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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.