Was ist Raytracing? (Und was es für PC-Gaming bedeutet)
Veröffentlicht: 2022-01-29Hast du bemerkt, dass sich deine Augen beim Spielen in letzter Zeit viel mehr geweitet haben? Wenn ja, könnte das an einer neuen Technik liegen, die sich langsam in der Game-O-Sphäre ausbreitet. Die neuesten, spektakulärsten visuellen Verbesserungen beim PC-Gaming werden Ihnen dank Raytracing präsentiert, etwas, das erst seit Kurzem mit spezieller Hardware in Echtzeit möglich ist.
Obwohl Raytracing in PC-Spielen häufig verwendet wird, verfügen Microsofts Xbox Series X und Sonys PlayStation 5 auch über die erforderliche Hardware und eine wachsende Bibliothek von Spielen, die es unterstützen. Dieser Artikel behandelt, wie sich Raytracing von der traditionellen Rasterung unterscheidet, warum es für die Zukunft des Spielens wichtig ist und natürlich, ob Raytracing den Kauf Ihres nächsten Gaming-PCs (ob Gaming-Desktop oder Gaming-Laptop) oder Konsole beeinflussen sollte.
Die Grundlagen des Raytracing
Raytracing ist eine Technik, die sich gut zum Beleuchten einer computergenerierten Szene eignet. Das Konzept ist nicht neu; Was neu ist , ist, den Rechenmuskel in Reichweite zu haben, um es effizient abzuziehen.
Stellen Sie sich vor, Sie schießen einen Lichtstrahl auf ein Objekt und verfolgen, wie es von der Oberfläche abprallt, fast so, als würden Sie in einen dunklen Raum gehen und eine Taschenlampe darauf richten. Stellen Sie sich dann vor, Sie schießen viele Strahlen und verwenden diejenigen, die zurückkehren (und nicht), um herauszufinden, wie die Szene aussehen soll. Beispielsweise wurden Strahlen, die nicht zurückkehrten, wahrscheinlich von einem Objekt blockiert, wodurch ein Schatten erzeugt wurde. (Über das Konzept so nachzudenken, wie Radar funktioniert, ist nicht weit entfernt.)
Diese grundlegende Erklärung unterstreicht, wie Raytracing mit der realen Beleuchtung übereinstimmt: Das Licht, das Ihr Auge erreicht, sagt Ihrem Gehirn, was Sie sehen. Animationsfilme verwenden seit Jahrzehnten Raytracing; Pixars Toy Story zum Beispiel brachte es 1995 ins Rampenlicht, und seitdem wurden große Fortschritte beim Rendern gemacht.
Etwa so lange wie die Filmindustrie Raytracing verwendet, verlassen sich Videospiele jedoch auf eine andere Technik, die Rasterung, um 3D-Welten zu rendern. Aber bevor wir zu den Gründen dafür kommen, wollen wir Raytracing der Rasterung gegenüberstellen.
Die Grundlagen: Raytracing versus Rasterung
Die Rasterung ist ein objektbasierter Ansatz zum Rendern von Szenen. Jedes Objekt wird zuerst mit Farbe bemalt, dann wird eine Logik angewendet, um nur die Pixel anzuzeigen, die dem Auge am nächsten sind. Im Gegensatz dazu färbt Raytracing die Pixel zuerst ein und identifiziert sie dann später mit Objekten. Einfach ... das erklärt alles, oder?
Nun, nicht ganz , also stell es dir so vor. Die Rasterung erfordert spezielle Techniken und Anpassungen, um realistische Bilder zu erstellen. Beispielsweise kann die Rendering-Pipeline eines Spiels angepasst und optimiert werden, um einen bestimmten Effekt anzuwenden, bei dem die Pixel auf einem Objekt ein bestimmtes Muster haben. Natürlich variiert diese Art von Logik von Objekt zu Objekt und von Szene zu Szene. Dies zu nutzen, erfordert vom Entwickler Aufwand, kann sich jedoch in der Effizienz auszahlen, da der Computer möglicherweise in der Lage ist, eine komplizierte Szene ohne angemessene Rechenleistung zu rendern.
