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Quake 2 vollständig per Ray Tracing berechnet

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ray-tracingNVIDIA hat mit der RTX-Technik einen erneuten Vorstoß hin zu per Ray Tracing berechneten Grafikeffekten gemacht. Man kann zu den Hardwareanforderungen der Reflexionseffekte in Battlefield V eine eigene Meinung haben, die Optik aber setzt neue Maßstäbe. Alle weiteren Details zu Ray Tracing in Battlefield V im dazugehörigen Test.

Q2VKPT ist eine Umsetzung von Quake 2, welche vollständig auf Ray Tracing basiert. Das Erscheinen der GeForce-RTX-Karten von NVIDIA hat es nun möglich gemacht, ein solches Spiel vollständig und in Echtzeit zu berechnen. Q2VKPT ist ein sogenanntes Proof of Concept, soll die Funktionsweise der verwendeten Techniken darlegen, hat aber keinerlei Ansprüche auf technologische und inhaltliche Vollständigkeit. Dabei wird allerdings kein Ray Tracing im klassischen Sinne verwendet, sondern ein Path Tracing.

Auf den ersten Blick könnte man davon ausgehen, dass ein Ray Tracing immer von der oder den Lichtquellen ausgehend berechnet wird. Dies ist aber nicht der Fall, denn eigentlich handelt es sich beim Ray Tracing in der Computergrafik um ein rückwärtiges Ray Tracing. Daher hört man auch immer wieder den Begriff Backward Ray Tracing. Ein Path Tracing hingegen rechnet nicht von der Betrachtungsebene ausgehend, sondern von der oder den Lichtquellen aus. Während ein Ray Tracing auf bestimmte Oberflächen und Effekte beschränkt werden kann (bei Battlefield V sind es Reflexionen, bei Metro Exodus die Berechnung der Beleuchtung), wird ein Path Tracing immer auf die komplette Umgebung angewendet, weil diese nur über die Lichtquellen überhaupt sichtbar wird. Anstatt sogenannter Pre Backed Lightning Maps, also teilweise vordefinierter Beleuchtungs- und Verschattungsinformationen, wird hier eine vollständige Beleuchtung in Echtzeit berechnet.

Weitere Details dazu in unseren Erläuterung "Wie funktioniert Ray Tracing?"

Q2VKPT verwendet die Vulkan-API. Mit einer GeForce RTX 2080 Ti werden bei einer Auflösung von 2.560 x 1.440 Pixel etwa 60 Bilder pro Sekunde erreicht. Allerdings reicht die Rechenleistung nicht für ein vollständiges Path Tracing aus. Wie beim Ray Tracing gibt es ein Rauschen durch nicht berechnete Strahlen. Über einen temporalen Filter wird das Rauschen weitestgehend entfernt.

Um die Komplexität der Berechnungen noch einmal vor Augen zu führen: In Q2VKPT werden pro Pixel mindestens vier Rays berechnet. Auch hier findet in der Hälfte der Rays eine rückwärtsgewandte Berechnung von einer Oberfläche zu einer oder mehreren Lichtquellen statt. Bei 2.560 x 1.440 Pixel sprechen wir also von mindestens 884.736.000 Rays pro Sekunde. Um die Berechnungen überhaupt ausführen zu können, greift Q2VKPT per Vulkan-API auf die RTX-Schnittstelle der GeForce-RTX-Karten zurück.

Das Repository für Q2VKPT kann bei Github eingesehen und heruntergeladen werden. Es ist auch möglich, direkt eine ausführbare Datei für Windows herunterzuladen. Um diese ausführen zu können, müssen allerdings die Source-Dateien von Quake 2 vorhanden sein. Diese sind nicht als Open-Source verfügbar.

Q2VKPT ist eine Machbarkeitsstudie. In wie weit sich DXR und das Ray Tracing durchsetzen wird, hängt von zwei Faktoren ab:

Erstens: Wie schnell wird es mehr als nur eine Handvoll Spiele geben, die Ray-Tracing-Effekte verwenden? Zweitens: Wie wird sich die Hardware weiterentwickeln? Derzeit sind die Karten mit Hardwarebeschleunigung nur in der Lage, ein Subset der möglichen Effekte zu nutzen und selbst dann wird maximal die Hälfte der Szene per Ray Tracing berechnet. Die Hardware muss also noch deutlich schneller werden, um in modernen Engines ein vollständiges Ray Tracing bzw. Path Tracing möglich zu machen.

