[PLUS] Grafikeffekte erklärt (Teil 3): Globale Beleuchtung
PCGH Plus: Die Globale Beleuchtung ist ein sehr atmosphärischer, optisch wichtiger und aufwendiger Bestandteil der Grafik, allerdings ist der Effekt häufig eher subtil, oft geradezu diffus. Wir "erleuchten" die Technik in aktuellen Spielen. Der Artikel stammt aus PC Games Hardware 09/2021.
Auf dieser Seite
Erleuchtung der Welt
Die Globale Beleuchtung ist ein spannendes, aber auch etwas kompliziertes und nicht direkt greifbares Thema. Ein Grund liegt dabei bei der Definition begraben: Im Prinzip wurde die Globale Beleuchtung durch die Rendergleichung (Rendering Equasion) des US-amerikanischen Computerwissenschaftlers und -pioniers James Thomas Kajiya definiert, dessen Arbeit auf der Siggraph 1986 vorgestellt wurde. Diese Rendergleichung ist im Grunde ein simplifiziertes Energieerhaltungsgesetz, in dem sämtliche Interaktionen des Lichts mit der Szene enthalten sind. Diese alle Aspekte des Lichts beschreibende Form der "Globalen Beleuchtung" inkludiert also nicht nur Teilaspekte wie Licht- und Farbübertragungen, sondern auch Spiegelungen, Lichtbrechungen, Verschattungen und andere Interaktionen mit der Umwelt - wie beispielsweise Streuung durch volumetrischen Nebel. Dies ist nicht (!) die Form der Globalen Beleuchtung, die Sie aktuell in Spielen zu Gesicht bekommen. Was Kajiya beschreibt, ist heute als Pathtracing bekannt: Der Pfad eines virtuellen Strahls wird durch die komplette Szene verfolgt, das Licht interagiert mit jeder Oberfläche, auf die es während dieser Reise trifft, wird reflektiert, gebrochen und gestreut, bis es komplett absorbiert wurde - ein sehr aufwendiges Verfahren. Pathtracing kann in einigen, strukturell eher simplen Raytracing-Spielen genutzt werden, namentlich Minecraft RTX und Quake 2 RTX. Bis sich diese sehr anspruchsvolle Technik aber auch in komplexen, detaillierten Titeln und gewaltigen, dynamischen Open-World-Szenarien einsetzten lässt, werden mit großer Wahrscheinlichkeit noch einige Jahre vergehen und auch noch mehrere Hardware-Generationen erscheinen. Dies ist ein Thema für kommende Tage.
Globale Beleuchtung heute
Unter Globale Beleuchtung versteht man heutzutage allein jenen Teil der Lichtberechnung, welche beim Auftreffen eines virtuellen Lichtstrahls auf einer Oberfläche absorbiert und jenen Teil des Lichts, der von dort reflektiert und auf eine weitere Oberfläche treffen kann. Welcher Teil des Lichts reflektiert wird und wie stark diese Reflexion ausfällt, wird durch die jeweiligen Materialeigenschaften bestimmt. In heutigen Titeln ist die Globale Beleuchtung oder Global Illumination (GI) zumeist entweder simplifiziert oder vorberechnet, auch die meisten aktuellen Raytracing-Ansätze sind beschränkt, zumeist in der Anzahl Abpraller ("Bounces"), die ein virtueller Lichtstrahl absolvieren kann.
Auf der anderen Seite ist eine sehr hohe Präzision bei der eher diffusen Globalen Beleuchtung nicht vonnöten, um das menschliche Auge zu überzeugen - allein eine gewisse Näherung ist wichtig. Und um diese zu erreichen, nutzen einige aktuelle Titel komplett vorgebackene Beleuchtungszenarien, die jeweils für die Szene während der Entwicklung angelegt werden - zumeist mittels eines Offline- also Non-Realtime-Raytracing-Ansatzes.Es gibt allerdings auch teilvorberechnete Ansätze für die Globale Beleuchtung. Die Unity-Engine (ab 5.0) unterstützt neben der klassischen Baked GI einen solchen "Precomputed Realtime"-Ansatz für die Globale Beleuchtung, den Sie etwa im Aufmacher in Form des Spiels Human Fall Flat begutachten können. Die Globale Beleuchtung ist in diesem Beispiel wegen der simplen Grafik mit ihren einfarbigen Flächen und der weißen, stilisierten Figur besonders gut zu erkennen.
PC Games Hardware PLUSJetzt für 0,99 € kaufen
oder Werbefreiheit und Zugriff auf alle PLUS-Artikel (Monatsabo)
Für 4,80 EUR PLUS-Abo abschließen Bitte loggen Sie sich in Ihren PCGH-Community-Account ein, um diesen Artikel kaufen zu können. Alle Angebote für PLUS (Monatsabo, Jahresabo, Upgrades für Werbefrei) finden Sie auf unserer Supporter-Seite
Folgende Themen finden Sie im Artikel:
- Erleuchtung der Welt
- Globale Beleuchtung heute
- Globale Beleuchtung - Subtil, aber effektvoll
- Globale Beleuchtung in Assassin's Creed - Im Detail betrachtet
- Globale Beleuchtung - Weitere Beispiele und Auffälligkeiten
- Globale Beleuchtung - Raytracing und die Zukunft
Als PCGH-Digital-Abonnent erhalten Sie kostenfrei Zugriff auf alle PLUS-Artikel.
