Durch Ray­t­ra­cing bekom­men Spie­le eine star­ke opti­sche Auf­wer­tung. Die Tech­no­lo­gie berech­net Schat­ten und Spie­ge­lun­gen in Echt­zeit. Das gab es so zuvor noch nicht – zumin­dest nicht in die­ser Qua­li­tät. Doch wie sieht das in der Pra­xis aus, wie funk­tio­niert es und was brauchst du dafür? Hier bekommst du die Ant­wor­ten auf die Fra­gen und eini­ge anschau­li­che Beispiele.

Ray­t­ra­cing: So wirkt es sich auf die Optik aus

Bei Ray­t­ra­cing geht es in ers­ter Linie um Schat­ten und Refle­xio­nen. Akti­vierst du die Opti­on, sehen die­se opti­schen Aspek­te deut­lich bes­ser aus als zuvor. Genau­er kannst du in spie­geln­den Ober­flä­chen Details erken­nen, die du ohne Ray­t­ra­cing nicht sehen kannst. Lodert etwa ein Feu­er hin­ter einem Auto, spie­gelt sich das voll­stän­dig in des­sen Lack widerSo sieht es auch bei Spie­geln und Pfüt­zen aus. Hier sind Gebäu­de, Gegen­stän­de und Lich­ter aus der Spiel­welt zu sehen – rea­lis­tisch berechnet.

Bei Schat­ten ver­hält es sich ähn­lich. Sie fol­gen nicht nur Bewe­gun­gen der Licht­quel­le oder des Objekts, son­dern ver­än­dern auch ihre Schär­fe je nach Abstand zur Ober­flä­che. Schal­test du eine Taschen­lam­pe ein und hältst dei­ne Hand davor, zeich­net sich der Schat­ten je nach Win­kel unter­schied­lich an der Wand dahin­ter. Ray­t­ra­cing simu­liert die­sen Effekt phy­si­ka­lisch kor­rekt auch in Spielen.

Die Ray­t­ra­cing-Tech­nik von Nvi­dia im Video

Tech­nik: Rea­lis­ti­sche Berech­nung von Spie­ge­lun­gen und Schatten

Dafür greift die Tech­nik auf eine beson­de­re Art der Berech­nung zurück. Wie der Name schon ver­mu­ten lässt, geht es dabei um Strah­len. Ray­t­ra­cing bedeu­tet näm­lich „Strah­len­ver­fol­gung“. Die Gra­fik­kar­te berech­net die Strah­len einer Licht­quel­le so, wie sie sich auch im ech­ten Leben ver­hal­ten. Genau die­ses Vor­ge­hen ist aller­dings sehr kom­plex, und somit ist eine beson­ders hohe Rechen­leis­tung not­wen­dig. Die Fol­ge ist, dass Echt­zeit-Ray­t­ra­cing nur eine gewis­se Zahl die­ser Strah­len berech­nen und schließ­lich ren­dern kann. Alles ande­re wür­de die Gra­fik­kar­te (also die GPU) überfordern.

Pas­send dazu

Ein gro­ßer Vor­teil von Ray­t­ra­cing ist, dass Umge­bungs­ver­de­ckung kei­ne Rol­le spielt. Ist also ein Gegen­stand hin­ter einer Mau­er, kann sei­ne Refle­xi­on den­noch in einer Ober­flä­che zu sehen und sogar kor­rekt geren­dert sein. Glei­ches gilt für Licht­quel­len wie Lam­pen und Feu­er. Das schafft einen beson­ders rea­lis­ti­schen Ein­druck. Die Tech­nik kal­ku­liert auch die Beschaf­fen­heit von Ober­flä­chen mit ein. Licht ver­hält sich auf rau­em Stahl schließ­lich anders als auf polier­tem. Obwohl die Tech­nik bereits ver­sucht, Res­sour­cen zu spa­ren, errei­chen selbst Top-Gra­fik­kar­ten bei akti­vier­ter Opti­on kei­ne sehr hohen Bild­wie­der­hol­ra­ten (Frame­ra­tes). Manch­mal kann es sogar sein, dass ein Spiel nur mit 30 Frames pro Sekun­de (fps) oder weni­ger läuft, wenn Ray­t­ra­cing ein­ge­schal­tet ist.

DLSS: Mehr Schär­fe und höhe­re Framerates

Ent­ge­gen­wir­ken soll die­sem Leis­tungs­ab­fall eine wei­te­re Tech­nik: DLSS. Das steht für „Deep Lear­ning Super Sam­pling“. Dahin­ter ver­birgt sich eine von Nvi­dia ent­wi­ckel­te Tech­nik, um eine bes­se­re Bild­qua­li­tät und höhe­re Frame­ra­tes aus der Hard­ware zu holen – auch bei Ray­t­ra­cing. Dafür greift das Sys­tem auf ein neura­les Netz­werk zurück. Im Prin­zip steckt dahin­ter ein Super­com­pu­ter, der im Hin­ter­grund die gan­ze Zeit über die Kan­ten­glät­tung opti­miert. Eine künst­li­che Intel­li­genz greift also ins Ren­de­ring ein.

