OTT erklärt: Was ist Ray Tracing?


Ray Tracing ist eine fortschrittliche Form der Computergrafik, die die Funktionsweise von Licht im wirklichen Leben simuliert. Es kann Computergrafiken erstellen, die wirklich fotorealistisch aussehen.

In der Vergangenheit war Raytracing auf massive Computergrafikprojekte wie Hollywood CG-Filme beschränkt. Jetzt ist es in PC-Spielen und bald auch in Spielekonsolen der nächsten Generation zu finden.

Um zu verstehen, warum dies so viele Menschen begeistert, müssen wir Raytrace-Grafiken mit der bisher verwendeten gängigen Grafik-Rendering-Methode vergleichen : Rasterisierung.

Rasterisierung gegen Ray Tracing

Moderne Echtzeit-Computergrafiken sehen fantastisch aus! Es ist schwer vorstellbar, dass es irgendetwas mit den grundlegenden 3D-Grafiken von vor zwanzig oder dreißig Jahren zu tun hat. Die Wahrheit ist, dass eine Konsole wie die Playstation 1 und die aktuelle Playstation 4 dieselbe grundlegende Methode zum Rendern von 3D-Grafiken und zum anschließenden Platzieren auf Ihrem 2D-Bildschirm verwenden.

Dies wird als bezeichnet Rasterisierung. Ein „Raster“ ist ein Bild, das als Pixelraster angezeigt wird. Genau das wird auf Ihrem Bildschirm angezeigt. Bei der Rasterisierungwird eine 3D-Szene auf einem Bildschirm in ein 2D-Bild konvertiert.

Dies muss getan werden, da die 3D-Szene nun 3D ist. Es hat Tiefe, so dass sich die virtuellen Objekte aneinander vorbei bewegen und von jedem Standpunkt aus betrachtet werden können. Während der Rasterung muss der Computer herausfinden, wie diese Szene aussehen würde, wenn Ihr Bildschirm im Grunde ein Fenster in diese 3D-Welt wäre.

Im wirklichen Leben hat eine Szene Textur und Beleuchtung sowie Form, Tiefe und Größe. Da das Simulieren von Licht traditionell mehr Computerleistung benötigt als jeder Heimcomputer kann, haben Programmierer Tricks und Verknüpfungen erstellt, um mithilfe dieses Rasterungsprozesses etwas zu erstellen, das echtem Licht, Farbe und Textur nahe kommt.

Ray Die Rückverfolgung ist in gewisser Weise viel einfacher. Anstatt zu versuchen, eine lange Liste von Tricks zu verwenden, um die Illusion eines echten Lichts zu erzeugen, simuliert es stattdessen echtes Licht. Wenn der Computer nun herausfinden muss, wie die Szene durch das „Fenster“ Ihres Bildschirms aussehen würde, führt er einfach die Raytracing-Simulation aus und alles funktioniert.

In der realen Welt ist die Lichtstrahlen, die in Ihr Auge eindringen, sind von allem, was Sie sehen, reflektiert worden, bevor sie Ihre Netzhaut erreicht haben. Raytracing erzielt das gleiche Ergebnis auf effizientere Weise. Dazu werden simulierte „Lichtstrahlen“ von der „Kamera“ aufgenommen und in der virtuellen Szene reflektiert, wobei unterwegs Farb- und Helligkeitsinformationen erfasst werden. Ihr Bildschirm stellt das virtuelle Auge dar, sodass Sie eine wirklich realistische virtuelle Welt sehen.

Mit Raytracing erstellt eine einzelne Technik Objekte, Reflexionen, Schatten und andere Elemente einer Szene, die real aussehen. Dieser Realismus entsteht natürlich als Ergebnis der Simulation, es sind keine Tricks oder Verknüpfungen erforderlich!

Wo Sie Raytracing erleben können

Wenn Sie Raytracing sehen möchten In Aktion müssen Sie lediglich einen modernen Film ansehen, der computergenerierte Grafiken verwendet. Wenn Sie sich einen CG-Film wie Toy Story 4 ansehen, ist alles, was Sie sehen, ein Produkt der Raytracing-Funktion.

Wenn Sie eine interaktive Raytrace-Welt erkunden möchten, gibt es derzeit nur ein Spiel in der Stadt. Die RTX-Serie von Nvidia-GPUs sowie Videospiele und Apps, die diese Technologie unterstützen. Sie können einige Raytracing-Anwendungen mit Nicht-RTX-Hardware ausführen, erhalten jedoch keine gute Leistung. Lesen Sie unbedingt unseren Artikel über beste Spiele, die RTX-Hardware zeigen.

