Raytracing und Pathtracing sind zwei der aufregendsten und anspruchsvollsten dynamischen Beleuchtungstechniken, die Gamern und Spieleentwicklern im Jahr 2024 zur Verfügung stehen. Sie stellen beide einen gewaltigen Sprung in Sachen Realismus gegenüber traditionelleren „gebackenen“ Beleuchtungstechniken dar und können sogar ältere Spiele weitaus realistischer aussehen lassen realistischer, als es ihre blockigen Texturen und Geometrien rechtfertigen.
Aber wenn sowohl Raytracing als auch Pathtracing in Spielen eine lebensechtere Beleuchtung erzeugen, was ist dann besser? Und was ist überhaupt der Unterschied zwischen ihnen? Hier erfahren Sie, wie Raytracing und Pathtracing verglichen werden und warum Sie in den kommenden Jahren möglicherweise häufiger das eine als das andere in Ihren Lieblingsspielen sehen werden.
Was ist Raytracing?
Raytracing ist eine realistische Methode zur Modellierung der Beleuchtung in einer Szene. Ursprünglich in den späten 1960er-Jahren konzipiert, wurde es aufgrund der hohen Berechnungsintensität erst vor Kurzem auf Echtzeitspiele übertragen.
Raytracing funktioniert, indem es einen Strahl aus der Sicht des Spielers in eine Szene wirft. Jedes Mal, wenn der Strahl mit einem Objekt interagiert, wird die Wirkung dieses Objekts auf den Strahl berechnet, einschließlich seiner Farbe, Transparenz und Ausrichtung. Dieser Strahl wird weiterhin verfolgt, während er um eine Szene herumspringt, bis er eine Lichtquelle schneidet. Diese Berechnung wird für jedes Pixel in einer Szene durchgeführt, was zu einer unglaublich realistisch aussehenden, aber auch unglaublich anspruchsvollen Beleuchtungstechnik führt.
Raytracing wird seit Jahren in Film-CGI eingesetzt, wobei das Rendern einzelner Frames oft Stunden oder sogar Tage dauert. Mit der Verbesserung der Rechenleistung und der Einführung der RTX-Grafikkarten von Nvidia und der RDNA-GPUs von AMD haben Raytracing-Beschleuniger jedoch Echtzeit-Raytracing in Spielen ermöglicht. Obwohl es in den ersten Versionen auf Schatten und Reflexionen beschränkt war, wurde es inzwischen in einigen Spielen auf globale Beleuchtung ausgeweitet.
Was ist Pfadverfolgung?
Die Pfadverfolgung ist eine modernere Methode zur Modellierung dynamischer Echtzeitbeleuchtung in einer Szene. Es wurde Mitte der 1980er Jahre entwickelt und verfolgt einen anderen Ansatz, indem es Hunderte oder sogar Tausende von Strahlen gleichzeitig von einer Lichtquelle aussendet und diese dann verfolgt, während sie zufällig um eine Szene herumspringen. Dies ist oberflächlich betrachtet viel komplizierter, aber das Endergebnis ist ein einfacheres Rendering, da nicht jeder einzelne Strahl vom Pixel bis zur Quelle verfolgt wird, sondern nur eine Stichprobe dieser Strahlen basierend auf dem wahrscheinlichsten Weg, den das Licht nehmen würde.
Dabei handelt es sich um eine Kombination aus Raytracing und Monte-Carlo-Simulation, die es dem Spiel oder der Anwendung ermöglicht, eine überschaubare Anzahl von Pfaden zu verwenden, um zu einer Lichtquelle zu gelangen. Dies ermöglicht Raytracing-ähnliche Lichteffekte mit weniger Aufwand, ermöglicht aber, was genauso wichtig ist, eine viel größere Granularität basierend auf den Fähigkeiten des Systems und den gewählten Einstellungen. Eine größere Stichprobengröße bedeutet mehr Anforderungen an die GPU beim Rendern der Szene, aber auch mehr Details. Kleinere Stichproben machen die Pfadverfolgung einfacher, allerdings auf Kosten der visuellen Qualität.
Die Endergebnisse der Pfadverfolgung sind jedoch nicht perfekt. Sie werden mit Rauschunterdrückungsalgorithmen kombiniert, um das resultierende Bild zu bereinigen, und die Ergebnisse sind beeindruckend.
Es gibt bestimmte Szenen und bestimmte Objekte, wie zum Beispiel reflektierende Und Brechende Objekte – zum Beispiel ein Glas Wasser –, für die der Pfadverfolgungsalgorithmus angepasst werden muss, um übermäßigen Informationsverlust in kleineren Proben zu vermeiden. Es ist möglich, dass der Algorithmus bei diesen Objekten stattdessen einfach ein Brute-Force-Raytracing durchführt, um die Genauigkeit zu gewährleisten.
Das Endergebnis ist jedoch in jedem Fall eine gerenderte Szene, die so realistisch beleuchtet aussieht wie eine Raytracing-Szene, wenn nicht sogar noch realistischer, aber mit der Möglichkeit eines viel geringeren Overheads – insbesondere bei höheren Detaileinstellungen. Path Tracing gilt auch bei gut beleuchteten Szenen als effektiver, da mehr Daten zur Verfügung stehen, während Ray Tracing beim Rendern von Szenen mit vielen Schatten effektiver sein kann, da es den tatsächlichen Weg kennt, den die Lichtstrahlen nehmen würden .
Sieht Path Tracing besser aus als Ray Tracing?
Raytracing ist eine genaue Technik zur Modellierung von Echtzeitbeleuchtung, da es dem natürlichen Weg folgt, wie sich Licht in einer Szene ausbreiten kann. Allerdings ist die schiere Anzahl an Berechnungen, die durchgeführt werden müssen, um Raytracing effektiv zu nutzen, unglaublich. Selbst moderne Hardware mit all ihrer Hardwarebeschleunigung kann bei Spielen mit starkem Raytracing Probleme haben. Aus diesem Grund verwenden viele Spiele, die „Raytracing“ unterstützen, Raytracing tatsächlich nur für einen Teil einer Szene: normalerweise Schatten oder Reflexionen.
Die Pfadverfolgung hingegen kann ebenso starke oder sogar besser aussehende Bilder erzeugen und gleichzeitig weniger Anforderungen an die Rendering-Hardware stellen. Es ist das Modell, das bisher in einigen der beeindruckendsten „Raytrace“-Spiele verwendet wurde Quake II RTX, Portal RTXund das Overdrive-Modus-Update für Cyberpunk 2077. Es wird auch in ältere Spiele integriert, z Halbwertszeit 2mit großer Wirkung.
Die Pfadverfolgung bietet eine schönere, weniger intensive Form der dynamischen Beleuchtung und ist insgesamt wohl die bessere Lösung. Allerdings hat Raytracing immer noch seinen Platz, wenn begrenzte pfadverfolgte Stichprobengrößen zu Problemen mit der visuellen Genauigkeit führen würden. Es gibt auch viele moderne Beispiele für traditionell gerasterte Spiele, bei denen Raytracing- oder Pathtracing-Beleuchtung nur sehr wenig zum Erlebnis beiträgt, während die Bildraten völlig sinken Hogwarts-Vermächtnis.
Es ist wahrscheinlich, dass wir in zukünftigen Spielen eine Kombination von Lichteffekten sehen werden, bis Grafikkarten leistungsstark genug sind, sodass Raytracing oder Pfadverfolgung genauso einfach gerendert werden kann wie Rasterisierung, da jede Technik ihren Platz hat.
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