Raytracing wird tendenziell allgemeiner angewendet als Rasterung, da es auf dem Schießen von Lichtstrahlen basiert. Infolgedessen basieren Techniken zum Erzielen visueller Ergebnisse darauf, wie diese Strahlen verwendet werden. Weichere Schatten und Reflexionen erfordern beispielsweise das Aufnehmen von mehr Strahlen, während Bewegungs- und Unschärfeeffekte möglicherweise eine Änderung des Strahltimings oder des Ursprungspunkts der Strahlen erfordern.
Alles in allem können Rasterisierung und Raytracing verwendet werden, um das gleiche Ergebnis zu erzielen (oder zumindest nahe daran). Lassen Sie uns nun untersuchen, warum das eine gegenüber dem anderen verwendet wird.
Mainstream-Gaming, treffen Sie auf Ray Tracing
Vor Jahrzehnten hat sich die Rasterung ihren Platz in Videospielen verdient, weil die dafür erforderliche Hardware im Gegensatz zu der für Raytracing erforderlichen Hardware für Mainstream-Käufer erschwinglich genug war. Dies trifft immer noch weitgehend zu; Gaming-Grafikkarten sind für die Rasterung optimiert, und das wird noch viele Jahre so bleiben.
Die Reise von Raytracing in Mainstream-Spiele begann 2018 mit der Einführung von Nvidias GeForce-RTX-Desktopkartenreihe in Form der GeForce RTX 2080. Nvidia stellte 2020 seine Karten der zweiten Generation der GeForce-RTX-3000-Serie vor (angeführt von der GeForce RTX 3080). , und der Rivale AMD folgte schnell mit seiner Radeon RX 6000-Serie. (Siehe unseren Test des Flaggschiffs Radeon RX 6800 XT.)
Kurz gesagt, es dauerte so lange, bis Raytracing in die Spieleszene eindrang, weil die Rechenressourcen, um es durchzuziehen, zu Preisen unerreichbar waren, die eine Übernahme durch den Mainstream ermöglichen würden. Zugegeben, der Einstiegspreis ist immer noch relativ hoch – weder AMD noch Nvidia bieten bisher eine Low-End-Desktop-Grafikkarte mit Hardware-Raytracing an. Im Moment ist die GeForce RTX 2060, die 2019 zu einem nicht sehr günstigen Budget von 349 US-Dollar auf den Markt kam und sich heutzutage weit über dem der meisten Quellen verkauft, die GeForce RTX 2060, die Raytracing in Hardware ausführen kann die hohe Nachfrage nach (und das geringe Angebot an) Grafikkarten.
Top-Raytracing-Grafikkarten, die wir getestet haben ...
Irgendwann werden sich die Preise jedoch stabilisieren. Und die Szenerie ist bereit für eine weitere Mainstream-Akzeptanz, zumal die neuesten Spielkonsolen der Party beigetreten sind.
Visuelle Verbesserungen mit Raytracing
Es ist wichtig zu erkennen, dass Raytracing nur seinen Fuß in die Tür von Gaming-Grafiken gesetzt hat. Das liegt daran, dass das Rendern eines ganzen Spiels in Echtzeit-Raytracing immer noch weit über den Möglichkeiten heutiger Hardware liegt. Spiele, die Raytracing unterstützen, verwenden es nur für bestimmte Effekte, hauptsächlich für Schatten und Beleuchtung, während alles andere noch gerastert ist.
Zunächst eine kurze Einführung in die Terminologie. Nvidias RTX-Markenkarten – zum Beispiel die GeForce RTX 2060 oder RTX 3080 – verwenden eine proprietäre Grafik-Rendering-Implementierung, die Nvidia allgemein als „RTX“ bezeichnet. Diese Implementierung kann DirectX 12 und insbesondere seine DirectX Raytracing API (DXR) verwenden, um Lichtpfade in der Spiel-Engine zu rendern.