Weitere Details zu Q2VKPT gibt es auf der Projektseite.

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Kommentare (36)

#27
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Bootsmann
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Zitat Elmario;26753892
Das sehe ich allerdings auch so. Meiner Meinung nach hat sich sogar seit den letzten DX9-Spielen bis heute nicht mehr wirklich Viel getan. Das ist natürlich vor allem so, weil der Aufwand eine Sache zu verbesseren ja mit zunehmender Qualität exponentiell steigt. Da die Grafik schon seit einiger Zeit ein sehr hohes Niveau hat, ist also immenser Aufwand nötig, um sie noch deutlich sichtbar weiter zu verbessern. Allerdings ist es IMHO auch schon seit einiger Zeit so, dass die Technik doch Unmengen an ungenutztem Potential bietet, sei es was die Optimierung angeht, als auch einfach die künstlerische Begabung, bzw. Motivation der Produzenten. Da ist es eigentlich gar nicht nötig, bzw. evtl. sogar kontraproduktiv, dass laufend neue Technologien eingeführt werden, denn nur wenn eine Plattform lange genug aktuell ist, wird sie auch irgendwann endlich voll ausgereizt, so wie es ja schon immer mit PCs und Konsolen war.


danke für deinen beitrag.
ich sehe, dass wir jja nicht so weit auseinander sind.

was ungenutztes potential betrifft, kann ich nicht beurteilen.

Zitat DerGoldeneMesia;26753958
Weil Fernseher die gleiche Auflösung wie Smartphones hatten eine zeitlang oder noch immer. Das ist der Grund warum Raytracing für mich nicht in Frage kommt, ich habe jetzt schon Probleme 72FPS stabil hinzubekommen, ich würde gerne Dinge in Entfernung besser sehen wollen anstatt immer nur höhere Texturen oder bessere Schattenqualität. Außerdem wer spielt Shooter um dann Wasserreflexionen zu beobachten, gerade Quake Live war ja sehr beliebt eine Zeitlang


ja, bessere entfernungsdarstellung wäre schon klasse.
#28
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Moderator
Beiträge: 34349
Zitat derbeduine;26753836
offen gesagt verfüge ich nicht über die mittel das wasserfest zu verargumentieren.

mein argument ist ein weiches argument, welches man nicht teilen muss: in den letzten jahren hat sich grafisch nicht so viel getan (zb im vergleichg zur rechenleistung der GPU).


Es gibt hier auch Leute im Forum, die wirst du auch mit Wasserfesten Argumenten nicht von ihrer Meinung abbringen. Und schon gleich gar nicht, wenn es darum geht gegen eine Technik zu Sprechen, welche von der einen oder anderen Firma kommt. Von daher, mach dir nix draus...

Deinem Argument ist insofern eigentlich noch hinzuzufügen, dass die Beweisführung um die Raytracingumsetzung klar als die Vorteilhaftere anzusehen schlicht schwer zu erbringen ist.
Ein Spiel, was optisch ins letzte Detail mit Rasterisierung optimiert wurde um annähernd realistisch - wenn nicht sogar realistisch auszusehen macht dies exakt und genau nur in dieser einen optimierten Konstellation.
Der Witz am Raytracing ist, dass es den ganzen Fakekram über den Jordan schmeißen kann/könnte. Und damit das Resultat nicht mehr auf eine einzige Perspektive oder bestehende Szene festgebrannt ist. Und exakt an diesem Punkt wird der Durchbruch früher oder später kommen... Mit der 2000er NV Reihe klappt das freilich so (noch) nicht. Lange nicht. Vllt nichtmal mit 7nm oder dem 7nm Nachfolgeprozess und dessen basierenden GPUs.

