Seit dem Erscheinen von Nvidias GeForce-RTX-Grafikkarten ist Raytracing in aller Munde. Doch was ist Raytracing überhaupt? Wie genau funktioniert es und welche Spiele werden bereits unterstützt? GIGA verrät euch das und noch mehr. 

 

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Raytracing: Das hat es mit der Grafiktechnologie auf sich

Spätestens seit dem Verkaufsstart von Nvidias RTX-Grafikkarten im Jahr 2018 dürfte Raytracing vielen Spieler ein Begriff sein. Doch was hat es mit der Grafiktechnologie überhaupt auf sich? Raytracing (auf Deutsch: Strahlenverfolgung) beschreibt grundsätzlich einen Algorithmus zur Umgebungsverdeckung, der auf der Aussendung von Strahlen basiert. Dadurch kann vor allem die Sichtbarkeit von Objekten von einem Punkt im dreidimensionalen Raum berechnet werden.

In Videospielen wird Raytracing vor allem dazu benutzt, um möglichst realistische Spiegelungen, Schattenwürfe und Beleuchtungen hervorzubringen. Um das gewährleisten zu können, wird der Weg von Lichtstrahlen in einer Szene simuliert, um die Lichtverteilung berechnen zu können.

Vor allem grafisch anspruchsvolle Spiele wie Shadow of the Tomb Raider setzen aktuell auf Raytracing – und ziehen daraus einen echten Mehrwert, wie dieses Video beweist: 

Shadow of the Tomb Raider: Offizielle Vorstellung von Raytracing

Im Allgemeinen unterscheidet man verschiedene Raytracing-Verfahren durch die Aufwendigkeit der Bildberechnung:

  • Nur Verdeckungsberechnung: Bei diesem Verfahren werden weder Schatten, noch Beleuchtung in die Berechnungen mit einbezogen – es entsteht ein plan wirkendes Bild.
  • Schattensimulation (mit nur einem Schattenstrahl): Es gibt nur direkte Beleuchtung und harte Schatten, Lichtreflexionen werden weiterhin nicht berücksichtigt.
  • Rekursives Raytracing: Es wird weiterhin mit harten Schattengrenzen gearbeitet, dafür wird jetzt auch die Lichtreflexion bei spiegelnden Objektiven berücksichtigt.
  • Diffuses Raytracing: Es gibt erstmals Schatten, die zum Rand an Härte verlieren, angestrahlte Objektive agieren jedoch weiterhin nicht als eigene Lichtquelle.
  • Path Tracing: Hier kommt alles zusammen. Schattenwürfe werden zum Rand hin weich, angestrahlte Objekte agieren als eigene Lichtquelle.

Vor allem das Path Tracing ist gar nicht mal so einfach. Schließlich muss man berücksichtigen, dass dieser Lichtstrahl nicht nur eine gerade Linie nachverfolgt, sondern von unterschiedlichen Objekten innerhalb der Spielwelt gespiegelt oder umgeleitet werden kann.

Zudem wird jedes Objekt, das von einem Lichtstrahl angeleuchtet wird, automatisch auch selbst zur Lichtquelle und erzeugt somit eigene Lichtstrahlen, die fortan ebenfalls berechnet werden müssen. Doch genau das sorgt dafür, dass Rendergrafiken, die via Raytracing berechnet werden, so glaubwürdig aussehen:

Man mag es kaum glauben, aber das Bild ist kein Foto, sondern eine 3D-Grafik, die ebenfalls durch Raytracing erstellt wurde (Von Gilles Tran - Gemeinfrei)

Raytracing: Welche Spiele unterstützen die Technik?

Dank DirectX Raytracing, kurz DXR, haben Softwareentwickler in Microsofts Grafikschnittstelle DirectX 12 die Möglichkeit, hardwarebeschleunigtes Raytracing zu nutzen. Seit dem Sommer 2018 versucht vor allem Nvidia, den Mehrwert von Raytracing zur Schau zu stellen – und das aus gutem Grund. Schließlich bieten sie mit ihren RTX-2000-Grafikkarten spezielle Grafikchips an, die vor allem für die Raytracing-Berechnung in Echtzeit optimiert wurden – unter anderem dank speziell dafür ausgelegter Hardware.

Doch obwohl Nvidias Raytracing-Grafikkarten inzwischen mehr als 1,5 Jahre auf dem Markt sind, sieht die Liste mit Spielen, welche die Technologie bereits nutzen, noch recht übersichtlich aus:

Shadow of the Tomb Raider (PC) bei Amazon anschauen

Dabei wird bei den meisten Raytracing-Spielen nicht die vollständige Bandbreite der Grafiktechnologie genutzt, sondern sie kommt nur teilweise zum Einsatz. Bei Battlefield 5 wird Raytracing etwa nur zur Berechnung von Reflexionen in spiegelnden Oberflächen genutzt, bei Shadow of the Tomb Raider zur realitätsnahen Darstellung von Schatten.