Das Problem ist, dass RTX-Hardware immer noch recht teuer ist. Die kommende Generation von Videospielkonsolen bietet jedoch eine Form der Raytracing-Unterstützung. Dies bedeutet, dass die Mainstream-Spielewelt dazu beitragen kann, Raytracing zur nächsten großen Spieltechnologie zu machen. Wenn Raytracing in Echtzeit so schwierig ist, wie verwalten diese neuen GPUs es?

Wie wird Echtzeit-Raytracing erreicht?

Jeder Computer kann eine 3D-Szene mithilfe von Raytracing rendern. Leute, die mit 3D-Rendering-Paketen arbeiten, machen das schon seit Jahren. Jede moderne CPU kann die tatsächlichen Berechnungen durchführen, die erforderlich sind, um den Lichtweg um die Szene herum zu verfolgen.

Moderne CPUs und GPUs können diese Zahlen jedoch nicht schnell genug verarbeiten, um ein Bild in Echtzeit zu generieren. Zum Beispiel brauchen die riesigen Computerfarmen, in denen Filme wie Monsters Inc oder Toy Story gedreht wurden, Stunden, um einen einzelnen Frame des Endprodukts zu rendern.

Moderne Videospiele müssen dagegen mindestens 30 Bilder pro Sekunde erzeugen, um als spielbar angesehen zu werden. Der Goldstandard liegt derzeit bei 60 Bildern pro Sekunde.

Wie können GPUs wie die Nvidia RTX-Serie die Raytracing-Methode bei spielbaren Bildraten verwenden? Die Antwort ist, dass sie nicht für alles Raytracing verwenden. Zumindest nicht in modernen Titeln.

Der Trick besteht darin, herkömmliche Grafiken mit selektivem Raytracing zu kombinieren. Die RTX-Karten verfügen über dedizierte Raytracing-Hardware, die sich entlang einer traditionelleren GPU befindet. Auf diese Weise kann Raytracing verwendet werden, um einige der Mängel herkömmlicher Grafikhardware auszugleichen.

Es gibt Videospiele, die Sie mit einer RTX-Karte spielen können, die vollständig ist Raytrace. Das beste Beispiel ist Quake II RTX. Dies ist ein jahrzehntealtes Videospiel, das so einfach ist, dass eine vollständige Echtzeit-Raytracing-Funktion möglich ist. Wenn es jedoch darum geht, reines Raytracing auf aktuelle Videospiele anzuwenden, wird es noch Jahre dauern, bis solche Hardware zum Mainstream wird.

Verfolgt Ray die Zukunft?

Die kurze Antwort lautet: Ja, Ray Tracing ist die Zukunft. Die längere Antwort lautet: Wenn Hardware, die Raytracing in Echtzeit ermöglicht, billiger wird, wird sie wahrscheinlich das herkömmliche Rendering Stück für Stück ersetzen. Wenn Raytrace-Grafiken zu einem normalen Bestandteil der neuen Konsolengeneration werden, gibt es kein Zurück mehr.

Entwickler können Raytracing-Funktionen sicher in ihre Titel aufnehmen, da dies von allen gängigen Plattformen unterstützt wird. Da Raytracing-Grafiken überlegen sind, richten sich die Sterne wirklich nach dem Eintreffen von Raytracing auf erschwinglicher Hardware aus. Was bedeutet, dass wahrer Fotorealismus endlich da sein kann.

Das andere wichtige Zeichen dafür, dass Raytracing zu einer gängigen Rendering-Methode wird, ist die Tatsache, dass es jetzt in den gängigen Tools enthalten ist, mit denen Entwickler Videospiele und andere 3D-Anwendungen erstellen. Mit anderen Worten, Entwickler müssen ihre Ray-Tracing-Lösungen nicht mehr selbst erfinden.

Beliebte Grafik-Engines wie Unreal Engine 4 oder Frostbite bieten jetzt Unterstützung für RTX-Hardware-beschleunigtes Raytracing. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass Entwickler es als Option für ihre Titel verwenden.

Sollten Sie jetzt in Ray Tracing einkaufen?

Zum Zeitpunkt von Beim Schreiben befinden wir uns noch in der ersten Generation von Raytracing-Hardware. Während die Preise gesunken sind, ist die Leistung immer noch ziemlich mittelmäßig. Wenn Sie ein Hardcore-Early-Adopter sind, gibt es viel zu mögen, wenn es um Raytracing auf dem PC geht.

Wenn Sie als Early Adopter nicht bereit sind, Hunderte oder Tausende von Dollar auszugeben, ist es besser, in die nächste Generation von Mainstream-Konsolen zu investieren, die die Technologie versprechen, oder auf den Nachfolger des zu warten Karten der RTX 20-Serie.

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1.05.2020