Raytracing^(Ray) ist eine fortschrittliche Form der Computergrafik, die simuliert, wie Licht im wirklichen Leben funktioniert. Es kann Computergrafiken erstellen, die wirklich fotorealistisch aussehen.

In der Vergangenheit war Raytracing auf massive Computergrafikprojekte wie Hollywood-CG - Filme beschränkt. Jetzt ist es in PC-Spielen und bald in Spielkonsolen der nächsten Generation zu finden.

Um zu verstehen, warum dies so viele Menschen begeistert, müssen wir Raytrace-Grafiken mit der bisher verwendeten Mainstream-Grafik-Rendering-Methode vergleichen: der Rasterung.

Rasterung vs. Raytracing^{(Rasterization vs Ray Tracing)}

Moderne Echtzeit-Computergrafiken sehen fantastisch aus! Es ist schwer vorstellbar, dass es irgendetwas mit den grundlegenden 3D-Grafiken von vor zwanzig oder dreißig Jahren zu tun hat. Die Wahrheit ist, dass eine Konsole wie die Playstation 1 und die aktuelle Playstation 4 dieselbe grundlegende Methode verwenden, um 3D-Grafiken zu rendern und sie dann auf Ihren 2D-Bildschirm zu bringen.

Dies wird als Rasterung^{(rasterization)} bezeichnet . Ein „Raster“ ist ein Bild, das als Pixelraster angezeigt wird, genau das, was Ihr Bildschirm anzeigt. Rasterung^{(Rasterization)} ist der Prozess der Umwandlung einer 3D-Szene in ein 2D-Bild auf einem Bildschirm. 

Dies muss getan werden, weil die 3D-Szene, nun ja, 3D ist. Es hat Tiefe, sodass sich die virtuellen Objekte aneinander vorbeibewegen und von jedem Standpunkt aus betrachtet werden können. Bei der Rasterung muss der Computer herausfinden, wie diese Szene aussehen würde, wenn Ihr Bildschirm im Grunde ein Fenster in diese 3D-Welt wäre.

Im wirklichen Leben hat eine Szene Textur und Beleuchtung sowie Form, Tiefe und Größe. Da das Simulieren von Licht traditionell mehr Computerleistung erfordert, als jeder Heimcomputer in der Lage ist, haben Programmierer Tricks und Verknüpfungen entwickelt, um mithilfe dieses Rasterungsprozesses etwas zu erstellen, das dem echten Licht, der Farbe und der Textur nahe kommt.

Raytracing^(Ray) ist in gewisser Weise viel einfacher. Anstatt zu versuchen, eine lange Liste von Tricks anzuwenden, um die Illusion von echtem Licht zu erzeugen, simuliert es stattdessen echtes Licht. Wenn der Computer nun herausfinden muss, wie die Szene durch das „Fenster“ Ihres Bildschirms gesehen aussehen würde, führt er einfach die Raytracing-Simulation aus und alles funktioniert.

In der realen Welt werden die Lichtstrahlen, die in Ihr Auge eintreten, von allem anderen reflektiert, was Sie betrachten, bevor sie Ihre Netzhaut erreichen. Raytracing^(Ray) erzielt das gleiche Ergebnis auf effizientere Weise. Dies geschieht, indem es simulierte „Lichtstrahlen“ von der „Kamera“ abschießt und sie um die virtuelle Szene herum springen lässt, wobei Farb- und Helligkeitsinformationen auf dem Weg aufgenommen werden. Ihr Bildschirm stellt das virtuelle Auge dar, sodass Sie eine wirklich realistische virtuelle Welt sehen.

Durch die Verwendung von Raytracing erstellt eine einzige Technik Objekte, Reflexionen, Schatten und andere Elemente einer Szene, die echt aussehen. Dieser Realismus entsteht auf natürliche Weise als Ergebnis der Simulation, es sind keine Tricks oder Abkürzungen erforderlich!

