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20/03/2019

Raytracing – Eine Technologie, die Filme und Games ein weiteres Mal verbindet!

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Wer sich in den letzten Monaten über die neusten technischen Errungenschaften in der Videospielbranche informiert hat, dem wird der Begriff „Raytracing“ oder besser gesagt „Echtzeit-Raytracing“ nicht entgangen sein. Viele sprechen vom „Next Big Thing“ der Spielewelt und von einer kleinen grafischen Revolution! Kritische Stimmen wiederum sagen, dass die Zeit noch nicht reif und alles viel zu unfertig sei für den Massenmarkt. Die Wahrheit liegt wahrscheinlich irgendwo dazwischen.

 

So oder so hat Nvidia mit seiner neuen RTX-Grafikkartengeneration zur Gamescom letzten Jahres den Schritt gewagt und Raytracing in die Games gebracht. Egal, ob man das als wirklich gewagt, verfrüht oder bahnbrechend bezeichnet: Ein weiterer Schritt hin zum Fotorealismus ist damit eingeleitet worden und das ist auch gut so! Aber was steckt eigentlich hinter der kleinen Revolution und was hat das Ganze mit der Filmindustrie zu tun?

 

Was ist Raytracing? Die Kurzversion!
Raytracing ist setzt sich aus den Worten „ray“, also Strahl, und „to trace“, also verfolgen, zusammen. Im Prinzip werden also Strahlen verfolgt, um ein möglichst (foto-)realistisches Bild zu erschaffen. Dargestellte Strahlen, seien es zum Beispiel Licht oder Spiegelungen, haben sich bisher immer nur auf den Ausschnitt beschränkt, den man als Spieler gesehen hat. Alle Strahlen, die von außerhalb in das Sichtfeld eindringen, wurden nicht dargestellt oder anhand von gewissen alternativen Kniffen künstlich erzeugt, jedoch nie in dem Maße, wie es realistisch berechnete Strahlen tun würden. Auch Objekte, welche im Sichtfeld liegen, aber hinter anderen Objekten nicht sichtbar sind, wurden mit den klassischen Rastarisierungs-Methoden nicht berücksichtigt.

 

Neu ist nun, dass auch Informationen außerhalb des Sichtfeldes berücksichtigt werden und automatisch und realistisch berechnet in das Sichtfeld einfließen, ganz ohne manuelle Tricks. Insgesamt wird so etwas nachgeahmt, was man in der realen Welt täglich erlebt.

 

Raytracing – In Filmen ein alter Hut!
Filmexperten dürften sich wundern, warum Raytracing plötzlich so hohe Wellen schlägt, obwohl sich die Filmemacher und Special Effects-Teams doch bereits seit Jahrzehnten dieser Technologie bedienen.

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Eines der ersten und bekanntesten Beispiele für Raytracing im Film: THE ABYSS (1989). | (c) 20th Century Fox

Eines der ersten und bekanntesten Beispiele hierfür ist das Unterwasserwesen aus James Camerons Film THE ABYSS aus dem Jahr 1989. Hier spiegelt sich die Umgebung in einem aus Wasser bestehenden Wesen eindrucksvoll auf dessen Körper. Nicht zuletzt für diese Szene gab es auch direkt einen Oscar für die besten visuellen Effekte. Hinter dem Kniff stand die bekannte Special Effects-Schmiede Industrial Light & Magic, die uns auch aktuell noch mit Raytracing beglücken, wie bei so ziemlich jedem AVENGERS-Streifen. Weitere bekannte Beispiele sind TOY STORY (1995), CARS (2006) oder die Netflix Serie LOST IN SPACE (2018).

 

Aber das ist eigentlich nur die Spitze des Eisberges, denn die Technik wird überall dort genutzt, wo fotorealistische Darstellungen erwünscht sind und Zeit für die Berechnung vorhanden ist. Und genau bei dem letzteren Aspekt liegt auch der Knackpunkt, weshalb Raytracing „erst“ jetzt in den Spielen angekommen ist.

 

Wie funktioniert Raytracing bei Games?
Anders als im Film, verläuft ein Spiel dynamisch und ist nicht bereits in einer bestimmten Perspektive fixiert und gefilmt. Wo bei Filmen ein paar Rechnerfarmen wochenlang arbeiten und rendern können, muss es beim Medium Spiel in Echtzeit verlaufen, denn die Szene ist nicht planbar. Entsprechend wird wesentlich mehr Rechenaufwand benötigt, um die gewollten Effekte darzustellen ohne das Spielgeschehen zu stoppen. Um dies zu ermöglichen, beschränken sich die Games auf ausgewählte Strahlen und Effekte. Im Film ist zwar auch keine perfekte Darstellung jeglicher Strahlen, Spiegelungen, Brechungen und Lichter möglich, aber doch mehr aufgrund der Vorlaufzeit.

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Perfektionierte Oberflächenreflexionen dank Raytracing in BATTLEFIELD V. | (c) www.nvidia.com

Die beiden populärsten und eindrucksvollsten Games, welche Raytracing auf unterschiedliche Weise nutzen, sind BATTLEFIELD V (Test in #73) und METRO EXODUS (Test in #74).
 

