PCGH-Wissen: Rendering ohne Grafikkarte - Raytracing
Bevor es 3D-Beschleunigung durch Grafikkarten gab, übernahm die CPU alle nötigen Berechnungen. Dank stark gestiegener CPU-Leistung und Fortschritten im Bereich des Raytracing will Intel sich diese Aufgabe nun zurückholen.
Prozessor-Pionier Intel rührt derzeit massiv die Werbetrommel für das sogenannte Raytracing-Verfahren - eine Art der 3D-Grafik, welche zur Darstellung nicht auf eine herkömmliche Grafikkarte angewiesen ist. PCGH geht der Frage nach, wann die ersten Spiele mit Raytracing-Engine auf den Markt kommen und welche Art von Hardware dafür nötig ist.
3D-Grafik: Alles Fälschung
Der vom Blickpunkt ausgesandte Primärstrahl wird verfolgt, bis er auf ein Objekt
(grüne Kugel) trifft. Dann wird das Shader-Programm für die grüne Kugel ausgeführt.
Beinhaltet das Objekt eine Reflexion, wird ein neuer Strahl (Reflexionsstrahl) weiter in
die entsprechende Richtung verfolgt, bis er auf das nächste (reflektierte) Objekt trifft.
Im Schattentest wird vom Bildpunkt je ein Strahl in Richtung der Lichtquelle(n)
erzeugt. Liegt ein Objekt auf dem Weg, befindet sich der Punkt im Schatten.
Unser Punkt auf der grünen Kugel liegt im Licht (zweiter Schattentest) und so wird
die Basisfarbe mit der roten Reflexion zur endgültigen Pixelfarbe verrechnet.
Die Geschichte der 3D-Grafik ist eine Geschichte der Fälschungen - das gilt sowohl für Raytracing als auch für das in aktuellen Spielen angewandte, herkömmliche Rasterisierungsverfahren - und resultiert daraus, eine dreidimensionale Szene auf einer zweidimensionalen Fläche abbilden zu müssen.
Viele Aspekte sind bei aktueller Rastergrafik allerdings noch etwas "falscher", als es theoretisch nötig wäre. Dies macht sich leider immer wieder negativ in Sachen Bildqualität bemerkbar: Details wie zum Beispiel Zäune werden nicht mit der nötigen Anzahl an Dreiecken dargestellt, sondern über plane Quadrate mit durchsichtigen Texturen vorgetäuscht.
Ebenso werden kleine Erhebungen wie zum Beispiel Kopfsteinpflaster oder Beulen, Dellen und Kratzer in Rüstungen oder Fahrzeugkarosserien beim Rasterisierungsverfahren üblicherweise durch verschiedene Texturtechniken wie Bump-, Normal- oder neuerdings Displacement-Mapping dargestellt. Nachteil: Klassische Kantenglättung (Multi-Sampling) wirkt lediglich bei "echten" Geometriekanten. Daher flimmern trotz aktiviertem FSAA noch viele Pixel munter vor sich hin.
Was ist "Rasterizing"?
Rasterisierung, wie der Begriff eingedeutscht heißt, kommt von der Transformation der mathematischen Beschreibung einer stetigen Polygonkante, welche im Grafikprozessor vor der Pixelverarbeitung in das Raster der Bildschirmauflösung gepresst wird. Da die geometrische Vorarbeit immer gleich ist, ändert eine Verringerung der Spielauflösung in aller Regel übrigens auch nichts an der CPU- und Vertex-Shader-Last. Auf Basis dieser einzelnen Bildpunkte wird dann die Farbinformation für das Bild - heute mithilfe von Pixel-Shader-Programmen - errechnet und über den Framebuffer, einen Speicherbereich im RAM der Grafikkarte, an den Monitor ausgegeben.
Rasterisierung macht sich die räumliche Kohärenz, also das Zusammenhängen von Daten, zunutze. Aktuelle Grafikprozessoren arbeiten im Pixelbereich mindestens an einem Quadrat aus vier Bildpunkten und sparen so eine große Menge Steuerlogik zugunsten zusätzlicher Rechenleistung. Durch die angesprochene Lokalität der Daten lassen sich Ressourcen wie schneller Cache-Speicher trotzdem effizient nutzen.
