Was ist Raytracing?


DatumDienstag, 24. März 2020 KategorieWissen

Seit Nvidia seine Turing-Grafikkarten veröffentlicht hat, ist der Begriff Raytracing in aller Munde – zumindest in unserer IT-Bubble. Wir klären auf, was sich hinter dem Begriff verbirgt und was die neuen Grafikchips wirklich können.

Der Begriff Raytracing (dt.: Strahlenverfolgung) bezeichnet einen Algorithmus um Bilder zu berechnen. Ziel ist es, die dreidimensionale Welt in einem zweidimensionalen Bild darzustellen, indem das physikalische Verhalten von Licht und Lichtstrahlen simuliert wird. Das Spiel aus Reflexionen, Licht und Schatten sorgt bei PC-Spielen oder animierten Filmen für ein besonders realistisches Bild.

Raytracing vs. Rasterisierung

Vor der Entwicklung von Raytracing wurde bereits die sogenannte Rasterisierung (engl.: rasterization) eingesetzt. Diese berechnet jedoch nur Licht und Objekte, die direkt im Bild zu sehen sind (mehr zum Unterschied zwischen Raytracing und Rasterisierung ist auf gamestar.de zu finden). Das Besondere beim Raytracing ist nun, dass auch nicht sichtbare Objekte oder Lichtquellen analysiert und berechnet werden, beispielsweise die Sonne am Himmel, die im Bild nicht zu sehen ist, sich aber in der Pfütze spiegelt. Oder Lichtstrahlen, die von einem Fenster reflektiert werden, dass sich außerhalb des sichtbaren Bereichs befindet. 

Wie funktioniert Raytracing?

Was passiert dabei also genau? Die Lichtstrahlen werden vom Auge des Betrachters in den virtuellen Raum hinein und bis zu einem Objekt verfolgt. Dann wird die Oberfläche dieses Objekts analysiert und je nach Beschaffenheit, wird der Lichtstrahl reflektiert, gebeugt oder absorbiert. So können sich die Lichtstrahlen im gesamten virtuellen Raum ausbreiten und alle Objekte, egal ob gerade sichtbar oder nicht, erfassen. Am Ende ergibt sich für den Betrachter ein sehr realitätsnahes Bild.

Wer mehr über die verschiedenen Raytracing-Methoden erfahren möchte, findet diese in einem Video von Nvidia anschaulich erklärt.

Wo wird Raytracing eingesetzt?

Dieser Render-Ansatz ist nicht neu und kommt bei Kinofilmen oder in der Werbung schon seit längerer Zeit zum Einsatz. Hier spricht man von CGI (Computer Generated Imagery) - eine Technik, die es ebenfalls schafft, künstliche Bilder echt wirken zu lassen.

Die RTX-Grafikkarten von Nvidia ermöglichen Echtzeit-Raytracing und sind somit für PC-Spiele geeignet. Jedoch dauert das Rendern noch recht lange, weswegen auch die Turing-Grafikchips mit kompletten Spielszenen überfordert wären. Nvidia setzt daher auf Hybrid-Rendering und mischt Raytracing mit Rasterisierung.

Welche Hardware brauche ich für Raytracing?

Die bereits erwähnten Nvidia Turing-Grafikkarten, sprich die RTX-2000-Modelle wurden speziell für Raytracing entwickelt (daher auch das “R” in “RTX”). Dank eigener Raytracing-Cores, können Sie dies in Echtzeit berechnen. Mit den passenden neuen Treibern ist Raytracing auch mit den Nvidia GeForce GTX 1000-Grafikkarten möglich. Hier ist jedoch keine gute Performance zu erwarten. Softwareseitig wird Windows 10 mit der DirectX-12-Raytracing-API DXR Version 1809 benötigt.

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