DXR hingegen ist eine Raytracing-API, die unabhängig von Nvidias Hardware oder in Verbindung mit ihr betrieben werden kann. Beispielsweise zeigten die Entwickler des Spiels Crysis vor einigen Jahren eine Demo ihrer eigenen Crytek-Engine, die Raytracing-Reflexionen auf einer Karte der AMD Radeon RX 5000-Serie (eine GPU ohne integrierte RT-Kerne) ausführte, obwohl die Leistung erwartungsgemäß langsam war . Wenn Sie die gleiche Demo auf einer Karte der AMD Radeon RX 6000-Serie mit integrierten RT-Kernen ausführen würden, würde sie die DXR-Szene erheblich schneller verarbeiten.
RT-Kerne (die darauf spezialisiert sind, die Mathematik von Lichtstrahlen zu knacken) helfen jeder Grafikkarte der Marke AMD oder Nvidia, DXR schneller auszuführen, aber DXR benötigt keine RT-Kerne, um zu laufen.
Mal sehen, wie Raytracing ein Spiel optisch verbessern kann. Ich habe die folgenden Screenshot-Paare in Square Enix’ Shadow of the Tomb Raider für PC aufgenommen, das Raytracing-Schatten auf Nvidia GeForce RTX-Grafikkarten unterstützt. Schauen Sie sich insbesondere die Schatten auf dem Boden an.
Hier ist eine weitere Paarung von Szenen aus Shadow of the Tomb Raider ...
Und schauen wir uns ein letztes Set an ...
Die Raytrace-Schatten sind im Vergleich zu den härteren gerasterten Versionen weicher und realistischer. Ihre Dunkelheit variiert je nachdem, wie viel Licht ein Objekt blockiert, und sogar innerhalb des Schattens selbst, während die Rasterung jedem Objekt eine harte Kante zu verleihen scheint. Die gerasterten Schatten sehen immer noch nicht schlecht aus, aber nachdem Sie das Spiel mit Raytracing-Schatten gespielt haben, ist es schwierig, zurück zu gehen.
Derzeit polarisiert die Raytracing-Unterstützung in Spielen etwas, da das Feature für AMD- und Nvidia-Karten separat implementiert werden muss. Mehr Spiele unterstützen Nvidia-Karten, hauptsächlich weil Nvidia bis 2020 das einzige war, das Raytracing-fähige Grafikkarten herstellte, aber immer mehr Spiele beginnen, beide Varianten zu unterstützen. Beispiele für Letzteres sind Cyberpunk 2077, Dirt 5, Godfall und World of Warcraft: Shadowlands.
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Raytracing: Die Auswirkungen auf die Leistung
Wenn es um PC-Grafik geht, hat alles seinen Preis, und die visuellen Goodies von Raytracing sind da keine Ausnahme. Die Aktivierung führt im Allgemeinen zu einer Leistungseinbuße, die sich von Spiel zu Spiel unterschiedlich auswirkt.
Nehmen wir zum Beispiel den eingebauten Benchmark im Spiel Shadow of the Tomb Raider. Ich habe es auf einem Gaming-fähigen Desktop mit einem AMD Ryzen 9 5900X-Prozessor, einer GeForce RTX 3080-Grafikkarte und 32 GB Speicher ausgeführt. Die unten angegebenen Zahlen, die bei zwei Auflösungen getestet wurden, sind die durchschnittlichen Bilder pro Sekunde (fps). Für ein flüssiges Gameplay sind mindestens 60 fps erforderlich.