Wo Sie Raytracing erleben können^{(Where To Experience Ray Tracing)}

Wenn Sie Raytracing in Aktion sehen möchten, müssen Sie sich nur einen modernen Film ansehen, der computergenerierte Grafiken verwendet. Wenn Sie sich einen CG-Film wie Toy Story 4 ansehen , ist alles, was Sie sehen, ein Produkt von Raytracing. 

Wenn Sie eine interaktive Raytrace-Welt erkunden möchten, gibt es derzeit nur ein Spiel in der Stadt. Die RTX-Serie von Nvidia-GPUs^{(RTX series of Nvidia GPUs)} , zusammen mit Videospielen und Apps, die diese Technologie unterstützen. Sie können einige Raytracing-Anwendungen mit Nicht-RTX-Hardware ausführen, erhalten jedoch keine gute Leistung. Lesen Sie unbedingt unseren Artikel über die besten Spiele, die RTX-Hardware zeigen^{(best games that show off RTX hardware)} .

Das Problem ist, dass RTX -Hardware immer noch ziemlich teuer ist. Die kommende Generation von Videospielkonsolen verfügt jedoch über eine Form der Raytracing-Unterstützung. Was bedeutet, dass die Mainstream-Gaming-Welt dazu beitragen kann, Raytracing zur nächsten großen Gaming-Technologie zu machen. Wenn Raytracing in Echtzeit jedoch so schwierig ist, wie schaffen es diese neuen GPUs ?

Wie wird Echtzeit-Raytracing erreicht?^{(How Is Real Time Ray Tracing Achieved?)}

Jeder Computer kann eine 3D-Szene mit Raytracing rendern. Leute, die mit 3D-Rendering-Paketen arbeiten, tun dies seit Jahren. Jede moderne CPU kann die eigentlichen Berechnungen durchführen, die erforderlich sind, um den Lichtweg um die Szene herum zu verfolgen.

Moderne CPUs und GPUs können diese Zahlen jedoch nicht schnell genug verarbeiten, um ein Bild in Echtzeit zu erzeugen. Zum Beispiel brauchen die riesigen Computerfarmen, die zur Herstellung von Filmen wie Monsters Inc oder Toy Story verwendet werden, Stunden, um ein einzelnes Bild des Endprodukts zu rendern. 

Im Gegensatz dazu müssen moderne Videospiele jede Sekunde mindestens dreißig Frames an Bildern erzeugen, um als spielbar zu gelten, wobei der Goldstandard derzeit bei etwa 60 Frames pro Sekunde liegt.

Wie schaffen es also GPUs wie die Nvidia RTX -Reihe, das Raytracing-Verfahren bei spielbaren Frameraten einzusetzen? Die Antwort ist, dass sie Raytracing nicht für alles verwenden. Zumindest nicht in modernen Titeln.

Der Trick besteht darin, traditionelle Grafiken mit selektivem Raytracing zu kombinieren. Die RTX -Karten verfügen über dedizierte Raytracing-Hardware, die neben einer traditionelleren GPU sitzt . Auf diese Weise kann Raytracing verwendet werden, um einige der Mängel herkömmlicher Grafikhardware auszugleichen.

Es gibt^(are) Videospiele, die Sie mit einer RTX -Karte spielen können, die vollständig raytracing sind. Bestes Beispiel ist Quake II RTX . Dies ist ein jahrzehntealtes Videospiel, das so einfach ist, dass vollständiges Echtzeit-Raytracing möglich ist. Wenn es darum geht, reines Raytracing auf aktuelle Videospiele anzuwenden, wird es jedoch noch Jahre dauern, bis solche Hardware zum Mainstream wird.

