. Metro Exodus verwendet diese Technik, obwohl die Implementierung nicht perfekt ist.

Aus diesem Grund sind Halbheiten wie nur 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 verdecken, die dadurch entstehen, dass weniger Strahlen gerendert werden, als zum Erstellen einer echten Raytracing-Szene erforderlich wäre. Diese sind immer noch vorgerenderten Screenshots und Filmen vorbehalten, bei denen leistungsstarke Server Tage damit verbringen können, einzelne Bilder zu rendern.

Die Hardware hinter den Strahlen

Um selbst diese relativ bescheidenen Implementierungen von Raytracing zu bewältigen, führten die Grafikkarten der RTX-20-Serie von Nvidia Hardware ein, die speziell für Raytracing entwickelt wurde.

Jetzt unterstützen alle RTX-Karten Raytracing, und die neuesten GPUs der RTX 40-Serie bieten noch eine weitere Möglichkeit, die Leistung zu betrügen. SER oder Shader Execution Reordering, ist verfügbar auf der RTX 4090 und RTX 4080, und Nvidia sagt, dass es die Leistung in Spielen mit Raytracing um 25 % steigern kann. Es funktioniert durch Neuordnung, wenn die Raytracing-Anweisungen von der GPU verarbeitet werden, und optimiert so die Aufgabe für die verfügbare Rechenleistung.

Obwohl die Anfänge des Raytracing schwierig waren, waren die aktuellen Karten von Nvidia deutlich leistungsfähiger. Mit SER in der nächsten Generation und DLSS 3 sehen wir möglicherweise Raytracing, das Ihre Bildrate nicht beeinträchtigt.

Nvidias Raytracing Die Methode ist jedoch nicht die einzige verfügbare Option. Es gibt auch „Pfadverfolgungs“-Nachbearbeitungseffekte von Reshade, die vergleichbare Bilder liefern, ohne auch nur annähernd die gleichen Leistungseinbußen zu verursachen.

AMD bietet jetzt auch Optionen für Raytracing an, auf die wir als Nächstes eingehen werden.

Du wirst immer noch ein wollen leistungsstarke Grafikkarte für Raytracing, unabhängig von der Implementierung, aber wenn sich die Technik bei Spieleentwicklern durchsetzt, werden wir möglicherweise eine breitere Palette unterstützender Hardware zu viel günstigeren Preisen sehen.

Was ist mit AMD?

AMD hatte in den letzten Jahren Schwierigkeiten, hardwarebeschleunigtes Raytracing bereitzustellen, aber das änderte sich mit der Einführung der RX 6800, 6800 XT und 6900 XT. Diese neuen Karten verfügen über DirectX 12-Raytracing-Unterstützung und liefern eine hervorragende Leistung, auch wenn AMD in der Raytracing-Abteilung nicht ganz auf Nvidias Niveau ist (lesen Sie unsere RX 6800 XT versus RTX 3080 Und RX 6900 XT versus RTX 3090 Vergleiche für mehr).

Das ist angesichts der Tatsache kaum verwunderlich Große Navi-Architektur Bei der Stromversorgung der RX 6000-Karten von AMD handelt es sich im Wesentlichen um eine Raytracing-Beschleunigung der ersten Generation. Es ist dieselbe Architektur, die auch die visuelle Darstellung im unterstützt PlayStation 5 und Xbox Series X, was insgesamt eine geringere Leistung als die Flaggschiffkarten von Nvidia bietet. Da Raytracing jedoch eine herausragende Funktion auf Konsolen der nächsten Generation ist, erwarten wir in Zukunft eine bessere Unterstützung und Optimierungen. In naher Zukunft werden wir das Debüt von sehen AMD FidelityFX Super Resolution (FSR) für Gaming-PCs und auch die neuesten Versionen von Microsoft Xbox.

Wie können Sie Raytracing zu Hause sehen?

Sie benötigen eine aktuelle – und teure – Grafikkarte, um Raytracing zu Hause zu sehen. Hardwarebeschleunigtes Raytracing ist nur auf Nvidia RTX-GPUs oder auf AMDs GPUs der RX 6000-Serie verfügbar. GTX-Karten der 10er- und 16er-Serie unterstützen Raytracing, verfügen jedoch nicht über die RT-Kerne, um dies komfortabel zu ermöglichen spielbar.

Wenn Sie erwarten, mit Auflösungen über 1080p und Bildraten von 60 fps oder mehr zu spielen, ist es am besten, sich eine Grafikkarte der Spitzenklasse zu zulegen. Bei 4K sind die RTX 3080 und die RX 6800 XT die herausragenden Karten, aber mit einer kommt man auch aus RTX 3070 oder RX 6800 wenn Sie bereit sind, in bestimmten Titeln auf 1440p umzusteigen.

Die Auswahl ist begrenzt von Raytracing-fähigen Spielen, aber die Zahl wächst. Zu den Top-Beispielen für Raytracing gehören frühe RTX-Demos, z Battlefield V, Schatten des Tomb Raider, Und Metro Exodus. Neuere Spiele wie Kontrolle Und MechWarrior 5: Söldner sehen auch überzeugend aus. Bleib im Licht ist ein Indie-Horrorspiel, das mit Raytracing-Schatten und -Reflexionen erstellt wurde. Das Remastered Beben II mit RTX-Raytracing ist ein weiteres fantastisches Beispiel.

Es gibt weniger Raytracing-Spiele auf dem Markt, aber die Branche wächst. Als die PlayStation 5 Und Xbox Series X Wenn wir mit der Werbung für Raytracing beginnen, werden die Konkurrenten bald folgen. Das Multiplattform-Spiel Wachhunde 2 ist anders als das neue Watch Dogs: Legion, da das neue Spiel Raytracing eingeführt hat, um auf Konsolen und Computern zu funktionieren.

Versuchen Sie es mit Port Royal Raytracing von UL Benchmark um festzustellen, ob Ihr PC mit Raytracing funktioniert.

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