Was Sie über Gaming und Ray tracing-Technologie wissen sollten
Ray tracing ist eine Technik zum Rendern von Computergrafiken, bei der ein Bild erstellt wird, indem der Weg von Strahlen durch eine Szene verfolgt wird. Die Strahlen können mit Objekten in der Szene interagieren, von ihnen abprallen und Eigenschaften wie Farbe annehmen.
Ray tracing: Die Grundlagen
Ray tracing emuliert reale Beleuchtung. Das Licht, das wir sehen, ist das Ergebnis von Photonen, die von Energiequellen wie der Sonne emittiert werden. Photonen können abprallen und gestreut werden, wenn sie mit Objekten kollidieren. Ein Spiegel ist alles, was Sie brauchen, um dies in Aktion zu sehen. Licht, das auf einen Spiegel trifft, erzeugt eine Reflexion.
Ray tracing simuliert dies. Die Anzahl der verfolgten Strahlen ist im Vergleich zur realen Welt, in der Millionen von Photonen durch unser Sichtfeld springen, gering. Moderne Spiele verfolgen zwischen einem und vier Strahlen pro Pixel. Das reicht jedoch aus, um die reale Welt zu simulieren.
Wenn man den Weg eines Strahls verfolgt, kann dieser auch mit der Spielwelt interagieren. Ein Strahl, der von einem roten Objekt abprallt, kann von dieser Farbe beeinflusst werden und in der Nähe einen roten Schimmer erzeugen. Strahlen können sich auf unterschiedliche Weise streuen, je nachdem, welche Eigenschaften die Designer eines Spiels den Objekten geben, wodurch realistische, halbreflektierende oder raue Oberflächen entstehen.
Ray tracing ist ein bedeutender Fortschritt für 3D-Grafiken. Es erzeugt ein realistisches Bild, indem es den Weg der Strahlen simuliert, während sie sich durch ein Spiel bewegen. Dies führt zu einer Beleuchtung, die mit der Umgebung interagieren kann, selbst wenn die Umgebung für den Spieler nicht sichtbar ist. Ray tracing erfordert keine speziell entwickelte Hardware, um zu funktionieren, aber es ist nur auf einer Grafikkarte oder Spielekonsole praktisch, die Ray tracing beschleunigen kann, da es sehr anspruchsvoll ist.
Ray tracing vs. Rasterisierung
Auch wenn Sie diese Erklärung verstehen, sind Sie möglicherweise immer noch verwirrt. Reflexionen gab es schon in früheren Spielen, sogar in denen, die mittlerweile mehrere Jahrzehnte alt sind. Was ist beim Ray tracing anders?
Frühere 3D-Spiele und die meisten modernen Spiele verwenden Rasterung. Rasterung kombiniert die für den Spieler sichtbaren Elemente einer 3D-Spielwelt zu einem 2D-Bild. Dabei wird nur gerendert, was für den Spieler sichtbar sein soll, da jede Leistung, die zum Generieren dessen verwendet wird, was der Spieler nicht sehen kann, verschwendet wird. Dies schafft jedoch ein Problem.
Kehren wir zum Beispiel mit dem Spiegel zurück. Die Umgebung des Spielers und der Spielcharakter sind für den Spieler nicht sichtbar (zumindest in einem First-Person-Spiel). Bei der Rasterung gibt es nichts, was der Spiegel reflektieren könnte.
Natürlich gibt es in modernen Spielen Spiegel. Sie rendern die Szene zweimal. Ein Durchgang erfolgt aus der Sicht des Spielers, während ein anderer aus einer anderen Perspektive erfolgt. Dadurch verdoppelt sich jedoch die zum Rendern einer Szene erforderliche Leistung.
Screen Space Reflections, eine Technik in beliebten 3D-Game-Engines, verwenden Daten auf dem Bildschirm, um eine Reflexion zu erzeugen. Diese Technik ist ideal für reflektierende Oberflächen in einem Winkel zur Perspektive des Spielers, wie z. B. Wasser. Reflektierte Objekte verschwinden jedoch, wenn sich das reflektierte Objekt aus dem Bildschirm bewegt.
Beim Ray tracing gibt es diese Probleme nicht, da es im Gegensatz zur Rasterung außerhalb der Perspektive des Spielers verfolgen kann.
Darüber hinaus kann Ray tracing in Spielen, bei denen Strahlen mit Oberflächen interagieren, zu einem realistischen Farbverlauf und halbreflektierenden Oberflächen führen, die für die Rasterung schwierig zu handhaben sind.
Welche Hardware erfordert Ray tracings?
Ray tracings ist keine neue Idee. Computerwissenschaftler experimentierten bereits in den frühen 1980er Jahren mit Ray tracings und erstellten statische Bilder mit realistischer Beleuchtung, Reflexionen und Schatten. Leider dauerte das Rendern Stunden.
Ein Videospiel benötigt Ray tracings in Echtzeit mit 30 Bildern pro Sekunde oder mehr. Das ist nur mit einer Grafikkarte möglich, die Ray tracings beschleunigen kann.
Nvidias RTX-Ray tracing basiert auf Silizium, das als Tensor Core bezeichnet wird. Tensor Cores sind nur in RTX-Grafikkarten zu finden. Nvidias GTX-Karten können ein Spiel mit Ray tracing rendern, da Ray tracing, wie gesagt, kein speziell entwickeltes Silizium erfordert. Allerdings ist die Leistung im Vergleich zu RTX-Karten miserabel. Und einige Spiele, wie Minecraft mit RTX-Ray tracing , erfordern eine RTX-Grafikkarte, da sie Ray tracing auf eine bestimmte Art und Weise ermöglichen Netflix Profile.
AMD-Karten, die Ray tracings beschleunigen, haben keine spezielle Marke und keinen dedizierten Chip. Stattdessen nutzen sie Hardware-Optimierungen und Software-Updates für bessere Ergebnisse. Es ist schwieriger, AMD-Karten zu identifizieren, die Ray tracings beschleunigen, also achten Sie auf die Details.
Sonys PlayStation 5 und Xbox Series X und S verfügen über Grafikhardware von AMD, die Ray tracings beschleunigen kann. Es liegt jedoch an den Entwicklern, ob sie es aktivieren, und viele Spiele tun dies nicht. Ein bemerkenswertes Beispiel ist Cyberpunk 2077 , das beim Start RTX-Ray tracings auf dem PC unterstützte, Ray tracings auf Konsolen der nächsten Generation jedoch nicht. Die Funktion wird für Konsolen der nächsten Generation in einem zukünftigen Patch versprochen.