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Analysen
Die erste Analyse dieses Bereichs: die zwei grundlegenden Wege, ein Bild einer dreidimensionalen Szene zu erzeugen. Kurz gesagt: Rasterisierung ist schnell und bildet die Grundlage der Echtzeitgrafik; Raytracing gibt Licht genauer wieder, war lange dem Offline-Rendering vorbehalten, wird aber zunehmend auch in Spielen eingesetzt.
Ausgangsfakten
Die Rasterisierung überführt die Dreiecke einer Szene in Bildschirmpixel und berechnet anschließend die Farbe jedes Pixels. Dieses Verfahren wurde in Grafikprozessoren über Jahrzehnte optimiert.
Raytracing simuliert den Weg von Lichtstrahlen: von der Kamera durch jedes Pixel in die Szene und weiter zu den Lichtquellen. So entstehen Spiegelungen, Brechungen und weiche Schatten auf natürliche Weise.
Seit 2018 bieten Consumer-Grafikkarten eine Hardwarebeschleunigung für Raytracing, und es wird in Echtzeit mit Rasterisierung kombiniert.
Vergleichskriterien
| Kriterium | Rasterisierung | Raytracing |
|---|---|---|
| Geschwindigkeit | Hoch, geeignet für Echtzeit | Geringer; in Echtzeit nur mit Hardwarebeschleunigung und Vereinfachungen |
| Spiegelungen und Brechungen | Näherungen und spezielle Techniken | Entstehen auf natürliche Weise |
| Globale Beleuchtung | Vorberechnung oder Näherungen | Natürlich in der Variante Pfadverfolgung (Path Tracing) |
| Einsatzgebiete | Spiele, Benutzeroberflächen, interaktive Grafik | Film, Visualisierung, zunehmend auch Spiele |
Praktische Beobachtungen
Aktuelle Projekte nutzen selten nur einen Ansatz in Reinform: Die Rasterisierung erzeugt das Grundbild, Raytracing ergänzt Spiegelungen, Schatten oder Beleuchtung.
Für Künstler ist es wichtiger zu wissen, welchen Renderer ein Werkzeug verwendet, als die Unterschiede der Algorithmen zu kennen: Davon hängen die Materialeinstellungen und die Wartezeit auf das Ergebnis ab.
Grenzen der Aussagen
Die Analyse beschreibt Prinzipien. Konkrete Geschwindigkeit und Qualität hängen von Implementierung, Hardware und Szene ab, deshalb nennen wir keine Vergleichszahlen.
Was noch offen ist
- Wie schnell die Pfadverfolgung (Path Tracing) ohne Vereinfachungen zum Standard in Spielen wird
- Wie neuronale Verfahren zur Bildrekonstruktion das Rendering verändern werden – die Ansätze entwickeln sich rasch
Verwandte Rubriken
- GeschichteChronologie der digitalen Grafik: von Sketchpad bis zum offenen Blender.
- LeselistenLesepfade für Einsteiger und alle, die tiefer einsteigen möchten.
- ArtikelThemenübersicht und Katalog künftiger Veröffentlichungen.
Quellen
- Lehrmaterialien von ACM SIGGRAPH
- Dokumentation von Grafikprozessor-Herstellern zu Raytracing
- Pharr, Jakob, Humphreys. Physically Based Rendering (offene Ausgabe)
Die Angaben entsprechen dem Stand zum Erstellungsdatum. Sollten Sie Ungenauigkeiten bei Daten oder Fakten finden, prüfen Sie bitte die unten genannten Primärquellen.