Was ist Raytracing?
In Bezug auf Computergrafik ist Raytracing eine Rendering-Technik, die die physikalischen Eigenschaften eines Lichts simuliert, die realistische Beleuchtung, Schatten und Effekte in Spiele bringen. Es ahmt nach, wie ein Lichtstrahl von einem bestimmten Punkt aus von Objekten reflektiert wird, und veranschaulicht die Lichtreflexion von jeder Oberfläche. Der gesamte Prozess verbessert wiederum die Bildqualität und bietet den Zuschauern ein noch intensiveres Erlebnis. Die Technik wird seit langem in 3D-Filmen verwendet und fand schließlich ihren Weg in Computerspielen auf hohem Niveau, die visuelle Effekte in Kinoqualität bieten. Raytracing hat die Spielwelt grundlegend verändert und ist eine bevorzugte Rendering-Technik gegenüber der Rasterisierung, die beim Rendern der wahren Farben von Objekten Einschränkungen hat.
Raytracing in Nvidia-GPUs
Als führender Hersteller von Grafikkarten hat Nvidia schon immer mutig mit neuen Wegen experimentiert, um die visuelle Qualität seiner Produkte zu verbessern. Seit September 2018 veröffentlicht Nvidia Grafikkarten mit Raytracing-Funktionen. Die Turing-Architektur von Nvidia ist das erste GPU-Design mit dedizierter Hardware oder RT-Kernen für die Echtzeit-Raytracing-Verarbeitung.
Was sind RT-Cores?
Raytracing ist normalerweise Nicht-Echtzeitanwendungen vorbehalten, da die Rechenzeit für die Verarbeitung des Raytracing-Vorgangs viel länger ist als bei anderen visuellen Effekten. Nvidia hat einen Durchbruch erzielt, indem es Hardware in seine Architekturdesigns integriert hat, um ausschließlich Raytracing in Echtzeit zu berechnen. Diese zusätzliche Hardware, bekannt als RT Cores, wurde in Nvidias Turing-basierten RTX-Grafikkarten eingeführt. Dies war auch die weltweit erste Consumer-Grafikkarte mit Raytracing-Unterstützung auf Hardware-Ebene
RT-cores berechnet die Farben der Pixel, während ein Lichtstrahl von einem Punkt zum anderen wandert. Der Prozess wird komplexer, wenn es eine Vielzahl von Lichtquellen gibt. Darüber hinaus machen mehrere am Raytracing beteiligte Prozesse wie Ray Casting, Path Tracing, BVH (Bounding Volume Hierarchy) und Denoising Filtering es zu einer rechenintensiven Technik. BVH ist der zeitaufwendigste Teil von Raytracing-Berechnungen, und die RT-Cores beschleunigen die BVH-Durchquerung für Echtzeit-Raytracing. Abgesehen von den RT-Cores gibt es in Nvidia-GPUs einen weiteren Hardwaresatz, der eine Rolle bei der Bereitstellung von Echtzeit-Raytracing spielt. Die Tensor Cores, die für die Beschleunigung der künstlichen Intelligenz entwickelt wurden, helfen auch bei der Rauschunterdrückung in Echtzeit und beschleunigen das Raycasting.
Nvidia-Grafikkarten mit Raytracing-Unterstützung
Nvidia-Karten mit RT-Cores sind ein großer Sprung für den weltbekannten Grafikkartenhersteller. Dies ist jedoch hardwarebasiert, und frühere Versionen von Grafikkarten verfügen nicht über solche Funktionen. Da Raytracing bei den Verbrauchern sehr beliebt ist, hat Nvidia die Funktion auch für ältere Grafikkarten verfügbar gemacht. Da ältere Architekturen keine RT-Cores in ihre Designs einbeziehen, hat Nvidia Raytracing-Rendering durch spielfertige Treiber ermöglicht.
Nvidia-Grafikkarten mit Raytracing auf Hardware-Ebene
Die erste Generation von RT-Cores wurde in Nvidias RTX 20-Serie vorgestellt. Die RTX 2080 war die erste der RTX 20-Serie, die Turings Architektur präsentierte. Es folgten dann RTX 2080 Ti, RTX 2070 und RTX 2060. Titan RTX ist ebenfalls im Line-Up.
Im September 2020 stellte Nvidia den Turing-Nachfolger Ampere vor, der über die zweite Generation von RT-Kernen verfügt. Das Ampere bietet enorme Upgrades bei den RT-Cores- und Tensor-Cores-Raten, die die RT-Core-Rate auf 58 RT-TFLOPS erhöhen, 1,7-mal höher als die von Turing, was ein viel schnelleres Raytracing-Rendering und eine Verbesserung der Bildqualität bietet. Ebenso hat das Ampere mit 238 Tensor-TFLOPS mehr als die doppelte Tensor-Cores-Rate von Turing. Der Ampere ist das Herzstück der zweiten GPU-Generation von RTX; Die RTX 30-Serie umfasst die Titan-Klasse RTX 3090, RTX 3080, RTX 3070 und die zuletzt veröffentlichte RTX 3060.
Nvidia-Grafikkarten mit Raytracing auf Software-Ebene
Nvidia gelang ein weiterer Durchbruch, indem es Raytracing in ausgewählten Grafikkarten ohne dedizierte RT-Kerne ermöglichte. Dies ist eine gute Nachricht für Gamer mit älteren Modellen, die noch nicht daran denken, die Grafikkarten aufzurüsten, aber die visuellen Vorteile der Raytracing-Technik erleben möchten. GeForce GTX 1060 6GB und höhere Grafikkarten können jetzt Raytracing-Funktionen durch DirectX Raytracing (DXR) nutzen. Nachfolgend finden Sie die Liste der Nvidia-Karten, die über DXR Raytracing-fähig sind:
- GeForce GTX 1660 Ti
- GeForce GTX 1660
- Nvidia Titan XP (2017)
- Nvidia TitanX (2016)
- GeForce GTX 1080 Ti
- GeForce GTX 1080
- GeForce GTX 1070 Ti
- GeForce GTX 1070
- GeForce GTX 1060 6GB
Aufgrund des Fehlens dedizierter Hardware für Raytracing können die GTX-Karten nur grundlegende Raytracing-Effekte bieten. Die Shader-Kerne übernehmen die Raytracing-Berechnungen, und dieser zusätzliche Arbeitsaufwand für die Shader-Kerne wirkt sich auf die Leistung der GPU aus. Dennoch können Spieler mit Raytracing-Funktionen ein ansprechenderes visuelles Erlebnis erleben.
Die Zukunft von Raytracing in Nvidia
Die Leistung des Ampere ist nach der Verdoppelung der Verarbeitungsraten von Turing bereits mehr als zufriedenstellend. Doch obwohl er noch frisch aus dem Ofen ist, gibt es bereits Gerüchte um seinen Nachfolger, den Lovelace. Wir können in dieser neuen GPU-Architektur neue Entwicklungen bei Raytracing-Berechnungen erwarten. Ebenso ist voraussichtlich bereits eine neue Generation von RTX-Grafikkarten in Arbeit. Die Zukunft des Raytracing sieht rosig aus, da Nvidia weiterhin GPU-Architekturen entwickelt, die den Hunger der Verbraucher nach einem besseren Spielerlebnis stillen.