Aber realistische Licht/Schattenberechnung gepaart mit echtzeitberechneten echten Spieglungen kann! so extrem viel zur Optik beitragen. Auffallend wird das mMn um so stärker dort, wo man abseits gescripteter Sachen hantiert. Wenn dann eben nicht nur das "Sonnenlicht" hingefakt wird um irgendwo bisschen Licht/Schatteneffekte zu haben, sondern das ganze eben noch auf Dritte Lichtquellen volldynamisch ohne Aufwand anwendbar ist, wird man auch die Vorteile davon sehen... Wir sind aber aktuell eher am Anfang dessen. Und vor allem sind wir gerade bei Spielen durch weitere Limitierungen aktuell stark eingebremst. Die API Limitation ist genau so ein Problem - was durch faule Kompromisse versucht wird zu umschiffen wie bspw. auch der Speichermangel aktueller Grafikhardware. Was bringt mir ne Ultra HighRes Textur, wenn das dargestellte Poligonmodell Auflösungsbedingt nicht genügend Details liefert? Oder wenn um die API nicht zu überlasten angefangen wird, mit Weichzeichnern extrem aggresive LOD Unterschiede zu kaschieren? (Shadow of the Tomb Raider sieht in so manchen Cutszenen schon arg scheiße aus - wo man im Weichzeichner sieht, wie die Details einfach fehlen, die Haare von Lara nur noch aus Pixelbalken mit extremsten Aliasing bestehen usw.)

Zitat Elmario;26753892
Allerdings ist es IMHO auch schon seit einiger Zeit so, dass die Technik doch Unmengen an ungenutztem Potential bietet, sei es was die Optimierung angeht, als auch einfach die künstlerische Begabung, bzw. Motivation der Produzenten. Da ist es eigentlich gar nicht nötig, bzw. evtl. sogar kontraproduktiv, dass laufend neue Technologien eingeführt werden, denn nur wenn eine Plattform lange genug aktuell ist, wird sie auch irgendwann endlich voll ausgereizt, so wie es ja schon immer mit PCs und Konsolen war.


Es ist sehr einfach Behauptungen aufzustellen - aber im Endeffekt schwer bis unmöglich zu belegen.
Welche konkreten Hinweise auf Optimierungspotential kannst du denn vorweisen??

Der Konsolen/PC Vergleich hinkt an der Stelle auch.
PCs haben seit sonst wie vielen Jahren einfach ein API Limit. Auf einem PC entwickelt man für einen gewissermaßen anderen Marktbereich wie bei einer Konsole. Ne Konsole MUSS keine 144-240 FPS liefern. Aktuell liegt der Fokus dort eher bei 30-60 FPS bei ner Auflösung von unter FHD bis nativ UHD.
Zudem wird an allen Ecken und Kanten getrickst. Dynamische Auflösungsreduktion um Leistung zu sparen. Upscaler um Leistung zu sparen. Weichzeichner um Objekte aus dem Fokus ohne Details Rendern zu können usw.
Das ist! keine Optimierung, was die Konsolen da bringen - das ist ein Kompromiss um aus mangelnden Ressourcen ein ansprechendes Bild zu bringen!

Und wenn man ganz ehrlich ist - ein Entwickler der ein Spiel released, was auf den dicksten CPU Modellen gerade um die 30 FPS raus haut und wo du vllt mit OC auf 5GHz+ noch +-10% drauf packen kannst - das Erste! was man in den Kommentaren zu lesen bekommen wird, ist wie absolut Scheiße das Spiel optimiert wäre! Obwohl effektiv keiner der Kritiker auch nur im Ansatz in der Lage ist zu prüfen ob die Leistung an der Optimierung liegt oder schlicht an einer Limitation von was auch immer...

Zitat DerGoldeneMesia;26753958
Weil Fernseher die gleiche Auflösung wie Smartphones hatten eine zeitlang oder noch immer. Das ist der Grund warum Raytracing für mich nicht in Frage kommt, ich habe jetzt schon Probleme 72FPS stabil hinzubekommen, ich würde gerne Dinge in Entfernung besser sehen wollen anstatt immer nur höhere Texturen oder bessere Schattenqualität.


