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 aktuell unterstützt? Das und mehr verrät euch GIGA.
Raytracing: Das kann die Grafiktechnologie
Spätestens seit dem Verkaufsstart von Nvidias RTX-Grafikkarten im Jahr 2018 dürfte Raytracing vielen Gamern 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 soll vor allem die Sichtbarkeit von Objekten innerhalb eines dreidimensionalen Raums berechnet werden.
In Videospielen wird Raytracing in erster Linie dazu benutzt, um realistische Spiegelungen, Schattenwürfe sowie Beleuchtung hervorzubringen. Um das gewährleisten zu können, wird der Weg von Lichtstrahlen in einer Szene simuliert, um anschließend die Lichtverteilung berechnen zu können.
Vor allem grafisch anspruchsvolle Spiele wie Shadow of the Tomb Raider profitieren von Raytracing, wie dieses Video eindrucksvoll beweist:
Im Allgemeinen unterscheidet man verschiedene Raytracing-Verfahren gemessen am Aufwand der jeweiligen 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 aber 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 nun alles zusammen. Schattenwürfe werden zum Rand hin weich und angestrahlte Objekte agieren als eigene Lichtquelle.
Vor allem das Path Tracing ist in der technischen Umsetzung außerordentlich komplex. Schließlich muss berücksichtigt werden, dass Lichtstrahlen nicht nur eine gerade Linie nachverfolgen, sondern von unterschiedlichen Objekten innerhalb der Spielwelt reflektiert oder umgeleitet werden können.
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 mittels Raytracing berechnet werden, so glaubwürdig aussehen.
Übrigens kann sich Raytracing von Spiel zu Spiel stark unterscheiden, da nicht in jedem Fall die vollständige Bandbreite der Grafiktechnologie genutzt wird. Oftmals kommt sie nur teilweise zum Einsatz und dient dann beispielsweise nur der Berechnung von Reflexionen in spiegelnden Oberflächen oder der realitätsnahen Darstellung von Schatten. In manchen Fällen kommen aber auch mehrere Funktionen auf einmal zum Einsatz, was das Endergebnis umso realistischer erscheinen lässt.
Welche Grafikkarten unterstützen Raytracing?
Echtes hardwarebeschleunigtes Raytracing unterstützen im Moment nur Nvidia-Grafikkarten der RTX-Serie. Diese verfügen über dedizierte Raytracing-Kerne, die einzig und allein für derartige Berechnungen zuständig sind.
Seit einem Treiberupdate im April 2019 können übrigens 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:
- RTX 4090
- RTX 4080
- RTX 4070 (Ti)
- RTX 3090 (Ti)
- RTX 3080 (Ti)
- RTX 3070 (Ti)
- RTX 3060 (Ti)
- RTX 3050 (Ti)
- RTX 2080 (Ti/Super)
- RTX 2070 (Super)
- RTX 2060 (Super)
- Nvidia GeForce GTX 1660 (Ti/Super)
- Nvidia GeForce GTX 1080 (Ti)
- Nvidia GeForce GTX 1070 (Ti)
- Nvidia GeForce GTX 1060 (6 GB)
Welche Spiele unterstützen die Grafiktechnologie?
Dank DirectX Raytracing, kurz DXR, haben Softwareentwickler in Microsofts Grafikschnittstelle DirectX 12 die Möglichkeit, hardwarebeschleunigtes Raytracing zu nutzen. Seit 2018 versucht vor allem Nvidia, den Mehrwert von Raytracing zur Schau zu stellen – und das aus gutem Grund. Schließlich bieten sie mit ihren RTX-Grafikkarten spezielle Grafikchips an, die vor allem für die Raytracing-Berechnung in Echtzeit optimiert wurden – unter anderem dank speziell dafür ausgelegter Hardware. Seit dem ersten Erscheinen der Technologie hat sich einiges getan, wodurch auch immer mehr Spiele von der Technologie Gebrauch machen. Einige Beispiele findet ihr der nachfolgenden Übersicht:
Bei Nvidia gibt es außerdem eine komplette Liste mit allen Raytracing-fähigen Spielen und Anwendungen.
Xbox Series X und PS5: Raytracing auch auf Konsolen?
Nicht nur im Bereich der PC-Hardware ist Raytracing inzwischen ein Thema. Auch die neuen Konsolen von Sony und Microsoft in Form der Xbox Series X und PS5 unterstützen die neue Grafiktechnologie. Allerdings kommt es erneut darauf an, ob das jeweilige Spiel von der Technologie Gebrauch macht oder nicht. Im Folgenden findet ihr eine kleine Auswahl an Spielen, die Raytracing auf der Konsole unterstützen:
- Doom Eternal (PS5/Xbox Series X)
- Deathloop (PS5/Xbox Series X)
- Cyberpunk 2077 (PS5/Xbox Series X)
- Control (PS5/Xbox Series X)
- Metro Exodus (PS5/Xbox Series X)
- Marvel's Guardians of the Galaxy (PS5/Xbox Series X)
- Marvel's Spider-Man (PS5)
- Marvel's Spider-Man: Miles Morales (PS5)
- Returnal (PS5)
- Ratchet & Clank: Rift Apart (PS5)
Was sind die Nachteile von Raytracing?
Doch Raytracing fordert auch seinen Tribut. Wer die neue Grafiktechnologie nutzt, sollte sich nicht wundern, wenn die Bildrate plötzlich 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.
Besonders stark zeigt sich der Effekt in Cyberpunk 2077, das auf maximalen Einstellungen und aktiviertem Raytracing-Overdrive im Schnitt nur 20 Bilder pro Sekunde liefert – mit topaktueller Hardware wohlgemerkt. Um genau diesem Phänomen entgegenzuwirken, empfiehlt es sich, 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. Im Fall von Cyberpunk 2077 lassen sich die FPS auf diese Weise sogar mehr als vervierfachen.
Zwar sind Grafikkarten mit jeder Generation immer leistungsfähiger, doch gleichzeitig werden Technologien wie Raytracing immer komplexer, was sie noch rechenintensiver macht. Am Ende des Tages müsst ihr also abwägen, ob euch hübschere Grafik oder mehr FPS wichtig sind.
Intel und AMD: Raytracing abseits von RTX-GPUs
Nvidia mag zwar der erste Hersteller gewesen sein, der Raytracing massentauglich gemacht hat, er ist aber sicherlich nicht der letzte. Da es sich bei Raytracing prinzipiell um einen offenen Standard handelt, können andere Unternehmen genauso Gebrauch davon machen. So sind AMD-Grafikkarten seit der RX-6000-Serie (RDNA 2) ebenfalls zu hardwarebasiertem Raytracing in der Lage. Bei der Nachfolger-Generation mit RDNA-3-Architektur wurden die entsprechenden Raytracing-Beschleuniger weiter optimiert, was eine umso bessere Performance verspricht.
Mittlerweile mischt selbst Intel wieder auf dem Markt für Grafikkarten mit und hat im Jahr 2022 die Intel-Arc-Serie angekündigt. Jedes Modell soll dabei von Haus aus Raytracing unterstützen – das gilt sowohl für Einsteiger- als auch Highend-Modelle. Das erscheint auf den ersten Blick womöglich alles ziemlich verwirrend, doch letztlich profitieren die Spielerinnen und Spieler von einer derart lebhaften Konkurrenz. Es sieht aktuell also ganz danach aus als würde uns Raytracing noch eine Weile begleiten.