Die zweistelligen Leistungseinbußen durch Raytracing sind erheblich, und beachten Sie, dass dies bei aktivierter leistungssteigernder DLSS-Funktion der Fall ist. DLSS ist eine Nvidia-spezifische Funktion, die in bestimmten Spielen unterstützt wird und dazu beitragen kann, die Auswirkungen der Rechenlast von Raytracing auf die Bildraten zu verringern. (Weitere Informationen zu DLSS finden Sie in unserem Feature Testen von Nvidias DLSS 2.0: Höhere Bildraten kostenlos?) DLSS ist vielversprechend, aber das Spiel muss es unterstützen. Während es heutzutage an Dynamik gewinnt, ist die Unterstützung dafür bei weitem nicht universell.
Denken Sie daran, dass dieser Kompromiss bei der Leistung nur durch das Anwenden von Schatten- und Lichteffekten entsteht, sodass die heutige Technologie in der Tat weit davon entfernt ist, Raytracing zum Rendern eines ganzen Spiels zu verwenden. Allerdings sind die Leistungseinbußen in diesem Fall ein Worst-Case-Szenario, da dieses Spiel Raytrace-Schatteneinstellungen mit weniger negativen Auswirkungen auf die Leistung hat.
Die Spieloptimierung verdient eine Erwähnung. Entwickler werden zweifellos lernen, Raytracing ähnlich wie bei der Rasterung besser zu optimieren, sodass es möglich sein sollte, mehr Raytracing-Effekte aus aktueller Hardware herauszuholen. (Schauen Sie sich noch einmal an, wie weit die Rasterung gekommen ist.)
Wichtige Raytracing-Spiele, die wir überprüft haben
DLSS ist ein Ansatz, der ebenfalls hilfreich sein wird, und wir erwarten, dass DLSS im Laufe der Zeit verfeinert und erweitert wird. AMD arbeitet auch an einer eigenen leistungssparenden Alternative im DLSS-Stil, die als „Super Resolution“ bezeichnet wird. Super Resolution wird in Zusammenarbeit mit dem DirectML-Team von Microsoft entwickelt („ML“ steht für „Machine-Learning“). AMD sagt jedoch, dass die Technologie noch ein Ausweg ist, und wir werden wahrscheinlich frühestens 2022 Spiele damit sehen.
Eine Raytracing-Zukunft: Langsam an Fahrt gewinnen
Trotz der begrenzten Anwendungen von Raytracing in heutigen Spielen ist es hier, um zu bleiben. Das Schreiben ist an der Wand, seit AMD Nvidia gefolgt ist, indem es Radeon-Grafikkarten mit Hardware-Raytracing-Unterstützung eingeführt hat. Hardware-Raytracing-Unterstützung in der Xbox Series X und der PlayStation 5 treibt diesen Punkt weiter nach Hause.
In diesem Sinne wurde die Entscheidung für Raytracing für Konsolenspieler getroffen. Es wurde auch für PC-Gamer entwickelt, die moderne Mid- bis High-End-Grafikkarten kaufen, da alle neuesten Modelle Hardware-Raytracing unterstützen, aber es bleibt die Frage, ob Gamer mit älteren oder Low-End-Grafikkarten aufrüsten sollten oder die auf dem Markt sollte pony auf.
Kurz gesagt, es ist nicht zwingend erforderlich, in eine Grafikkarte zu investieren, die Hardware-Raytracing unterstützt, es sei denn, Sie stellen fest, dass die visuellen Unterschiede das Geld wert sind. Raytracing bietet derzeit kaum einen anderen Vorteil für das Spielen, daher läuft es auf einfachen Genuss hinaus.
Die derzeit begrenzte Verfügbarkeit und die hohen Preise von Grafikkarten machen Raytracing zu einer noch größeren Investition, als es sein sollte. Wenn Sie also nicht das Glück hatten, eine GeForce RTX- oder eine Radeon RX 6800-Karte zu landen, kann es sinnvoll sein, Raytracing eingeschaltet zu lassen die Wunschliste und verwenden Sie das Geld für Spiele. Diese Strategie könnte langfristig noch besser funktionieren, da Sie jedes Spiel, das Sie gekauft haben, mit zusätzlicher Raytracing-Unterstützung erneut erleben können, während Sie gewartet haben.