Was ist Raytracing und ist es wirklich die Zukunft des Gamings?

(Bildnachweis: Nvidia)

Wenn Sie in den letzten Jahren in und um die Gaming-Branche herum waren, haben Sie von Raytracing gehört. Es wurde viel darüber gesprochen, wie Raytracing die Zukunft des Spielens darstellt, und zukünftige Hardware wird sicherlich dedizierte Ressourcen enthalten müssen, um damit umzugehen. Aber was ist Raytracing und ist die massive Hype-Blase, die sich langsam um sie herum ausdehnt, gerechtfertigt?

Ein Indiz dafür ist die Ankündigung von Mark Cerny in a Kabelgebundene Funktion dass Sonys nächste Konsole Raytracing über ihre benutzerdefinierte AMD Navi-GPU unterstützen wird. Er hat sogar einen interessanten Kniff eingeführt – die Konsole wird Raytracing nicht nur für visuelle Effekte nutzen können, sondern auch um Positionsaudio zu simulieren.

Eine Welt aus Licht und Schatten

Wie jede neue verbraucherorientierte Technologie wird Raytracing teilweise von all den Marketing-Schlagwörtern verschleiert, die von Leuten mit einem begründeten Interesse am Verkauf stammen. Die Wahrheit ist, dass Raytracing eigentlich gar nicht neu ist, sondern eine Technik, die Filmstudios seit Jahren in Spezialeffekten und Animationen verwenden, um Szenen zu beleuchten und die richtige Reflexion digitaler Objekte zu ermöglichen. Erinnerst du dich daran, diese explodierenden außerirdischen Kriegsschiffe gesehen zu haben, die in Rauch und Feuer gehüllt waren und sich in Iron Mans Helm in The Avengers widerspiegelten? Das ist Raytracing bei der Arbeit. Neu ist das Versprechen, diese Art von Rendering in Echtzeit durchzuführen. Es ermöglicht Videospielen, im Handumdrehen das zu erreichen, wofür Hollywood-Renderfarmen Tage oder sogar Wochen brauchen, indem es sich auf enorm teure Hardware stützt, um Raytracing für komplexe Szenen mit Millionen einzelner Photonenstrahlen zu berechnen.

Raytracing funktioniert durch die Simulation von Lichtstrahlen und der Art und Weise, wie sie mit Objekten und Oberflächen interagieren. Es modelliert, wie sich die Beleuchtung auf die Farbe oder die Okklusion auf einer Per-Ray-Basis auswirkt. Zuvor wurde die Beleuchtung während der Rasterung gehandhabt, dem Prozess der Übersetzung von 3D-Polygonmodellen in ein aus Pixeln aufgebautes 2D-Bild. Lichteffekte wurden größtenteils „gefälscht“, wobei eine Engine bestimmte, wie Lichtquellen in einer Szene Oberflächen basierend auf der Platzierung theoretisch beeinflussen würden, und die Pixel dieser Oberfläche entsprechend schattieren/einfärben. Es ist recheneffizient, erfordert also nicht die Art von lächerlich leistungsstarker, dedizierter Hardware, die Raytracing traditionell hat, aber es bringt eine Reihe von Einschränkungen mit sich.

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Mit Raytracing können Entwickler simulieren, wie Licht in der realen Welt funktioniert, was bei rasterbasierten Lösungen unmöglich ist. Das bedeutet, dass Szenen natürlicher beleuchtet und realistischer erscheinen, und es bedeutet auch, dass Lichtquellen oder reflektierende Objekte, die sich nicht im Bild befinden, immer noch genau in der sichtbaren Szene reflektiert werden können. Die Explosion einer Granate außerhalb des Bildschirms kann beispielsweise immer noch in der glänzenden Metallhülle eines Abrams-Panzers reflektiert werden, der auf Ihre Figur zurollt, und Schatten, die von anderen Soldaten geworfen werden, die derzeit nicht im Bild sind, können genauer gerendert werden.

Raytracing funktioniert, indem es einem Lichtstrahl von einem Pixel auf dem Bildschirm zurück zur 3D-Szene folgt und verfolgt, wo oder ob er mit Objekten interagiert, bevor er die Lichtquelle erreicht. Wenn es auf ein Objekt trifft oder zwischen mehreren Objekten reflektiert oder sogar durch Glas oder Wasser gebrochen wird, werden diese Daten im Pixel in Bezug auf Licht und Farbe dargestellt.

Es ist auch möglich, Raytracing im Sounddesign zu verwenden, wie Mark Cerny vorschlägt, insbesondere wenn Sie nach einer schnelleren, saubereren Lösung suchen, als herkömmliche Methoden bieten. Wenn Sie Schallwellen als viel kleinere Strahlen behandeln, können Sie sie ähnlich modellieren, wie Raytracing Licht modelliert, sie von der Quelle zum Endbenutzer ziehen und beurteilen, wo sie mit Objekten in der Umgebung interagieren. Die Schwierigkeit besteht darin, dass Schallwellen im Allgemeinen viel größer als Lichtwellen sind und bis zu zehn Meter oder mehr erreichen können, während die Wellenlänge von Licht in Nanometern gemessen wird, sodass ihre Modellierung als Strahlen unweigerlich zu Ungenauigkeiten führen wird. Es ist jedoch sicherlich möglich und wäre rechnerisch effizienter als die meisten alternativen Lösungen.