Das eigent­li­che Ziel dahin­ter: Durch die intel­li­gen­te Kan­ten­glät­tung kann die Kar­te die aus­ge­ge­be­ne Ren­der­auf­lö­sung ver­rin­gern. Das Bild ist noch immer scharf, die Kar­te muss aber weni­ger Pixel berech­nen. Weil die Auf­lö­sung sinkt, gehen auch die zu berech­nen­den Strah­len beim Ray­t­ra­cing her­un­ter. Die Bild­qua­li­tät bleibt also auf einem hohen Niveau, dafür schnel­len die Bil­der pro Sekun­de in die Höhe. Hast du bei­spiels­wei­se bei 4K-Auf­lö­sung mit akti­vier­tem Ray­t­ra­cing in einem Spiel 30 fps erreicht, kannst du dank DLSS in Full HD 60 fps und mehr errei­chen, ohne eine deut­lich schlech­te­re Bildqualität.

Ras­te­ri­sie­rung: Ray­t­ra­cing mit kla­ren Vorteilen

Exkurs: Die Geschich­te von Raytracing

Kaum zu glau­ben, aber wahr: Ray­t­ra­cing gibt es schon seit Mit­te der 60er Jah­re. Erst­mals tauch­te es im Rah­men eines For­schungs­pro­jekts an der Uni­ver­si­ty of Mary­land auf. Seit Jahr­zehn­ten kommt die Tech­nik in der Film- und Wer­be­in­dus­trie zum Ein­satz. Du hast also bestimmt schon öfter Ray­t­ra­cing-Effek­te gese­hen, nur ohne sie als sol­che wahr­ge­nom­men zu haben. Weil die Tech­nik bis­her aber viel Zeit und Hard­ware-Res­sour­cen ein­ge­nom­men hat, war es bei Spie­len noch nicht prak­ti­ka­bel. Erst Nvi­dia bracht es mit der Turing-Archi­tek­tur ins Gespräch. Seit­dem ist Ray­t­ra­cing eines der gro­ßen The­men in der Branche.

Schat­ten und Refle­xio­nen sind in Spie­len kei­ne Neu­heit. Bereits seit lan­ger Zeit sor­gen sie für mehr Rea­lis­mus und eine stim­mi­ge­re Atmo­sphä­re. Doch bis­her kam eine etwas ande­re Tech­nik zum Ein­satz, um die­se opti­schen Ele­men­te zu berech­nen. Die­se hört auf den Namen „Ras­te­ri­sie­rung“ und ist weni­ger kom­pli­ziert, als sie klingt.

In einem moder­nen Spiel sind Objek­te drei­di­men­sio­nal berech­net. Um einen Schat­ten oder eine Refle­xi­on dar­zu­stel­len, über­trägt die Gra­fik­kar­te ein sol­ches 3D-Objekt auf ein zwei­di­men­sio­na­les Ras­ter. Ein Wür­fel ist so ein Vier­eck, ein Qua­der ein Recht­eck oder eine Kugel ein Kreis. Genau die­ses 2D-Objekt ist dann die Spie­ge­lung oder der Schat­ten. Natür­lich ver­än­dert sich das je nach dem Betrach­tungs­win­kel des Cha­rak­ters. Eines bleibt aber immer gleich: Schat­ten wir­ken sehr mas­siv und scharf­kan­tig. Ray­t­ra­cing macht sie hin­ge­gen wei­cher, trans­pa­ren­ter und lässt sie kor­rekt verblassen.

Liegt ein Objekt außer­halb des Sicht­be­reichs, erfolgt kei­ne Ras­te­ri­sie­rung. Objek­te, die du im Spiel also nicht anschaust oder die hin­ter einem ande­ren Objekt lie­gen, wer­fen kei­nen Schat­ten oder sind nicht in Refle­xio­nen zu sehen. Auch hier geht Ray­t­ra­cing einen ande­ren Weg und schafft somit deut­lich mehr Realismus.

