Seite 1: Minecraft RTX im Technik-Check: Pathtracing und PBR-Texturen

minecraftVor zwei Tagen stellte NVIDIA zusammen mit Microsoft die RTX-Version bzw. die dazugehörige Beta vor. In den vergangenen Tagen konnten wir etwas Zeit in der Beta verbringen und haben uns die Technik dahinter angeschaut. Den Fokus legen wir also auf die neuen Effekten, deren Auswirkungen und die Leistung, denn natürlich haben wir auch ein paar Benchmarks angefertigt.

Im Rahmen der Ankündigung zur Beta wurde zudem bestätigt, dass Minecraft DLSS 2.0 verwenden wird. Dies ist auch bitter nötig, denn Minecraft RTX verwendet ein Pathtracing, welches hohe Anforderungen an die Hardware hat. Wie hoch diese genau sind und welche Optionen für bessere FPS bestehen, schauen wir uns später an.

Die Berechnung einzelner Effekte mittels Pathtracing ist eine der neuen Techniken in Minecraft RTX, unterstützt wird dies durch PBR-Texturen (Physically-Based Rendering). Das Pathtracing wird für Effekte wie Reflexionen, Lichtstrahlen, Schatten und per PBR in und auf verschiedenen Materialien angewendet.

Neben den technischen Aspekten lebt Minecraft natürlich von seiner Community und dem kreativen Gedanken hinter den Klötzchenwelten. Dieser Ansatz sollen für unsere Betrachtung heute aber keine Rolle spielen. Viele sehen durch die RTX-Effekte den Charme von Minecraft verletzt, allerdings sind die Effekte eine Option und es kann immer darauf verzichtet werden. Dem Minecraft-Spieler wird also nichts genommen, sondern es wird ihm nur eine weitere Option geboten.

Die Beta zu Minecraft RTX wird in vier Stunden, also ab 19:00 Uhr unserer Zeit verfügbar sein. Die Macher von Minecraft erklären euch, wie ihr der Beta beitreten könnt.

Nun wollen wir die einzelnen Effekte einmal etwas genauer beleuchten und uns anschauen, was Minecraft RTX so anders macht.

Reflexionen

Mit Battlefield V waren die Reflexionen die ersten Raytracing-Effekte, die mittels RTX umgesetzt wurden. Die Berechnung per Raytracing bieten sich für Reflexionen aber auch an, denn viele verbinden mit einem Raytracing vor allem die Spiegelungen. Allerdings wirkten die Reflexionen in Battlefield V für viele etwas zu übertrieben. Eine Glasscheibe kann sicherlich auch in einer zerbombten Stadt noch reflektieren. Für einen Marmorboden in einem zerstörten Haus ist dies sicherlich weniger realistisch.

Für Minecraft ist der Fotorealismus sicherlich kein sinnvoller Ansatz. Aber klar ist, verschiedene Oberflächen sollten ihre Umgebung reflektieren können.

Ein Beispiel sind Wasseroberflächen. Diese sind ohne die RTX-Effekte gar nicht vorhanden und erst mit den Raytracing-Berechnungen spiegelt sich die Umgebung auf der Oberfläche. Nicht nur kleine Details, wie im obigen Beispiel, sind allerdings per Reflexionen erkennbar, sondern auf einer virtuellen Meeresoberfläche kann sich fast die komplette Minecraft-Welt spiegeln – inklusive Sonnenuntergang.

Die Reflexionen können aber auch weit weniger dominant sein. Per PBR-Texturen kann auch der Fußboden seine Umgebung reflektieren – zumindest teilweise. Anhand des einfallenden Lichts und des Feuers ist dies im Vergleich gut zu erkennen.

Wie sich eine Reflexion auf einer kompletten Wasseroberfläche darstellt, zeigt obiger Screenshotvergleich. Das Raytracing dieses Effekts ist aber nur ein Teil dessen, was hier geschieht. Im direkten Vergleich zeigt sich hier auch deutlich der Unterschied in der Berechnung der Beleuchtungssituation.

Schatten und Beleuchtung

Ein weiterer Anwendungsbereich der Effekte die mittels Raytracing berechnet werden, sind Schatten und Beleuchtung. 

Obiger Vergleich zeigt den Unterschied recht deutlich. Während der Bereich unterhalb der Treppe ohne RTX einfach zu hell dargestellt wird, fügt das Raytracing der Szene deutlich mehr Realismus hinzu. Das einfallende Licht erreicht den Bereich unterhalbn der Treppe nicht. Stattdessen wird spiegelt sich ein Teil auf der Wand links.

Fällt das Licht durch blaue Glassteine, wird der Raum in blaues Licht gehüllt. Auch dies ist ein schönes Beispiel für die Anwendung von PBR-Texturen. Die Fackeln in den Ecken leuchten diese ebenfalls im Nahbereich aus.

Höhlen sind ein wichtiges Element in Minecraft. Deren korrekte Ausleuchtung ist ohne die Raytracing-Effekte aber nur schwer möglich. Neben der korrekten Ausleuchtung des Raumes sind mittels Raytracing auch die einfallenden Lichtstrahlen gut zu erkennen. Diese werden allerdings nur dann verwendet, wenn das Umgebungslicht im einfallenden Bereich dazu passt.

Bei entsprechendem Lichteinfall tragen die Berechnungen der Schatten dazu bei, Objekte in ihrer Höhe und Position besser greifbar zu machen. Minecraft ist ein Spiel der dritten Dimension – die Pathtracing-Effekte unterstützen dies in weiten Teilen hervorragend.

PBR-Texturen und ihre Effekte

Korrekte Berechnungen von Lichteinfall, der Beleuchtung, dem Schatten und von Reflexionen sind ein Punkt des Pathtracing-Renderers. Das Zusammenspiel mit den PBR-Texturen ist aber das, was den wirklichen Mehrwert in dieser Version bietet.

Wir haben uns bereits reflektierende Oberflächen angeschaut. Ein PBR-System ist aber weitaus mehr als nur eine Zusatzinformation einer Oberfläche. Minecraft RTX verwendet pro Oberfläche sechs Maps, welche die Eigenschaften der Textur beschreiben. Neben den Standardinformationen für eine Textur (die Textur selbst plus ein Alpha-Level) besitzen PBR-Texturen Informationen wie eine Metallic Map (ob es sich um eine metallische Oberfläche handelt), eine Emissive Map (gibt den Emissionsgrad für das Licht an), eine Roughness Map (wie rau die Oberfläche ist) und Normal/Height Map (eine Textur kann auch Höheninformationen beinhalten).

Eine Holzoberfläche reflektiert das Licht anders, als dies ein Spiegel tut. Eine stumpfe Steinoberfläche unterscheidet sich von einer polierten Marmoroberfläche. All diese Aspekte finden zumindest in Teilen Beachtung im PBR-System von Minecraft RTX.

Wir könnten hier noch hunderte weiterer Beispiele für das Pathtracing anbringen. Obige Bildergalerie enthält alle von uns erstellten Screenshots und bietet zumeist auch einen direkten Vergleich zwischen der Non-RTX- und RTX-Version. Die RTX-Effekte werten Minecraft in weiten Teilen optisch auf, keine Frage. Ob dies jedem gefällt, steht auf einem anderen Blatt.

In einem Video haben wir die auffälligsten Effekte noch einmal festgehalten:

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