Echtzeit-Ray-Tracing wird für Computerspiele interessant

Echtzeit-Raytracing für Computerspiele Quelle: Universität des Saarlandes

Eine neue, interaktive Visualisierungstechnik, das so genannte Echtzeit-Ray-Tracing, wird jetzt für die Welt der Computerspiele interessant. Informatikern der Universität des Saarlandes ist es erstmals gelungen, diese Technologie auf programmierbaren Graphikkarten, den GPUs, einzusetzen, so dass interaktives Ray-Tracing auch auf einem einzelnen Computer möglich wird.

Bisher mussten dafür mehrere PCs in einem Cluster zusammen geschaltet werden, um die enormen Rechenleistungen zu bewältigen. Mit dem neuen Ansatz wird diese Technologie auch für den Massenmarkt interessant und lässt für die Zukunft viel realistischere Computerspiele erwarten. Auf der CeBIT 2007 (15. bis 21. März) in Hannover werden die Computergraphiker um Prof. Dr. Philipp Slusallek die Technologie am Stand der Universität des Saarlandes und im Future Talk präsentieren.

Echtzeit-Ray-Tracing kann im Gegensatz zu bisherigen Methoden komplexe optische Beleuchtungseffekte automatisch und in Echtzeit simulieren. Der Spiele¬-Programmierer kann sich so vollständig auf das Design des Spielgeschehens konzentrieren. Durch Ray-Tracing werden Spiegelungen, Lichtbrechungen und indirekte Beleuchtung immer physikalisch korrekt wiedergegeben, so dass seine im Computer erzeugten Bilder immer naturgetreu aussehen. Die Automobil- und Flugzeugindustrie nutzt das Verfahren bereits, um ihre Produkte interaktiv und photorealistisch am Bildschirm zu entwickeln und Planungsfehler von vornherein zu vermeiden.

Für die Spieleindustrie war die benötigte hohe Rechenleistung von Ray-Tracing bisher ein Hindernis. Dies ändert sich jetzt: Durch neue Algorithmen und angepasste Datenstrukturen gelang es den Saarbrücker Computergraphikern erstmals die extrem hohe Rechenleistung von Graphikprozessoren (GPUs) effektiv auch für Ray-Tracing zu nutzen. Sie erreichen bei einfachen Szenen über 50 Mio. Strahlen pro Sekunde und selbst bei relativ komplexen Szenen noch mehr als 11 Mio. Strahlen - ein Faktor 30 schneller als die bisher besten Ergebnisse auf GPUs. Dabei werden noch gar nicht alle Optimierungen ausgenutzt, so dass eine weitere deutliche Beschleunigung zu erwarten ist.

Das neue Verfahren erlaubt es erstmals, auch komplexe optische Effekte in Spielen exakt zu simulieren statt wie bisher viele Tricks einzusetzen. Die Programmierer von Computerspielen können damit einzelne Objekte oder ganze Szenen durch Ray-Tracing viel realistischer darstellen. Vor allem wird das Design neuer Spiele stark vereinfacht, da jede Szene und beliebige Kombinationen von optischen Effekten automatisch und ganz ohne zusätzlichen Aufwand immer korrekt und realistisch dargestellt werden. Zusätzlich kann Ray-Tracing auch dazu benutzt werden, Kollisionen zu erkennen und zu vermeiden und die einfache Sicht in Spielen zu simulieren. Das wurde beispielhaft für das Spiel Quake-4 demonstriert.

Auf der CeBIT 2007 zeigen die Mitarbeiter von Professor Slusallek am Messestand der Universität des Saarlandes (Halle 9, Stand B 65) folgenden Themen:

- Echtzeit-Ray-Tracing auf GPUs: Automatischer Photorealismus für die Spiele-Entwicklung,
- Entwicklung eines speziellen Ray-Tracing-Chips (D-RPU) in ASIC-Technologie, um Ray-Tracing zukünftig auch auf einem einzelnen PC in Echtzeit berechnen zu können,
- schnelle und hochrealistische Darstellung von großen Landschaften (mehr als 81x81 km) mit Milliarden von Bäumen und Billionen von Blättern unter korrekter Beleuchtung von Sonne und Himmel,
- Anwendung der Ray-Tracing-Technologie in der Automobilindustrie zur realistischen Darstellung von Automodellen direkt aus den CAD-Systemen der Hersteller,
- Neue Ansätze um dynamische Szenen effektive mit Ray-Tracing darstellen zu können.

Die Ray-Tracing-Software, die das Spin-off-Unternehmen des Saarbrücker Lehrstuhls für Computergraphik, inTrace GmbH (www.inTrace.com), seit Mitte 2003 vermarktet, wird bereits bei Volkswagen, Audi, BMW, DaimlerChrysler, und Skoda eingesetzt. Vor zwei Jahren hat Volkswagen rund 20 Millionen Euro in zwei Visualisierungs¬zentren investiert, die mit der neuen Ray-Tracing-Technologie arbeiten. Auch der europäische Flugzeughersteller Airbus setzt bereits auf diese Technologie.
Auf der CeBIT 2007 wird Prof. Dr. Philipp Slusallek am Montag, 19. März um 10.30 Uhr im Future Talk (Halle 9, Stand A 60) einen Vortrag halten zum Thema: "Echtzeit-Darstellung von extrem großen Landschaften".

Quelle: Pressemitteilung Informationsdienst Wissenschaft e.V.