Bei BATTLEFIELD V geht es um Spiegelungen auf den Oberflächen von bestimmten Objekten. So spiegeln beispielsweise verchromte Autos oder Pfützen die Umgebung, die sich außerhalb des eigentlichen Sichtfeldes befindet. Wenn also hinter dem Spieler ein Panzer rollt, kann man diesen ohne Raytracing maximal durch den Sound wahrnehmen. Mit aktivierter Raytracing-Option in den Einstellungen, sieht man den Panzer auch auf der Oberfläche eines spiegelnden Objektes, das sich wiederum im eigentlichen Sichtfeld befindet. Allein diese Spiegelungen auf Oberflächen fressen viel Leistung und lassen die Framerate entsprechend sinken. Aber nach einigen Patches seitens der Entwickler sind auch hier schon große Besserungen eingetreten. Man mag sich fragen, was möglich ist, wenn ein Spiel von Beginn an auf die Technik ausgelegt ist.

 

Der neuste Streich aus dem Hause 4A Games METRO EXODUS nutzt Echtzeit-Raytracing in anderer Weise. Hier geht es nicht um Spiegelungen auf Objekten, sondern um Belichtungseffekte in Außenarealen. „Ray Traced Global Illumination“ nennt sich dieser technische Griff und führt dazu, dass Objekte bzw. allgemein die Umgebung ohne direkte Bestrahlung von Lichtquellen dennoch realistisch angestrahlt werden, egal wie beschränkt das eigene Sichtfenster über die Waffe gerade ist. Zuvor musste das Ambient-Lichtgefühl über weitere kleinere Lichtquellen erzeugt werden, welche eigentlich nicht vorhanden waren, aber den Raum ausleuchten sollten.

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Belichtung in METRO EXODUS dank „ Ray traced Global Illumination“ | (c) www.nvidia.com

Was benötige ich für Raytracing?
All diese Dinge klingen gut und schön, aber natürlich fragt man sich nun, was man als Endverbraucher benötigt, um Raytracing zu nutzen. Zuerst braucht es hierfür aktuell noch eine RTX-Grafikkarte aus dem Hause Nvidia. Mit einem zukünftigen Treiberupdate sollen jedoch auch einige ältere Modelle der GTX-Serie unterstützt werden. Die RTX-Serie baut sich in folgender Leistungs-Reihenfolge auf: 2060, 2070, 2080 und das Flaggschiff 2080 ti.

 

Theoretisch beschränkt sich Raytracing allerdings nicht auf Nvidia, denn der offene Standard darf von jedem Hersteller genutzt werden. So existiert seit einigen Tagen auch eine Tech-Demo von Crytek (CRYSIS), welche auf einer AMD-Grafikkarte läuft. Es sei an dieser Stelle aber noch erwähnt, dass Nvidia ein weiteres Feature implementiert hat, welches zur Zeit noch einen exklusiven Vorteil darstellt, DLSS. Das intelligente Kantenglättungssystem ermöglicht über das Nutzen einer künstlichen Intelligenz eine höhere Geschwindigkeit, was wiederum dem Leistungsfresser Raytracing zu Gute kommen kann. Klingt also nach einer sinnvollen Ergänzung! So richtig die Muskeln spielen lassen konnte DLSS aber bisher nicht, was vor allem an der Software liegen mag.

 

Und damit wären wir auch beim eigentlichen Problem all dieser Neuerungen: die vorhandene Software. Hier beschränkt sich die Wahl bisher auf wenige Titel, welche Raytracing oder DLSS nutzen. Das wiederum kann man natürlich nicht Nvidia oder gar der Technik selbst anlasten, aber dennoch ist es ein Tatsache, die man mindestens bedenken sollte, bevor man sich auf neue grafische Erlebnisse freut!

 

Man kann nur hoffen, dass AMD hier gleichzieht, damit Entwicklerstudios Raytracing in Zukunft als Standard wahrnehmen und entsprechend programmieren und lernen können.
Ein Lichtblick gibt die aktuell laufende Game Developers Conference 2019. Hier wurde bekanntgegeben, dass Echtzeit-Raytracing demnächst sowohl in der Unreal Engine, also auch in Unity Engine integriert werden wird, was auf viele weitere AAA Titel hoffen lässt.

 

Gerüchten zufolge soll außerdem die neue Konsolengeneration, welche sehr wahrscheinlich AMD Grafikkarten nutzen wird, ebenfalls Echtzeit-Raytracing unterstützen, was die Hoffnung in die Standardisierung um einen weiteren Faktor steigen lässt.

 

Fazit
Raytracing verdeutlicht abermals, wie eng das Medium Film zu dem Medium Computerspiel steht und wie sehr auch Games die Sehnsucht nach Fotorealismus hegen. Es ist unausweichlich, dass auch Spiele irgendwann an einem Punkt angelangen werden, wo kaum noch (visuelle) Unterschiede zum Film oder gar zur Realität erkennbar sind. Das klingt natürlich etwas nach Zukunftsmusik und das ist es zweifelsohne auch, aber bis vor einem Jahr, war auch Echtzeit-Raytracing für den heimischen Rechner absolute Zukunftsmusik oder nur mit Budgets über 10.000€ möglich. Damit ist jetzt Schluss, denn trotz vieler möglicher Kritikpunkte und Lobpreisungen steht fest: Raytracing ist da und man kann nur hoffen, dass die Technik gekommen ist, um zu bleiben. Denn sie ist seit Jahren die erste „echte“ grafische Revolution. RTX ON! (Felix Heß)


Checkt die GeForce RTX-Trailer für BATTLEFIELD V und METRO EXODUS. Daneben haben wir euch die neusten Videos und Demos der Game Developers Conference 2019 dazugepackt.

 

Headerbild (c) www.unrealengine.com

 

 

 

Die neusten Videos und Demos der Game Developers Conference 2019