Als der Chef von Nvidia, Jen-Hsun „Jensen“ Huang, im Rahmen der Gamescom 2018 das neue Raytracing-Feature und damit die neuen RTX Grafikkarten ankündigte, staunte das Publikum nicht schlecht. Auch unser Autor hatte das Glück anwesend zu sein und konnte so live miterleben, wie in Zukunft in Spielen die Lichtstahlen physikalisch korrekt simuliert werden, um ein noch realistischeres Erlebnis zu schaffen. Da auch die neue Konsolengeneration Echtzeit-Raytracing unterstützen wird und viele Spieler nicht so viel mit dem Begriff anfangen können, wollen wir in diesem Artikel kurz und prägnant erläutern, was RTX oder Raytracing überhaupt ist und wie es funktioniert.
Die Nvidia Corporation ist einer der größten Entwickler von Grafikprozessoren und Chipsätzen für Personal Computer und Spielkonsolen. Der Hauptsitz liegt in Santa Clara, Kalifornien. Die NVIDIA Corporation besitzt keine eigenen Fertigungsstätten und arbeitet somit nach dem Fabless-Prinzip. Das Unternehmen wurde im Januar 1993 von Jen-Hsun Huang, Curtis Priem und Chris Malachowsky gegründet. Anfangs war Nvidia noch recht unbekannt und erst die Serie der Riva-PC-Grafikchips, begründete den heutigen Erfolg des Unternehmens. Quelle: Wikipedia
RTX On! Echtzeit-Raytracing in Spielen
Was ist das nun eigentlich genau?
Alles dreht sich ums Licht, denn ohne Licht könnten wir nichts sehen. Jede Farbe, jedes sichtbare Objekt, ist nur für unsere Augen zu erkennen, weil Lichtstrahlen davon reflektiert werden oder es selbst Licht ausstrahlt. Und so ist es eben auch in Spielen, nur das dort bisher bei Licht und Schatten jede Menge getrickst wurde, um uns eine realistische Spielwelt zu schaffen. Raytracing, zu Deutsch „Stahlenverfolgung“ , ist ein nicht ganz so neues Verfahren in der Berechnung von Lichtverteilung und der kontrollierten Berechnung von Lichtstahlen in 3D-Szenen. So wird echtes Licht und dessen Weg beim Durchqueren von Objeken oder Auftreffen auf Objekte simuliert. Dadurch ergeben sich ganz neue Möglichkeiten für Entwickler, Spiele zu beleuchten und noch realistischer erscheinen zu lassen. Um es zu verdeutlichen, hier ein kleines Beispiel: Ein Lichtrahl, von einer Lampe trifft, wie seine vielen Kollegen, auf eine Wand. Der Raytracing-Algorithmus weiß ganz viel über die Wand, etwa ob sie glatt oder rauh ist, welche Farbe sie hat und ob ihr Material viel oder wenig Licht reflektiert. RTX weiß also wie der Lichtstrahl und seine Kollegen sich verhalten sollen, wenn sie bei der Wand ankommen. Ob sie also stark oder weniger stark absorbiert oder reflektiert werden sollen, oder wie sie dann verstreut werden. Zumindest ist das die einfachste Erklärung dafür, doch was damit möglich ist kann man besser zeigen. So gab es auf der Pressekonferenz mit der Vorstellung der neuen RTX-Technologie auch viele Bilder und Demos zu sehen, die wir euch natürlich nicht vorenthalten wollen. Als eines der ersten Spiele, die Echtzeit-Raytracing unterstützen wurde damals auch Battlefield 5 gezeigt. Im ersten Video könnt ihr die Features durch RTX direkt sehen. Doch nicht nur die Beleuchtung wird, dank RTX, also zukünftig in Spielen realistischer sein sondern auch und gerade Reflexionen in Wasser, Fenstern oder anderen spiegelnden Oberflächen.
Bisher gab es zwar in vielen Spielen simulierte Spiegelungen der Umgebung und nahezu realistische Reflexionen, die aber eher durch einen Trick der Programmierer möglich waren. So war es bisher nur maximal möglich Dinge zu spiegeln, die auch im selben Moment im Blick des Spielers sind, sich also im Screen-Space befinden. Diese nennt man Screen-Space- Reflections. Screen-Space-Reflections sind eine Technik zur Wiederverwendung von Bildschirminhalten zur Berechnung von Reflexionen. Es wird häufig verwendet, um subtile Reflexionen auf nassen Bodenflächen oder in Pfützen zu erzeugen. Da diese vollständig im Bildschirmbereich arbeiten, kann man nur das reflektieren, was sich gerade auf dem Bildschirm befindet. Viel öfter findet man in vielen Spielen aber sogenanntes Reflection- oder Environment Mapping, was die effizienteste Methode ist reflektierende Oberflächen zu schaffen. Dabei wird die Umgebung des spiegelnden Objekts, also etwa der Raum in dem sich das Objekt befindet, als Textur gespeichert und auf der Oberfläche des Objekts abgebildet. So kann ein sehr schöner Effekt geschaffen werden, der allerdings mit zunehmender Fläche des Objektes merkwürdig erscheint. Um es also kurz zu fassen – Echtzeit Raytracing ist nun mit modernen Grafikkarten in Spielen möglich und erlaubt den Entwicklern mit Licht und Beleuchtung anders umzugehen als bisher. Nicht nur Reflexionen und Schatten, nein, auch Teilbeleuchtung und die gesamte Ausleuchtung von Spielen kann so zukünftig viel besser und lebensechter dargestellt werden. Die neuen Turing Chips von Nvidia haben den Weg in eine „strahlende“ Zukunft geebnet.
Im folgenden Video werden die Features von Echtzeit-Raytracing am besten demonstriert:
Nur RTX Karten können das?
