Raytracing

Raytracing

Raytracing ist eine Rendering-Technik, die die Art und Weise simuliert, wie Licht in der realen Welt reist. Anstatt Polygone Zeile für Zeile wie beim Scanline-Rendering zu verarbeiten, schießt Raytracing Strahlen von der Kamera durch jedes Pixel und berechnet, was sie treffen. Wenn ein Strahl eine Oberfläche trifft, berechnet der Renderer die Farbe basierend auf dem Material und schießt dann zusätzliche Strahlen für Reflexionen, Brechungen und Schatten.

Der grundlegende Raytracing-Algorithmus ist überraschend einfach. Für jedes Pixel im Bild schießt du einen oder mehrere Strahlen von der Kameraposition durch dieses Pixel in die Szene. Du findest die erste Oberfläche, die jeder Strahl trifft. Dann berechnest du die Farbe an diesem Punkt, indem du das Material und die Beleuchtung auswertest. Für reflektierende Oberflächen lässt du den Strahl abprallen und fährst fort. Für transparente Oberflächen brichst du den Strahl und fährst fort.

Raytracing behandelt auf natürliche Weise Effekte, die mit Scanline-Rendering schwierig sind. Reflexionen sind genau, weil der Strahl im richtigen Winkel von der Oberfläche abprallt. Schatten sind genau, weil der Renderer prüft, ob eine Lichtquelle vom Oberflächenpunkt aus sichtbar ist. Brechungen durch Glas und Wasser funktionieren korrekt. Das Ergebnis ist viel realistischer als Scanline-Rendering, besonders für Szenen mit komplexer Beleuchtung.

Der Nachteil von Raytracing ist die Leistung. Strahlen für jedes Pixel zu schießen und dann weitere Strahlen für Reflexionen und Schatten zu schießen, erfordert enorme Rechenleistung. Frühe raytracete Bilder brauchten Stunden zum Rendern, selbst für einfache Szenen. Moderne Hardware mit dedizierten Raytracing-Kernen, wie Nvidia RTX, hat Echtzeit-Raytracing möglich gemacht, aber es ist immer noch teurer als traditionelle Rasterisierung.

Raytracing ist die Grundlage der meisten modernen VFX-Renderer. Arnold, RenderMan, V-Ray und Cycles verwenden alle Raytracing als ihren Kernalgorithmus. Der Unterschied zwischen ihnen liegt darin, wie sie den Raytracing-Prozess optimieren, wie sie mehrere Abpraller handhaben und wie sie Rauschen reduzieren. Aber das grundlegende Konzept, Strahlen von der Kamera zu schießen, ist bei allen gleich.