Raytracing: Warum Computerspiele immer besser aussehen

Gold glänzt, Wasser spiegelt: Neue Computerchips lassen Spiele auch in Echtzeit erheblich realistischer aussehen als bisher - ganz besonders den Klassiker "Minecraft".

Wie machen sie das bloß, die Grafiker etwa von Autoherstellern: Autos, die es noch gar nicht gibt, am Computer so realistisch aussehen zu lassen, als führen sie bereits auf einer Traumstraße in den Sonnenuntergang? Die Technik, die ihnen dabei hilft, nennt sich Raytracing. Für jeden Punkt eines Bildes wird ein imaginärer Lichtstrahl (ray) durch den dreidimensionalen Raum geschickt und verfolgt (tracing). Wie verhält sich der Strahl aus Sicht eines Beobachters, ist eine Reflexion diffus wie auf mattiertem Metall, ist sie klar wie auf glänzendem Chrom? Wird der Strahl abgelenkt?

Bisher wurde Raytracing eher für Standbilder eingesetzt oder - wenn es sich um bewegte Bilder handelte - mussten die aufwendigen Berechnungen mithilfe von Rechnerfarmen erledigt werden. Das ändert sich nun: Neue Grafikkarten für Computer sind mittlerweile so leistungsstark, dass sie Raytracing-Effekte in Computerspielen live berechnen können.

Gut zu sehen ist das schon bald an einem der populärsten Spiele überhaupt: "Minecraft". Das ist zwar mit seiner Klötzchengrafik nicht fotorealistisch, doch gerade deshalb kommen die visuellen Neuerungen hier besonders deutlich zum Tragen. Goldfarbene Blöcke sind nicht mehr einfach nur irgendwie gelb, sondern glänzen nun, wie man es von dem Edelmetall erwartet. Und in unterirdischen Gängen wirft das Licht von Lavaströmen einen rötlichen Schein. Besonders eindrucksvoll ist die Technik bei Wasser, in dem sich die Umgebung spiegelt.

Raytracing wird über kurz oder lang zum Standard bei Computerspielen gehören

Die Spiele sehen dadurch um einiges realistischer aus, der Aufwand dafür ist allerdings hoch. Digitale Bilder bestehen aus vielen Millionen Bildpunkten. Ein einziges Videobild in Ultra-HD-Auflösung, wie sie neuere Fernseher haben, enthält etwa acht Millionen einzelne Bildpunkte. Das macht klar, dass es hier jede Menge zu berechnen gibt. Die neuen Grafikkarten kommen dazu mit speziellen Einheiten, die diese Aufgaben besonders schnell und effektiv berechnen können.

Noch werden sich die Freunde von "Minecraft" auf unbestimmte Zeit gedulden müssen, denn der Hersteller des Spiels, das schwedische Unternehmen Mojang, und der Grafikspezialist Nvidia, nannten als Veröffentlichungsdatum für die entsprechende Erweiterung des Spiels nur das Jahr 2020. Offen ist auch, welche Anforderungen dadurch an die Hardware gestellt werden. Auch die schnellsten Nvidia-Grafikkarten kommen nämlich bei einigen Erweiterungen, die es schon gibt, durchaus an ihre Grenzen. Bis 2020 ist aber auch noch Zeit, an den Algorithmen zur Berechnung zu feilen, um so die Berechnungen effektiver zu gestalten. Sicher ist bis jetzt nur, dass die Raytracing-Technik zumindest anfänglich nur auf Windows-PCs und mit Nvidia-Grafikkarten mit sogenanntem RTX-Modul funktionieren wird.

Doch wenn die Entwicklung so weitergeht wie bisher, wird Raytracing wohl über kurz oder lang zum Standard bei Computerspielen gehören, die dadurch einen weiteren Schritt hin zu immer realitätsnäherer Darstellung machen. Daran haben übrigens auch Wissenschaftler aus Deutschland einen wichtigen Anteil. Forscher aus Saarbrücken entwickelten Algorithmen, die die Berechnungen stark vereinfacht haben.