Was ist Raytracing in Spielen?

Raytracing ist eine Funktion, die bei den neuesten Grafikkarten der Nvidia RTX 50-Serie sowie bei AMDs neuen Radeon RX 9070 XT und RX 9070 erwähnt wird. Sie wird in modernen Spielen eingesetzt, um eine unglaubliche Grafik zu erzeugen, und basiert auf spezialisierter Hardware in den heutigen GPUs, weshalb Nvidia, AMD und sogar Intel die Technologie bei jeder neuen Hardware-Veröffentlichung hervorheben.

Raytracing wird auch verwendet, um einigen klassischen Spielen neues Leben einzuhauchen, wie die kürzlich erfolgte Veröffentlichung von Half-Life 2 RTX anschaulich zeigt.

Lassen Sie uns untersuchen, was Raytracing ist, wo es eingesetzt wird, welche Effekte es unterstützt, welche Herausforderungen es mit sich bringt und welche Spiele es nutzen. Also, ohne weitere Umschweife, lassen Sie uns loslegen.

Beim Spielen simuliert Raytracing eine realistische Beleuchtung. Das ist alles. Einige der Effekte, die es erzeugt, können unglaublich beeindruckend sein und erzeugen weitaus glaubwürdigere Welten als die traditionelle Rasterung, aber das ist im Wesentlichen alles, was es tut. Lichteffekte wie realistische Schatten, Reflexionen, Transluzenz und globale Beleuchtung werden durch Raytracing im Vergleich zu früheren Methoden erheblich verbessert.

Wenn Sie eine regennasse Straße mit Pfützen, in denen sich Leuchtreklamen spiegeln, und Schaufenstern, in denen sich das Licht bricht, darstellen möchten, um eine überzeugende Welt zu erschaffen, ist Raytracing der richtige Weg. Aus diesem Grund wird die Technologie so effektiv in Spielen wie Cyberpunk 2077 und, in jüngerer Zeit, im GTA V Enhanced-Update eingesetzt, um nur zwei aus einer wachsenden Liste von Raytracing-Titeln zu nennen.

Da Raytracing genau simuliert, wie Licht mit Objekten in einer Szene interagiert, können sich Spielekünstler darauf konzentrieren, die von ihnen gewünschten Umgebungen zu erstellen, anstatt sich mit den Einschränkungen der Rasterung herumzuschlagen. Aus diesem Grund wird Raytracing oft als die Zukunft des Game-Renderings bezeichnet, und es gibt zahlreiche Beispiele, die darauf hindeuten, dass dies wahr sein könnte.

Wenn ein Entwickler Raytracing implementiert, zielt er auf bestimmte Effekte und visuelle Konzepte ab. Es ist nicht nur etwas, das sie einfach einschalten – es ist ein ganzes Toolkit an Effekten, von relativ einfachen wie Schatten bis hin zu komplexeren Techniken wie der globalen Beleuchtung. Hier ist eine kurze Übersicht über die wichtigsten Raytracing-Effekte:

Die Erstellung von Reflexionen mit traditioneller Rasterung ist ohne Umgehungslösungen äußerst schwierig, wenn nicht gar unmöglich. Im Laufe der Jahre haben Entwickler Techniken wie Screen Space Reflection (SSR) eingesetzt, mit denen sich Wasserreflexionen effizient verarbeiten lassen oder eine Szene dupliziert werden kann, um die Illusion einer Reflexion zu erzeugen. Diese Methoden haben jedoch klare Grenzen – SSR beispielsweise spiegelt nur das wider, was sich gerade auf dem Bildschirm befindet, d. h. Objekte außerhalb des Sichtfelds der Kamera erscheinen nicht in den Reflexionen.

Raytracing-Reflexionen hingegen stellen die Spielumgebung präzise dar und verbessern die Immersion erheblich. Spiegel, Glas, Pfützen und sogar subtile Reflexionen auf polierten Oberflächen profitieren von echtem Raytracing. Reflexionen können jedoch rechenintensiv sein, und hier kommen KI-gestützte Lösungen wie Nvidias DLSS 3.5 Ray Reconstruction ins Spiel.

