Ray Tracing

Licht, das Physik versteht. Ray Tracing ist der Grund, warum moderne 3D-Renderings von echten Fotos kaum zu unterscheiden sind. Das Verfahren simuliert, was in der realen Welt passiert: Licht trifft auf eine Oberfläche, wird reflektiert, gebrochen oder absorbiert. Die Software verfolgt diesen Weg für jeden einzelnen Pixel im Bild.

Technisch funktioniert Ray Tracing rückwärts. Statt Lichtstrahlen von der Lichtquelle zur Kamera zu verfolgen – was extrem ineffizient wäre – schickt die Software Strahlen von der Kamera in die Szene. Trifft ein Strahl auf eine Oberfläche, berechnet die Software, wie viel Licht von dort zur Kamera zurückgeworfen wird. Bei reflektierenden Materialien folgt der Strahl der Spiegelung. Bei transparenten Materialien wie Glas wird er gebrochen und ändert seine Richtung.

Der Unterschied zu älteren Rendering-Verfahren wie Rasterization ist fundamental. Rasterization projiziert Objekte pixelweise auf den Bildschirm – schnell, aber ohne physikalisch korrekte Reflexionen, Schatten und Lichtbrechung. Ray Tracing berechnet jedes Lichtphänomen einzeln. Das dauert länger, liefert aber Ergebnisse, die physikalisch korrekt sind.

Global Illumination erweitert Ray Tracing um indirektes Licht. Ohne GI sieht eine Szene aus, als gäbe es nur direktes Licht – harte Schatten, keine Farbabstrahlung zwischen Objekten. Mit GI wird berechnet, wie Licht von Wänden, Böden und Objekten zurückgeworfen wird und andere Oberflächen beleuchtet. Rotes Licht, das von einer roten Wand reflektiert, färbt benachbarte Objekte leicht rötlich – genau wie in der Realität.

Moderne GPU-beschleunigte Render Engines wie Redshift, Octane oder Blender Cycles nutzen Ray Tracing auf der Grafikkarte. Das beschleunigt die Berechnung erheblich gegenüber CPU-basiertem Rendering. Für Projekte mit engen Deadlines kommen zusätzlich Render Farms zum Einsatz.

Seit 2018 unterstützen auch Gaming-Grafikkarten Hardware-beschleunigtes Ray Tracing. Real-Time Rendering mit Ray Tracing ist damit möglich – allerdings mit Kompromissen bei der Strahlenzahl und Bildqualität. Für PBR-Rendering in der Produktvisualisierung bleibt Offline-Ray-Tracing der Standard, weil hier maximale Qualität vor Geschwindigkeit steht.

Bei FIUMU nutzen wir Ray Tracing für jede 3D-Visualisierung und jedes Produktrendering. Es ist der technische Kern, der unsere Renderings fotorealistisch macht – Reflexionen in Metalloberflächen, Lichtbrechung in Glas, weiche Schatten unter Produkten.