Das wird so nicht kommen, solange es eine Abwärtskompatibilität zu DX11 geben soll.
Es ist schlicht nicht möglich mal eben so einfach die Anzahl der Objekte um ein vielfaches zu erhöhen, weil du damit einfach die API völlig überlastest.
Vllt mit DX12/Vulkan - so ab 2020 bis 2022. Früher eher unwahrscheinlich. Und selbst dann ist noch die Frage ob die Entwickler diese Kompromisse, die man einbaut um die Konsolenhardware nicht zu überstrapazieren in der PC Umsetzung wieder ausbauen wird... Oder ob das dann nur einfach bisschen "aufgeschoben" wird, aber im Grunde gleich bleibt...

Das Argument, dass man ja auf den Konsolen so groß optimiert ist mMn ein Stück weit überholt. Denn die Optimierung auf der Konsole erfolgt nicht wirklich in der Form, dass man es irgendwo "besser" auf die Hardware zugeschnitten macht. Sondern dass man mit einer sehr überschaubare Anzahl von Zielgeräten ziemlich exakt sein Target treffen kann. Wenn da 30 FPS das Ziel ist, ist das mit einem einzigen Gerät viel eher zu erreichen als auf nem PC. "Optimiert" ist da erstmal gar nix. Und dazu kommt, dass der PC Gamer in der Leistung höhere Anforderungen stellt. Mit ner ST limitierten API bekommst du aus den ~2 GHz Jaguar AMD Cores selbst mit nem 5GHz Intel aktuell eben auch "nur" um die Faktor 2,5-3. Also aus 30 mache 90 FPS. (vereinfacht) Aber es werden nicht 144 oder 240. Und wenn man ala Assassins Creed noch sonst wie viel Multithreading Beikram oder Kopierschutz-CPU Berechnungszeugs dran klatscht - die 144-240 FPS kommen da nicht raus. Selbst in 10 Jahren kommen da keine 240 FPS raus - es sei denn man findet einen Weg die ST Performance entsprechend Faktor 2+ zu steigern...

Zugegeben, Raytracing ändert exakt Null an diesem Problem. Aber DXR setzt bei DX12 an. Heist also, WENN Raytracing drin ist, ist (potentiell) auch der Wegfall eines DX11 Kompatibilitätsmodus möglich. Und dann wirds "interessant" ;)
#29
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Registriert seit: 27.07.2008

Kapitän zur See
Beiträge: 3210
Zitat fdsonne;26754125
Es gibt hier auch Leute im Forum, die wirst du auch mit Wasserfesten Argumenten nicht von ihrer Meinung abbringen. Und schon gleich gar nicht, wenn es darum geht gegen eine Technik zu Sprechen, welche von der einen oder anderen Firma kommt. Von daher, mach dir nix draus...


Wasserfest bedeutet eben nicht gleich Wasserdicht. ;)

Zumal es oft nur darum geht zu versuchen, manche User hier mit seiner eigenen Meinung zu diskreditieren und, obgleich es nur um Technik geht, dann oft in persönlichen Anfeindungen anzugehen egal wie recht der User eigentlich hat. Ein Moderator sollte dies allerdings zu vermeiden wissen und auf eine sachliche Ebene verlagern können.
#30
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Registriert seit: 10.12.2012

Oberstabsgefreiter
Beiträge: 480
884.736.000 Rays pro Sekunde bei 1440p würden bei battlefield 5 genau so für niedrige fps sorgen wie hier bei quake2?
Sieht richtig gut aus für solch ein altes Spiel.
#31
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Registriert seit: 27.07.2008

Kapitän zur See
Beiträge: 3210
Zitat Elmario;26753892
Das sehe ich allerdings auch so. Meiner Meinung nach hat sich sogar seit den letzten DX9-Spielen bis heute nicht mehr wirklich Viel getan.


???
Tesselation gibt es erst ab DX11. Schon einmal Rise of the Tomb Raider mit einem alten DX9 Titel wie DOOM3 verglichen? Also wenn du da keine Unterschiede erkennst, dann schnell ab zum Optiker. :)
#32
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Registriert seit: 21.01.2006

Kapitän zur See
Beiträge: 3497
Doom 3 sah für mich schon immer aus, als sei dort Alles aus Knete gemacht ;) Wäre also nicht mein Vergleich.