Ist Raytracing die Zukunft?^{(Is Ray Tracing the Future?)}

Die kurze Antwort lautet ja, Raytracing ist die Zukunft. Die längere Antwort lautet: Wenn Hardware, die Echtzeit-Raytracing ermöglicht, billiger wird, werden wir wahrscheinlich sehen, dass sie das traditionelle Rendering Stück für Stück ersetzt. Wenn Raytracing-Grafiken zu einem normalen Bestandteil der neuen Konsolengeneration werden, gibt es kein Zurück mehr.

Entwickler können Raytracing-Funktionen sicher in ihre Titel integrieren, da alle gängigen Plattformen dies unterstützen. Da Raytracing-Grafiken überlegen sind, richten sich die Sterne wirklich auf die Ankunft von Raytracing auf erschwinglicher Hardware aus. Das bedeutet, dass wahrer Fotorealismus endlich da sein könnte. 

Das andere wichtige Anzeichen dafür, dass Raytracing zu einer Mainstream-Rendering-Methode wird, ist die Tatsache, dass es jetzt in die gängigen Tools aufgenommen wird, die Entwickler verwenden, um Videospiele und andere 3D-Anwendungen zu erstellen. Mit anderen Worten, Entwickler müssen keine eigenen Raytracing-Lösungen mehr erfinden.

Beliebte Grafik-Engines wie Unreal Engine 4 oder Frostbite bieten^(Frostbite) jetzt Unterstützung für hardwarebeschleunigtes RTX -Raytracing. ^(RTX)Dies macht es viel wahrscheinlicher, dass Entwickler es als Option für ihre Titel aufnehmen.

Sollten Sie sich jetzt für Raytracing entscheiden?^{(Should You Buy Into Ray Tracing Now?)}

Zum Zeitpunkt des Schreibens befinden wir uns noch bei der ersten Generation von Raytracing-Hardware. Während die Preise gesunken sind, ist die Leistung immer noch ziemlich mittelmäßig. Wenn Sie ein Hardcore-Early Adopter sind, gibt es viel zu mögen an Raytracing auf dem PC.

Wenn Sie als Early Adopter nicht bereit sind, Hunderte oder Tausende von Dollar auszugeben, ist es besser, in die nächste Generation von Mainstream-Konsolen zu investieren, die diese Technologie versprechen, oder auf den Nachfolger der Karten der RTX 20-Serie zu warten.

OTT Explains: What Is Ray Tracing?

Ray tracing is an advanced form of computer graphics that simulates thе way light works in real life. It can create compυter graphics that lоok truly photoreаlistic.

In the past, ray tracing was limited to massive computer graphics projects, such as Hollywood CG films. Now it’s found in PC gaming and soon, next generation gaming consoles.

To understand why this has so many people excited, we need to compare ray-traced graphics to the mainstream graphics rendering method that’s been used until now: rasterization.

Rasterization vs Ray Tracing

Modern real-time computer graphics look amazing! It’s hard to imagine that it has anything to do with the basic 3D graphics from twenty or thirty years ago. The truth is that a console like the Playstation 1 and the current Playstation 4 use the same basic method of rendering 3D graphics and then putting it on your 2D screen.

This is known as rasterization. A “raster” is an image shown as a grid of pixels, which is exactly what your screen displays. Rasterization is the process of converting a 3D scene into a 2D image on a screen. 

This needs to be done, because the 3D scene is, well, 3D. It has depth, so the virtual objects can move past each other and be looked at from any point of view. In the process of rasterization, the computer has to figure out what that scene would look like if your screen was basically a window into that 3D world.

In real life, a scene has texture and lighting, as well as shape, depth and size. Since simulating light has traditionally taken more computer power than any home computer is capable of, programmers have created tricks and shortcuts to create something that looks close to real light, color and texture using this process of rasterization.

Ray tracing is, in one way, much simpler. Instead of trying to use a long list of tricks to create the illusion of real ight, it simulates real light instead. Now when the computer has to figure out what the scene would look like seen through the “window” of your screen, it just runs the ray tracing simulation and it all works out.