Hard­ware: Die­se Gra­fik­kar­ten sind bereit für Raytracing

Den Begriff Ray­t­ra­cing hörst du meist im Zusam­men­hang mit Nvi­dia. Das liegt nicht dar­an, dass das Unter­neh­men die Tech­nik erfun­den hat. Viel­mehr hat sich der Her­stel­ler auf Chip­sät­ze spe­zia­li­siert, die auf Ray­t­ra­cing zuge­schnit­ten sind. Genau­er ist das seit dem Start der aktu­el­len Turing-Mikro­ar­chi­tek­tur der Kar­ten der Fall. Die­se kommt mit Ker­nen, deren ein­zi­ge Auf­ga­be die Ray­t­ra­cing-Berech­nung ist. Echt­zeit-Ray­t­ra­cing gibt es also in ers­ter Linie bei die­sen mit dem Kür­zel „RTX“ ver­se­he­nen Kar­ten. Im Detail sind das die fol­gen­den Model­le:

  • GeFor­ce RTX 2060 und 2060 Super 
  • GeFor­ce RTX 2070 und 2070 Super 
  • GeFor­ce RTX 2080, 2080 Super und 2080 Ti 
  • GeFor­ce RTX 3070 
  • GeFor­ce RTX 3080 
  • GeFor­ce RTX 3090 
  • GeFor­ce Titan RTX 
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Per Update mach­te Nvi­dia auch bei älte­ren GPUs die Nut­zung von Ray­t­ra­cing mög­lich. Aller­dings musst du hier mit noch grö­ße­ren Ein­bu­ßen bei der Per­for­mance rech­nen. Bei den Kar­ten feh­len schließ­lich die eigens dafür ver­bau­ten Ker­ne. Hast du eine der fol­gen­den Kar­ten, kannst du Ray­t­ra­cing jetzt eben­falls nut­zen:

  • GeFor­ce GTX 1660 und 1660 Ti 
  • GeFor­ce GTX 1060 (6 GB) 
  • GeFor­ce GTX 1070 und 1070 Ti 
  • GeFor­ce GTX 1080 und 1080 Ti 
  • GeFor­ce Titan V, Titan XP und Titan X

Spie­le: Hier kannst du Ray­t­ra­cing aktivieren

Damit du die Effek­te von Ray­t­ra­cing nut­zen kannst, muss auch das Spiel ent­spre­chend dafür pro­gram­miert sein. Das ist aktu­ell noch bei ver­gleichs­wei­se weni­gen Titeln der Fall. In Zukunft dürf­te sich das aber ändern, denn vie­le bereits erhält­li­che Titel bekom­men ein Ray­t­ra­cing-Update. Außer­dem kom­men immer mehr Spie­le dazu, die Ray­t­ra­cing unter­stüt­zen. Aktu­ell sind es fol­gen­de Titel:

  • Amid Evil
  • Battle­field 5
  • Bright Memo­ry: Infinite
  • Call of Duty: Modern War­fa­re
  • Con­trol
  • Deli­ver Us The Moon
  • Mech­War­ri­or 5: Mer­ce­n­a­ries
  • Metro: Exo­dus
  • Mine­craft RTX
  • Qua­ke 2 RTX
  • Shadow of the Tomb Rai­der
  • Wol­fen­stein: Young Blood

Trai­ler zu Ray­t­ra­cing in Minecraft

DLSS ist hin­ge­gen nicht zwin­gend an Ray­t­ra­cing gekop­pelt. Man­che Spie­le unter­stüt­zen also nur bei­des, ande­re eines von bei­den oder nichts davon. Genaue­re Infor­ma­tio­nen dazu bekommst du meist auf den Sei­ten zu den Games.

PS5 und Xbox Seri­es X/S: Ray­t­ra­cing bei den neu­en Konsolen

Im PC-Bereich kon­zen­triert sich bis­her Nvi­dia auf die Tech­nik. Bei den neu­en Kon­so­len kommt aller­dings Hard­ware des Kon­kur­ren­ten AMD zum Ein­satz. Die soll eben­falls bereit für Ray­t­ra­cing sein. Die RDNA-2-GPUs in PS5 und Xbox Seri­es X/S brin­gen die Tech­nik also erst­mals auf die Kon­so­len. Das mag in eini­gen Fäl­len für eine noch rea­lis­ti­sche­re Dar­stel­lung sor­gen, belas­tet die Hard­ware aller­dings auch. Rech­ne also lie­ber damit, dass die Kon­so­len nicht die vol­len Mög­lich­kei­ten von Ray­t­ra­cing aus­nut­zen. Ein hoch­ge­züch­te­ter Gaming-PC dürf­te hier die Nase deut­lich vor­ne haben. Eine star­ke Ver­bes­se­rung ist es den­noch, gera­de wenn die Frame­ra­te am Ende stimmt.

Fazit: Ray­t­ra­cing ist hübsch, aber auch anspruchsvoll

Moder­ne Ray­t­ra­cing-Tech­nik hübscht Spie­le mit rea­lis­ti­schen Spie­ge­lun­gen und Schat­ten deut­lich auf. Noch benö­tigst du aber dafür eine sehr leis­tungs­star­ke Gra­fik­kar­te und musst unter Umstän­den auch Ein­bu­ßen bei der Per­for­mance von Spie­len in Kauf neh­men. Mit der neu­en Genera­ti­on der Spie­le­kon­so­len kommst du aber auch in den Genuss von Ray­t­ra­cing – wenn auch ver­mut­lich in einer abge­speck­ten Form.

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