Bei Control hingegen kommen mehrere Funktionen auf einmal zum Einsatz. Sowohl Reflexionen als auch Schatten und indirekte diffuse Beleuchtung werden via Raytracing berechnet.

Raytracing von Nvidia: So geht's – und so setzen die Entwickler das Feature ein

Und wie sieht es in der Zukunft aus? Auch in einigen kommenden Spielen kommt Raytracing zum Einsatz. Hier die entsprechende Liste:

Was ist denn eigentlich so toll an Raytracing?

Raytracing: Mit welchen Grafikkarten kann ich die Technologie nutzen?

Echtes hardwarebeschleunigtes Raytracing in aktuellen Spielen unterstützen im Moment nur Nvidia-Grafikkarten – allen voran die RTX-2000-Grafikkarten. Diese besitzen zusätzliche Raytracing-Kerne, die allein für solche Berechnungen genutzt werden.

Seit einem Treiberupdate im April 2019 können jedoch auch Besitzer von GTX-Grafikkarten mit Pascal- und Turing-Architektur Raytracing nutzen – die Ergebnisse in der erreichten Bildrate bleiben jedoch weit hinter denen der RTX-Karten zurück. Nachfolgend eine Übersicht aller unterstützen Raytracing-Grafikkarten von Nvidia:

Raytracing-Unterstützung: Nvidia-RTX-Grafikkarten im Überblick

Raytracing-Unterstützung: Nvidia-GTX-Grafikkarten mit Turing-Architektur im Überblick

Weiterführend zum Thema: Welche Grafikkarte habe ich? So findet ihr es heraus!

Raytracing-Unterstützung: Nvidia-GTX-Grafikkarten mit Pascal-Architektur im Überblick

Raytracing-Unterstützung: Nvidia-Titan-Grafikkarten im Überblick

Beliebte RTX-Grafikkarten bei Mindfactory anschauen

Zudem sollte aber nicht unerwähnt bleiben, dass auch andere Grafikkarten durchaus in der Lage sind, Raytracing-Berechnungen durchzuführen – wie etwa der Neon-Noir-Benchmark von Crytek unter Beweis stellt. Und auch die Entwickler von World of Tanks arbeiten an einer Implementierung, die es allen Besitzern einer DirectX-11-fähigen Grafikkarte erlauben soll, das Feature zu aktivieren.

Raytracing ganz ohne DXR – der „Neon Noir“-Benchmark zeigt, wie gut das aussehen kann:

Raytracing ohne RTX: Der kostenlose "Neon Noir"-Benchmark zeigt, wie es geht

Raytracing: Was sind die Nachteile der neuen Grafiktechnologie?

Doch Raytracing fordert seinen Tribut. Wer die neue Grafiktechnologie nutzt, sollte sich nicht wundern, wenn die Bildrate in den Keller geht. Die Berechnungen sind dermaßen aufwendig, dass sie die Performance des Spiels negativ beeinflussen. Je nach Art und Umfangsgrad der Raytracing-Implementierung fällt der Verlust an FPS mal stärker und schwächer aus.

Vor allem die Bildrate in Control, welches eine Vielzahl unterschiedlicher Raytracing-Optionen nutzt, leidet unter dem Feature. Hier kann man je nach ausgewählter Qualitätsstufe mit einem Abfall von rund 35-40 Prozent rechnen.

Um genau diesem Phänomen entgegenzuwirken, empfiehlt es sich für viele, gleichzeitig Nvidias DLSS-Option zu aktivieren. Auf diese Weise verliert das Bild zwar in den meisten Fällen an Detailgrad und Schärfe, profitiert jedoch unter Umständen von einem satten Boost in Sachen Performance.

Wie hoch der Leistungsgewinn durch die Aktivierung von DLSS ausfallen kann, zeigt sich beim Third-Person-Shooter Anthem: 

Anthem: NVIDIA DLSS sorgt für ordentlichen Performance-Boost

Xbox Series X und PS5: Unterstützen auch die neuen Konsolen Raytracing?

Nicht nur im Bereich der PC-Hardware ist Raytracing inzwischen ein Thema. Auch die neuen Konsolen von Sony und Microsoft, die Xbox Series X und die PS5, werden die neue Grafiktechnologie höchstwahrscheinlich unterstützen.

Das dürfte dazu führen, dass in Zukunft immer mehr Spiele auf Raytracing setzen werden. Und auch die zukünftigen Grafikkarten von AMD werden höchstwahrscheinlich die neue Grafikfunktion unterstützen – von den nächsten Nvidia-GPUs ganz zu schweigen. Raytracing wird also auch in den nächsten Jahren bestimmt weiterhin eine wichtige Rolle spielen.