In the real world, the rays of light entering your eye have bounced off everything else you are looking at before reaching your retinas. Ray tracing achieves the same result in a more efficient way. It does this by shooting simulated “rays” of light from the “camera” and letting it bounce around the virtual scene, picking up color and brightness information on the way. Your screen represents the virtual eye, so you see a truly realistic virtual world.

By using ray tracing, a single technique creates objects, reflections, shadows and other elements of a scene that look real. That realism happens naturally as a result of the simulation, no tricks or shortcuts needed!

Where To Experience Ray Tracing

If you want to see ray tracing in action, all you have to do is watch any modern movie that uses computer-generated graphics. If you watch a CG film such as Toy Story 4, everything you’re seeing is a product of ray tracing. 

If you want to explore an interactive ray-traced world, there’s currently only one game in town. The RTX series of Nvidia GPUs, along with video games and apps that support this technology. You can run some ray-tracing applications with non-RTX hardware, but you won’t get good performance. Be sure to check out our article on the best games that show off RTX hardware.

The problem is that RTX hardware is still quite expensive. However, the upcoming generation of video game consoles have a form of ray-tracing support. Which means that the mainstream gaming world may help turn ray-tracing into the next major gaming technology. Still, if ray-tracing is so difficult to do in real time, how do these new GPUs manage it?

How Is Real Time Ray Tracing Achieved?

Any computer can render a 3D scene using ray tracing. People who work with 3D rendering packages have been doing it for years. Any modern CPU can perform the actual calculations needed to trace the path of light around the scene.

However, modern CPUs and GPUs can’t crunch those numbers quickly enough to generate an image in real time. For example, the massive computer farms used to make films such as Monsters Inc or Toy Story take hours to render a single frame of the final product. 

Modern video games, by contrast, need to generate at least thirty frames of images every second to be considered playable, with the gold standard currently set around the 60 frames per second mark.

So how can GPUs such as the Nvidia RTX series manage to use the ray-tracing method at playable frame rates? The answer is that they don’t use ray tracing for everything. At least not in modern titles.

The trick is to combine traditional graphics with selective ray-tracing. The RTX cards have dedicated ray-tracing hardware that sits along a more traditional GPU. In this way, ray-tracing can be used to compensate for some of the shortcomings of traditional graphics hardware.

There are video games you can play with an RTX card that are fully ray-traced. The best example is Quake II RTX. This is a decades-old video game that is simple enough that full real-time ray-tracing is possible. When it comes to applying pure ray-tracing to current video games however, it will still be years before such hardware becomes mainstream.

Is Ray Tracing the Future?

The short answer is yes, ray tracing is the future. The longer answer is that as hardware that makes real-time ray tracing possible becomes cheaper, we’ll probably see it replace traditional rendering bit by bit. If ray-traced graphics become a normal part of the new console generation, there will be no going back.

Developers can safely include ray-tracing features in their titles, because all popular platforms will support it. Since ray-traced graphics are superior, the stars really are aligning for the arrival of ray-tracing on affordable hardware. Which means that true photorealism may finally be here. 

The other major sign that ray-tracing will become a mainstream rendering method is how it’s now being included in the common tools that developers use to make video games and other 3D applications. In other words, it’s no longer necessary for developers to invent their own ray-tracing solutions.

Popular graphics engines such as Unreal Engine 4 or Frostbite now include support for RTX hardware-accelerated ray-tracing. Making it much more likely that developers will include it as an option for their titles.

Should You Buy Into Ray Tracing Now?

At the time of writing, we are still at the first-generation of ray-tracing hardware. While prices have come down, performance is still pretty mediocre. If you’re a hardcore, early adopter then there’s plenty to like about ray-tracing on PC.

If you aren’t willing to spend hundreds or thousands of dollars as an early adopter, it’s better to invest in the next generation of mainstream consoles which promise to feature the technology, or wait for the successor to the RTX 20-series cards.

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