Nicht nur…
Natürlich sie die neuen RTX Grafikkarten von Nvidia mit den Turing Chipsätzen für die Anwendung von Echtzeit-Raytracing optimiert. Und auch wenn sie erst der Anfang einer neuen Technologie sind, ist es auch möglich diese Technik mit einigen GTX Karten der 10er Generation auszuprobieren. Mit den aktuellen Game Ready-Treibern können auch NVIDIA GeForce GTX-GPUs Echtzeit-Raytracing in Spielen, die DXR-Raytracing unterstützen, darstellen. Dennoch gilt zu beachten: Nur GeForce GTX 1060 GPUs mit 6 GB und stärkere Karten der 10er Reihe, die über ausreichend Leistung und Speicher verfügen, werden unterstützt. Die grundlegenden Raytracing-Funktionen werden durch das Treiber-Update aktiviert. Auch Laptops mit gleichwertigem Pascal
und Turing-GPUs werden DXR-Raytracing unterstützen. Natürlich profitieren die RTX-Karten nicht nur von Raytracing, denn ihre gesamte Chip-Architektur ist auch eine gesteigerte Performance ausgelegt. So leisten die neuen Chips etwa 40% mehr als die Vorgänger der 10er Serie und das ist eine ganze Menge. Es lohnt sich also grundsätzlich schon in eine der neuen Karten zu investieren. Oder man wartet auf die nächste Generation die sicher bald angekündigt wird und laut einigen geleakten Benchmark-Ergebnissen nochmals eine enorme Leistungssteigerung mit sich bringen soll.
Hier wollen wir euch nun noch einige Spiele auflisten, die Echtzeit-Raytracing unterstützen:
- Battlefield V – Schatten und Reflexionen
- Control – Beleuchtung, Schatten und Reflexionen
- Deliver us the Moon – Schatten und Reflexionen
- Metro Exodus – Globale Beleuchtung, Ambient Occlusion, Schatten und Reflexionen
- Quake 2 RTX – Beleuchtung, Schatten und Reflexionen
- Shadow of the Tomb Raider – Beleuchtung und Schatten
- Call of Duty: Modern Warfare – Beleuchtung und Schatten
Kommende Spiele wie Cyberpunkt 2077 oder Doom Eternal werden in noch breiterem Ausmaß an die RTX-Technologie anknüpfen und uns sicher einiges Entzücken ins Gesicht zaubern.
Und wie geht´s nun weiter?
Nvidia und Deep-Learning Super Sampling
Wie bitte? Na Deep Learning Super Sampling – das ist eine höchst interessante Bildverbesserungstechnik die auf künstlicher Intelligenz basiert. Deep Learning ist dabei der wichtigste Begriff, was soviel bedeutet, dass eine künstliche Intelligenz mit ihrer Arbeit lernt und sich so weiter verbessert. Und steckt das jetzt auch in meiner neuen RTX-Grafikkarte? Nur zum Teil, denn ein DLSS Image zu berechnen und daraus zu lernen, dauert auf einem herkömmlichen Rechner sehr lange und wäre für Spiele in Echtzeit kaum zu bearbeiten. Aus diesem Grund hat Nvdia einen speziellen Rechenkern entwickelt, der in Rechenzentren die Vorarbeit für die KI übernimmt und quasi das Lernmaterial zur Verfügung stellt. Diese Idealdaten werden der KI per Treiber übermittelt und sie errechnet damit die idealen Super Sampling Anpassungen in den Spielegrafiken. Damit ist ihr Einsatzgebiet im groben Sinne betrachtet, das Auffüllen von Pixeldaten um die Grafiken zu schärfen, Kanten zu glätten und so deutlich verbesserte Inhalte zu liefern. Als KI-Algorithmus lernt und verbessert DLSS ständig. Spiele wie Control, Deliver us the Moon und Wolfenstein: Youngblood veranschaulichen die sich ständig verbessernde Basis dieser Technologie und was sie den Spielern liefern kann.
Die kontinuierliche Verbesserung von DLSS hat es ermöglicht eine signifikante Steigerung der Bildrate – über alle RTX-GPUs und Auflösungen hinweg, bei gleichzeitiger Bereitstellung ähnlicher Bildqualität in nativer Auflösung. Für die Spieler bedeutet dies, dass sie mit höheren Ausgabeauflösungen und höheren Qualitätseinstellungen mit aktivierter Raytracing-Funktion spielen können. Deliver us The Moon etwa bringt DLSS schon mit Karten wie der RTX 2060 und der RTX 2060 Super einen deratigen Performance-Boost, dass man mit aktiviertem Raytracing und in höchsten Einstellungen in 1080p und 1440p flüssig spielen kann. Und auch hier ist hinzuzufügen, dass dies erst der Beginn einer neuen Technologie ist. Bei Wolfenstein: Youngblood skaliert DLSS bei 4K so gut, dass RTX-GPUs mit einer zweifachen Leistungssteigerung rechnen können, die eine wesentlich reibungslosere 4K-Erfahrung über die gesamte RTX-Produktlinie bietet. Dank DLSS spielen wir Control, auf einer RTX 2070 Super und höheren GPUs, mit 60+FPS in maximalen Einstellungen und aktiviertem RTX in 1440p. So sorgt DLSS also für deutlich verbesserte Performance und sorgt nicht nur für mehr Bilder pro Sekunde sondern auch für eine deutliche Anhebung der möglichen Grafikqualität. Wir sind definitiv gespannt was die nächste Generation der Nvidia Grafikkarten für Leistungszuwächse bereithält.
Im folgenden Video wird euch deutlich gezeigt wie DLSS die Grafiken in Spielen deutlich verbessert:
