RTX und Raytracing erklärt: Revolution der Spielegrafik

Was ist RTX und Raytracing?

Raytracing, auch als Strahlenverfolgung bekannt, ist eine Rendering-Technologie, bei der das Verhalten von Licht und Schatten in virtuellen Szenen simuliert wird, um fotorealistische Grafiken zu erzeugen. Während in Videospielen die klassische Rasterisierung das Bild aus einzelnen Dreiecken zusammensetzt und Licht mit Tricks wie SSAO (Screen Space Ambient Occlusion) simuliert, sendet Raytracing "virtuelle Lichtstrahlen" von der Kamera in die Szene. Diese Strahlen überprüfen die Schnittpunkte mit Objekten und Lichtquellen, wodurch eine präzise Berechnung von Beleuchtung, Reflexionen und Schatten möglich wird. Das Ergebnis sind realistische Lichteffekte, weiche Schatten, Lichtreflexe und Spiegelungen, die weit über die Möglichkeiten herkömmlicher Methoden hinausgehen.

Wie funktioniert Raytracing?

Beim Raytracing werden für jeden Pixel der Szene ein oder mehrere Lichtstrahlen von der virtuellen Kamera ausgesandt. Trifft ein Strahl auf ein Objekt, werden dessen Eigenschaften wie Farbe, Material und Oberflächennormale an der Schnittstelle berechnet. Anschließend können von diesem Punkt aus Sekundärstrahlen zu Lichtquellen (für Schatten) oder zu reflektierenden Oberflächen (für Spiegelungen) erzeugt werden. Im Gegensatz zur Rasterisierung, bei der Beleuchtung und Schatten durch zusätzliche Effekte simuliert werden, ermöglicht Raytracing eine physikalisch korrekte Darstellung der Lichtausbreitung - inklusive Reflexion, Brechung und Streuung. In einer schematischen Darstellung verlässt beispielsweise ein grüner Strahl die Kamera, trifft auf eine Kugel und erzeugt dann einen Schattenstrahl (lila) zur Lichtquelle. Das sorgt für deutlich realistischere Bilder, erfordert aber wesentlich mehr Rechenleistung als die klassische Rendering-Methode.

Was ist NVIDIA RTX?

RTX (Ray Tracing eXtreme) ist eine Marke von NVIDIA, die für Hardware-beschleunigtes Raytracing steht. Die ersten NVIDIA-Grafikkarten mit RTX-Technologie (Turing-Architektur, GeForce RTX 20-Serie) kamen Ende Sommer 2018 auf den Markt. Diese Grafikkarten verfügen über spezielle RT-Kerne zur Beschleunigung von Strahlen-Schnittpunkten mit der Szenengeometrie sowie Tensor-Kerne für KI-Aufgaben wie DLSS. Gemeinsam mit Microsoft entwickelte NVIDIA das DirectX Raytracing API (DXR), wodurch PC-Spiele RTX-Kerne für Echtzeit-Raytracing nutzen können. Das Ergebnis: Die Grafik wird dynamischer, Szenen reagieren auf Lichtveränderungen und Tageszeiten, während Reflexionen und Schatten in Echtzeit aktualisiert werden - ganz ohne langwierige Vorberechnungen.

Rasterisierung vs. Raytracing (SSAO)

Vor der RTX-Ära nutzten nahezu alle 3D-Spiele die Rasterisierung - eine schnelle Methode, bei der Polygone auf den Bildschirm projiziert und mit Z-Buffer korrekt überlagert werden. Licht- und Schatteneffekte werden durch Shader und zusätzliche Rendering-Durchläufe wie SSAO erzeugt. SSAO ist ein Trick, der globale Abschattung in Ecken simuliert, aber nur das bereits gerenderte Bild nutzt. Solche Methoden liefern nur eine grobe Annäherung an echtes Schattenverhalten. Raytracing hingegen berechnet die Beleuchtung physikalisch korrekt, berücksichtigt alle Lichtquellen, Oberflächenfarben und Mehrfachreflexionen. Während bei SSAO eine Raumecke einfach abgedunkelt wird, simuliert Raytracing, wie Licht durch diese Öffnung in den Raum fällt. RTX-Effekte sorgen so für realistische Farbabstrahlung, weiche Schatten von Lichtquellen verschiedener Formen und präzise Spiegelungen - sowohl glänzend als auch matt.

Beispiele für Spiele mit RTX-Unterstützung

Raytracing mit RTX findet sich immer häufiger in modernen Spielen. Zu den ersten Projekten mit realistischem Raytracing gehörten Metro Exodus (2019, globale Beleuchtung) und Shadow of the Tomb Raider (2018, Schatten). Später folgten Battlefield V (realistische Reflexionen auf Wasser und Metall) und Control (Fokus auf Schatten und Reflexionen im Innenraum). Besonders bekannt ist Cyberpunk 2077 (2020) - das erste Spiel, das Raytracing für alle wesentlichen Effekte nutzt. Hier sorgt RTX für globale und diffuse Beleuchtung, spiegelnde und matte Reflexionen sowie präzise Schatten und Lichtreflexe. Neuere Titel wie Watch Dogs: Legion und der Remaster von Shadow of the Tomb Raider haben zwischen 2021 und 2022 RTX-Modi integriert, die schöne Spiegelungen und Schatten bieten.

Vorteile von RTX

Raytracing mit RTX bietet zahlreiche Vorteile für die Grafikqualität. Die Szenen wirken authentischer, Objekte erhalten dank natürlicher Schatten und Lichtreflexe mehr Tiefe. Reflexionen auf Wasser und Glas sind akkurat, matte Flächen können dezente Glanzlichter zeigen - etwas, das bei herkömmlicher Rasterisierung kaum möglich ist. Metallische Oberflächen glänzen realistisch, Licht von Laternen und Neonreklamen breitet sich physikalisch korrekt aus und beleuchtet Hindernisse und Flächen. In Control beispielsweise "erweckt" Raytracing Innenräume zum Leben: Reflexionen erscheinen auf Wänden und Möbeln genau dort, wo sie hingehören. In Minecraft RTX werden sogar die Innenräume von Gebäuden indirekt vom Sonnenlicht beleuchtet - ein Effekt, der mit klassischen Methoden nicht zu erreichen ist. Insgesamt wirken Szenen reicher, atmosphärischer und profitieren von volumetrischer Lichtverteilung sowie farblicher Beeinflussung zwischen Oberflächen.

Anforderungen an Grafikkarten und Performance

Der größte Nachteil von RTX ist der erhebliche Leistungsbedarf. Echtzeit-Raytracing erfordert enorme Rechenpower, weshalb für ein flüssiges Spielerlebnis meist High-End-RTX-Grafikkarten (ab der 20er- oder 30er-Serie) notwendig sind. So erreicht beispielsweise Cyberpunk 2077 mit aktiviertem Raytracing auf Ultra (2560×1440, RTX + DLSS Quality) selbst mit einer GeForce RTX 3070 oder 2080 Ti oft nur ca. 50 FPS - ohne RTX sind problemlos 60+ FPS möglich. In Control sinkt die Bildrate mit RTX ohne DLSS auf einer RTX 2080 Ti bei 4K unter 24 FPS, wohingegen DLSS einen Leistungsschub von bis zu 80 % bringt und die Framerate nahe 60 FPS liegt. Auch ein leistungsstarker Prozessor und viel Arbeitsspeicher sind Voraussetzung. Bestimmte RTX-Effekte lassen sich auf älteren GTX-Karten per Software (DXR) emulieren, allerdings bricht die Performance dabei noch stärker ein. Volles Raytracing empfiehlt sich nur auf Grafikkarten mit speziellen RT-Kernen. Oft wird ein Kompromiss gewählt: RTX in Kombination mit DLSS (KI-basiertes Upscaling), um die Bildrate bei minimalem Qualitätsverlust zu erhöhen.

Geschichte von RTX und Raytracing in Spielen

Die Idee von Raytracing entstand bereits in den 1960er- und 1970er-Jahren und fand lange Zeit vor allem im Film- und Animationsbereich für fotorealistisches Rendering Anwendung. Im Gaming-Bereich wurde echtes Raytracing erst mit NVIDIA RTX möglich: 2018 stellte NVIDIA auf der Gamescom seine Turing-Architektur (GeForce RTX 20-Serie) mit RT-Kernen vor. Erste RT-Shader-Unterstützung gab es in Beta-Treibern für Grafikkarten der Pascal- und Turing-Generation (GeForce 10 und 16), doch fehlende Hardware-Kerne sorgten für enorme Performance-Einbußen. Die ersten wichtigen Spielebeispiele erschienen 2019: Battlefield V mit Echtzeit-Reflexionen, Metro Exodus mit globaler Beleuchtung und Shadow of the Tomb Raider mit Raytracing-Schatten. 2020 folgte Cyberpunk 2077, das erstmals ein vollständiges RTX-Effektpaket bot. Danach kamen Titel wie Minecraft RTX (mit eigener RTX-Edition) und diverse Unreal-Engine-4/5-Projekte (z. B. Call of Duty: Warzone, Fortnite, Watch Dogs Legion). Mit neuen Grafikkartengenerationen (Ampere - RTX 30, 2020; Ada Lovelace - RTX 40, 2022) stieg die Raytracing-Performance stark an. Auch AMD zog nach: Seit der RDNA2-Architektur (Radeon RX 6000, 2020) bieten auch deren Karten Raytracing-Beschleunigung. Heute gilt Raytracing als eine der Schlüsseltechnologien für moderne Spielegrafik und ersetzt nach und nach viele ältere Rendering-Methoden in hochwertigen Titeln.

Fazit

RTX ist eine Sammlung moderner NVIDIA-Technologien zur Beschleunigung von Raytracing in Spielen und Anwendungen. Sie sorgt für realistische Darstellungen durch physikalisch korrekte Beleuchtung, Schatten und Reflexionen. Im Vergleich zu klassischer Rasterisierung und SSAO ist der Effekt deutlich glaubwürdiger, erfordert jedoch leistungsstarke Hardware. Zu den bekanntesten Spielen mit RTX gehören Cyberpunk 2077, Minecraft RTX, Control und viele weitere, in denen die Technologie besonders eindrucksvoll zur Geltung kommt. RTX bietet einen beeindruckenden visuellen Wow-Effekt und etabliert sich zunehmend als neuer Standard für Grafikoptionen in modernen AAA-Spielen.