Die Hardware-Erzählung

Raytracing in Metro Exodus; im rechten Bild aktiviert, ist es am deutlichsten in Reflexionen auf Schnee und Wasser

Es ist wahrscheinlich, dass Sie zum ersten Mal von Raytracing gehört haben (obwohl Sie es jahrelang in Filmen auf der Leinwand gesehen haben), als Nvidia anfing, die Raytracing-Fähigkeiten seiner RTX 20-Kartenserie anzupreisen. Nvidia machte eine Menge Lärm darüber, wie seine RT-Kerne es der nächsten Generation von GPUs ermöglichen würden, zum ersten Mal unglaubliches Echtzeit-Raytracing in Videospiele zu bringen. Größtenteils war es ein Trick, um die extrem hohen Preise der neuen Karten zu rechtfertigen, aber es war nicht alles Marketing-Hype – es stellte eine ziemlich erstaunliche unglaubliche technische Errungenschaft dar, die moderne ermöglichte Gaming-PCs in Echtzeit zu tun, wofür die Hollywood-Studios mehrere Größenordnungen länger brauchten.

Die Rezeption dieser Karten der 20er-Serie war gemischt, und die Verkäufe waren lau, aber vielleicht noch wichtiger ist, dass Nvidias Dominanz der Erzählung „Raytracing in Spielen“ allmählich nachlässt. Es gab eine Reihe von Stolpersteinen, von denen die ersten und wichtigsten sind, wie wenige Spiele derzeit Raytracing unterstützen und dass es selbst bei diesen Titeln keine offensichtlichen, sofort spürbaren Auswirkungen auf Grafik und Präsentation hat. Das ist natürlich keine große Überraschung – die meisten neuen Grafiktechnologien, wie die jüngste HDR-Renaissance, brauchen einige Zeit, um richtig eingeführt und implementiert zu werden, aber es sieht so aus, als ob Nvidia den etwas zu weit voraus war Kurve und hat in der Zwischenzeit begonnen, seine Raytracing-Überlegenheit zu verlieren.

Zuerst gab es die Nachricht, dass RTX-Karten für Raytracing nicht notwendig sind, wie a CryEngine-Demo . Dann kündigte Nvidia selbst an, dass es die GTX-Linie mit Turing-Technologie, aber ohne dedizierte Raytracing-Hardware ausbaute, und schließlich, dass es bringen würde Raytracing-Unterstützung für GTX-Karten durch ein Treiberupdate. Und jetzt kursieren Gerüchte, dass AMD bald mit dem Rollout eigener Karten beginnen wird dedizierte Raytracing-Unterstützung die in Bezug auf die Leistung mit der RTX-Linie mithalten oder diese übertreffen könnten. Da AMD Berichten zufolge sowohl mit Sony als auch mit Microsoft an der nächsten Generation von Konsolen arbeitet (die wahrscheinlich diskrete, benutzerdefinierte Versionen ihrer Navi-Architektur bereitstellen), bedeutet die Nachricht, dass AMD-Chips bald dedizierte Hardware zur Unterstützung von Raytracing packen werden, dass die nächste Generation von Konsolen dies wahrscheinlich auch tun wird auf den RT-Zug aufspringen.

Den Weg nach vorne beleuchten

Raytracing in Remedys Northlight-Engine

All dies sind zumindest kurzfristig keine großartigen Neuigkeiten für Nvidia, aber großartige Neuigkeiten für Raytracing-Enthusiasten. Eine breitere Hardwareunterstützung bedeutet, dass die Arbeit zum Einbau von Raytracing-Technologie in Spiele für Entwickler viel attraktiver aussehen wird, da es ein Publikum geben wird, das die Ergebnisse zu schätzen weiß. Und selbst für Nvidia, da Raytracing allgegenwärtiger wird, werden auch die Verkäufe seiner RTX-Hardware, insbesondere wenn das Unternehmen in der Lage ist, die Preise zu komprimieren, um den Mainstream-Verkauf zu beschleunigen.

Es ist auch eine gute Nachricht für Gamer im Allgemeinen. Raytracing schlägt im praktischen Sinne vielleicht keine großen Wellen, zum großen Teil, weil sich der aktuelle Support ein wenig überstürzt oder angeheftet anfühlt, aber wenn wir sehen, dass Spiele aus dem Sprung mit Raytracing-Unterstützung im Hinterkopf konstruiert wurden, werden die Endprodukte anfangen zu suchen viel beeindruckender. In unzähligen Demos, zuerst von Nvidia und jetzt von CryEngine und Unity (der Spiele-Engine, die kürzlich Raytracing-Tools integriert hat), haben wir das Potenzial von Raytracing gesehen, und richtig implementiert, ist es so atemberaubend, wie das Marketing Sie glauben machen möchte.

Das Fazit ist, dass Raytracing mehr HDR als 3D ist. Es ist keine effekthascherische Eintagsfliege, die es versäumen wird, in weniger als einem Jahr Fuß zu fassen und das Gespräch zu beenden. Es ist wirklich ein wichtiger Teil der Zukunft von Spielen, sicherzustellen, dass die nächste Generation von Spielen der Realität näher kommt als je zuvor, und die Möglichkeit, sie in Echtzeit bereitzustellen, ist wirklich eine atemberaubende Innovation. Es ist unvermeidlich, und die Hauptfrage beim Raytracing ist weniger „ob“ als „wann“.