Spieleentwickler verwenden seit Jahren Shadow Maps, aber diese haben ihre Grenzen – Schatten können künstlich aussehen, leiden unter Auflösungsbeschränkungen und haben Probleme mit dynamischer Beleuchtung. Raytracing-Schatten sind weitaus realistischer, insbesondere in Kombination mit anderen Raytracing-Techniken wie der globalen Beleuchtung.

Spiele haben Beleuchtung traditionell auf sehr einfache Weise gehandhabt. Direkte Beleuchtung sorgte für einen Hauch von Glaubwürdigkeit, aber das Ergebnis konnte immer noch cartoonartig aussehen. Da Spiele immer detaillierter und umfangreicher werden, ist die Nachfrage nach realistischer Beleuchtung so stark gestiegen, dass das subtile Zusammenspiel zwischen Materialien, Oberflächen und Sekundärbeleuchtung unerlässlich ist. Die traditionelle Rasterung hat die Beleuchtung vorgegeben, um eine glaubwürdigere, solide Welt zu schaffen, aber dies ging auf Kosten der Dynamik. Wenn sich etwas bewegte, konnte die Beleuchtung unpassend wirken, weil sie nicht realistisch reagieren konnte.

Raytracing springt erneut zur Rettung ein, indem es die Beleuchtung mit größerer Genauigkeit handhabt und so eine immersivere Umgebung schafft. Es simuliert sowohl direktes als auch indirektes Licht, um eine glaubwürdigere Szene zu erzeugen. Eine, die dynamisch ist und klanglich viel näher an dem ist, was man in der realen Welt sieht. Die Effekte der globalen Beleuchtung mit Raytracing können subtil sein, insbesondere in natürlichen Umgebungen wie einem dichten Dschungel, aber Ihr Gehirn nimmt die richtigen Hinweise auf und es macht einfach mehr Sinn, als es eine vorgefertigte Beleuchtung je könnte.

Raytracing stand vor großen Herausforderungen. Zunächst einmal ist es unglaublich rechenintensiv und erfordert dedizierte Hardware. Eine moderne, leistungsstarke Grafikkarte ist unerlässlich, um die Technologie in vollem Umfang nutzen zu können.

Selbst mit den neuesten Grafikprozessoren ist es nicht möglich, jeden einzelnen Lichtstrahl in einer Szene mit gleichmäßigen Bildraten zu verfolgen. Dies führt zu verrauschten Bildern, die nachbearbeitet werden müssen, um sie zu bereinigen. Aufgrund dieser Einschränkungen rendern die meisten Spiele Raytracing-Szenen mit einer niedrigeren Auflösung und verwenden Upscaling-Techniken wie DLSS oder FSR, um die Bildqualität zu erhalten.

Eine weitere Hürde besteht darin, dass nicht alle Spiele Raytracing unterstützen. Es ist nicht so einfach, eine RTX 50 Series-Karte zu kaufen und plötzlich jedes Spiel transformiert zu sehen. Die gute Nachricht ist, dass Microsofts DirectX 12 eine integrierte Raytracing-Unterstützung bietet, die Entwicklern die Implementierung erleichtert.

Eine letzte Herausforderung besteht darin, dass die traditionelle Rasterung inzwischen äußerst gut darin ist, realistische Beleuchtung zu simulieren. Sie beruht immer noch auf Näherungswerten und cleveren Tricks, und einige Effekte sind ohne Raytracing nicht möglich. Die Entwickler haben die Rasterungstechniken jedoch so weit verfeinert, dass der visuelle Unterschied die Rechenkosten des Raytracings nicht immer rechtfertigt.

Echtzeit-Raytracing gibt es schon seit einigen Jahren und viele Spiele zeigen, was damit möglich ist. Hier sind einige herausragende Titel, die die Technologie hervorheben:

• Alan Wake 2
• Schwarzer Mythos: Wukong
• Steuerung
• Cyberpunk 2077
• Ghostwire: Tokio
• Indiana Jones und der große Kreis
• Marvels Spider-Man
• Metro Exodus
• Minecraft RTX
• Ratchet & Clank: Rift Apart
• Resident Evil Village
• Shadow of the Tomb Raider
• Watch Dogs: Legion

Auf der Website von Nvidia finden Sie eine sortierbare Liste von Raytracing-Spielen. Sie konzentriert sich zwar auf die Technologien von Nvidia, ist aber dennoch eine nützliche Ressource, um Spiele zu finden, die die Möglichkeiten des Raytracings aufzeigen.