Seite 6: Grafik-Effekte einfach erklärt - DirectX 11, Raytracing & Co.

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Inhaltsverzeichnis

1

Einleitung
DirectX 11

2

Voxel-Grafik
Physik

3

Globale Beleuchtung
Feuer, Rauch & Wasser

4

Deferred Shading
Ambient Occlusion

5

Spielen in echtem 3D
Kantenglättung und Texturfilter

6

Echtzeit-Raytracing

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Echtzeit-Raytracing

Was es bringt: physikalisch korrekte Darstellung
Wer es kann: theoretisch jede Hardware
Was es kostet: auf aktueller Hardware viel zu viel Leistung

In einem Report der Ausgabe 07/2004 haben wir erstmals über Raytracing berichtet. Damals fertigte uns der Student Daniel Pohl von seiner Diplomarbeit Quake 3 Raytraced diesen Screenshot an. Heute arbeitet er bei Intel an der Software für die kommende Larrabee-Grafikkarte.

Mit Raytracing entstehen in den Hollywood-Studios beeindruckende Spezialeffekte. 2010 will Intel Raytracing mit der Larrabee- Grafikkarte auch in Spielen etablieren. Wenn Sie durch die Hochhausschluchten von New York flanieren, sehen Sie in den Glasfassaden Spiegelungen der umliegenden Gebäude. Laufen Sie als Niko Bellic durch Liberty City, sind die Fenster nicht mehr als mausgraue Texturen. Mit heutiger 3D-Technik lassen sich Spiegelungen nämlich nur höchst unsauber darstellen.

Raytracing (zu Deutsch: Strahlenverfolgung) funktioniert ganz anders als die etablierten Verfahren: Grob zusammengefasst schickt eine Raytracing- Engine von der Position des Betrachters für jeden Bildpunkt einen Strahl in die Szene. Trifft der auf ein festes Objekt, zum Beispiel eine Betonwand, wird ein Shader-Programm aufgerufen und die endgültige Farbe des Bildpunktes berechnet. Falls sich der Strahl aber mit einer spiegelnden Fensterscheibe schneidet, lenkt das Material unseren Strahl im korrekten Winkel ab. Irgendwann trifft er wieder auf ein Objekt – etwa ein gegenüberliegendes Hochhaus – und dann wird dort ein Shader-Programm aufgerufen, das aus den bisher gesammelten Informationen die Farbe des Pixels bestimmt.

Bei lichtdurchlässigen Materialien wie Glas kann Raytracing seine konzeptionellen Vorteile voll auspielen.

Wenn man die gleiche Szene auf konventionelle Art berechnen möchte, setzt man eine Kamera in das Fenster, macht einen Screenshot aus diesem Blickwinkel und speichert ihn als Textur. Die wird dann auf das Fenster geklebt. Dummerweise brauchen Texturen viel Speicher und Spiegelungen haben die Eigenart, sich auch ineinander zu spiegeln. Dazu wird wechselseitig ein Screenshot nach dem anderen geschossen, und der Speicherbedarf schnellt in exorbitante Höhen. Dass Raytracing in Spielen bisher nicht zum Einsatz kam, liegt in erster Linie an den hohen Hardware- Anforderungen.

Bisher ist es unmöglich, Echtzeit-Raytracing in einer so hohen Qualität darzustellen, dass es mit Spielen wie Crysis mithalten kann. Möglicherweise ändert sich das aber bald: Intel arbeitet seit geraumer Zeit an einem eigenen Grafikprozessor. Die bisher Larrabee genannte Hardware soll Echtzeit- Raytracing möglich machen. Noch in diesem Jahr bekommen ausgewählte Entwickler die ersten Karten, und Ende 2010 will Intel mit dem Verkauf beginnen. Wir sind gespannt, ob es gelingt, einerseits Raytracing in Echtzeit zu berechnen und andererseits auch Spiele der letzten Jahre flüssig darzustellen. Ohnehin bezweifeln wir, dass anfangs Spiele erscheinen, die ausschließlich Raytracing benutzen. Die Kombination aus herkömmlicher 3D-Grafik und Raytracing-Effekten halten wir für wahrscheinlicher.