Ich würde z.B. eher Witcher 2 zum Vergleich ziehen. Und wenn ich das mit aktuellen Spielen vergleiche finde ich; ja, die sehen nicht besser aus. Vielleicht teilweise ein wenig anders, aber dieses anders auch besser aussieht, halte ich wie z.b bei der Tesselation aber auch HDR-Effekten, Blooming usw. häufig für fraglich.
Subjektiv kann ich halt zwischen den aktuellen Spielen problemlos ein 10 Jahre altes einwerfen, ohne dass mir etwas fehlt. Das war z.B. 2010 ganz anders, wenn man da ein Spiel von 2000 angeschaut hat, das ging gar nicht.
Deshalb denke ich, dass man um einen subjektiv ähnlich stark wirkenden Sprung zu erreichen, von 2010 aus schon 15 oder gar 20 Jahre weiter springen muss.
#33
Registriert seit: 15.02.2017

Matrose
Beiträge: 11
Prinzipiell existiert forward path tracing natürlich schon, benutzt wird das allerdings - im Gegensatz zur Beschreibung im Artikel - NICHT! Auch Monte-Carlo path tracing wird nicht verwendet, da es einfach viel zu ineffizient ist. Im Grunde bezeichnet man damit inzwischen hybride aus ray und path tracern (backward, nicht forward). Hier gibt es zwei große Optimierungsdomänen: zum einen das erwähnte Rauschfiltern, zum anderen intelligentes sampling. Letzteres hat enormes Potential und wäre bei forward Algorithmen gar nicht möglich. Einzig ein importance sampling der Lichtquellen wäre noch machbar..
#34
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Registriert seit: 22.07.2006
orbit des planeten get-low
Korvettenkapitän
Beiträge: 2048
Zitat Elmario;26755131

Subjektiv kann ich halt zwischen den aktuellen Spielen problemlos ein 10 Jahre altes einwerfen, ohne dass mir etwas fehlt. Das war z.B. 2010 ganz anders, wenn man da ein Spiel von 2000 angeschaut hat, das ging gar nicht.
Deshalb denke ich, dass man um einen subjektiv ähnlich stark wirkenden Sprung zu erreichen, von 2010 aus schon 15 oder gar 20 Jahre weiter springen muss.


der krempel muss ja seit damals auch immer auf hoffnungslos veralteter konsolenhardware noch laufen. als spiele noch ausschliesslich für eine zielplattform entwickelt wurden, sah man noch unterschiede in den verschiedenen "generationen". directx 7 spiele waren damals schon grafische kracher. nicht unbedingt vom start weg, aber die entwickler haben sich schnell mit der api, samt den neuen möglichkeiten die sie bietet, zurechtgefunden. seit dx9 kann man (meiner meinung nach) auch auf dem pc kein neues spiel mehr von einem mitunter 10 jahre älteren unterscheiden, ganz so wie du es schreibst.

mir graut davor wenn handys leistungsfähig genug werden, dass die publisher darauf bestehen, dass neue spiele auf dem handy laufen müssen! auf konsole portiert werden (dann sogar mit mehr als 25 fps :D) und der pc quasi komplett ignoriert wird. einen teil der arbeit machen ja jetzt schon modder. sichtweite modifizieren, high-res texturen einbinden, partikelcount erhöhen und so weiter.

ich hoffe, dass streaming bis dahin soweit entwickelt ist, dass handys quasi nur als monitor und eingabe benutzt werden.
#35
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Mond
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toll... jetzt hab ich Lust auf Quake 2, aber nicht wegen RT. :I
#36
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Kapitän zur See
Beiträge: 3497
Eine Dystopie orwellschen Ausmaßes.
Dass Streaming in Zukunft primär als Werkzeug dienen wird, um extremstes DRM und abartige DLC-Micro-Payment-Vermurksung zu erzwingen, ist wohl eh klar. :shake:
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