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StartseiteComputer und KommunikationFotorealistische Computergrafik in Echtzeit23.03.2019

Ray-Tracing-TechnikFotorealistische Computergrafik in Echtzeit

Beim Ray-Tracing verfolgen Computer-Nutzer den Lichtstrahl, der ihre Augen erreicht. So erhalten sie täuschend echte Effekte in der virtuellen Welt. In der digitalen Filmproduktion ist die Technologie schon bewährt, jetzt wird sie auch bei Computer-Spielen eingesetzt – in Echtzeit.

Von Achim Killer

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Das Nvidia Big Format Gaming Display hängt am 08.01.2018 auf der Consumer Electronics Show (CES) in Las Vegas (USA) bei einer Präsentation von Nvidia über einem Schrank. (picture alliance / Andrea Warnecke)
Chip-Hersteller Nvidia - hier vertreten mit einem Display auf der CES in Las Vegas - ist begeistert von der neuen Technik (picture alliance / Andrea Warnecke)
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"Wir ahmen die physikalischen Eigenschaften des Lichts nach und können so erstmalig Ray-Tracing in Echtzeit durchführen", sagt Jen-Sen Huang.

Ray-Tracing – die demonstrative Begeisterung des Nvidia-Chefs Jen-Sen Huang über diese Technologie ist schier grenzenlos. Ray heißt Strahl, to trace verfolgen. Der Computer-Nutzer verfolgt quasi den Lichtstrahl, der sein Auge erreicht. Er sieht, wo der Strahl reflektiert wird – da spiegelt’s – und wo er sich abschwächt, etwa, weil er durch eine virtuelle Nebelwand oder eine Milchglasscheibe fällt. Ganz wie in der Wirklichkeit. Deshalb ermöglicht denn auch die Ray-Tracing-Technologie fotorealistische Darstellungen auf dem Computer-Bildschirm – im Unterschied zur herkömmlichen Computer-Grafik, die oft gekünstelt wirkt. Bei der digitalen Filmproduktion hat sich Ray-Tracing schon seit langem bewährt. Dass sie auch für Computer-Spiele eingesetzt werden kann, ist hingegen neu. Ganz einfach, weil man sich für einen Film Wochen oder sogar Monate Zeit lassen kann. Für ein Computerspiel hingegen braucht man Ray-Tracing in Echtzeit. Und das geht nur mit sehr viel oder mit spezialisierter Hardware.

"Ray-Tracing lässt sich auch mit Software durchführen. So werden die meisten Animationsfilme erstellt. Die Software läuft dann auf vielen Prozessoren. Es gibt weltweit anderthalb Millionen Server, die auf diese Weise Filme rendern. Aber wir wollen solche Dinge schneller erledigen."

Fotorealistisches auf Geforce Now

Seit kurzem nun gibt es PC-Grafik-Karten mit Prozessoren von Nvidia, die Ray-Tracing in Echtzeit beherrschen. Sie haben wie üblich sehr viele Verarbeitungseinheiten und darunter eben auch einige spezialisierte. RT-Kerne heißen die - RT für Ray-Tracing. Älteren Grafikkarten will der Konzern per Software zur Ray-Tracing-Fähigkeit verhelfen - mittels Microsoft’s DirectX. Das aber ist wegen der damit verbundenen Einschränkungen wohl eher als Demo oder Marketing-Maßnahme gedacht. Seine Streaming-Plattform Geforce Now wiederum hat der Konzern ordentlich mit Hardware ausgestattet. Wer auf der Streaming-Plattform spielt und dann noch eines der wenigen Spiele erwischt, die es schon für Ray-Tracing gibt, der bekommt Foto-Realistisches zu Gesicht.

"Wir haben uns entschlossen, ein Aggregat zu entwickeln. In zehn der üblichen Server-Schränke bringen wir bis 1.280 Grafikprozessoren unter, alles mit schnellem Infiniband verbunden, sodass wir 10.000 Spieler gleichzeitig bedienen können."

Hardware-Basis für neuronale Netze

Nvidia liegt viel dran, dass auch andere Unternehmen derartige Systeme einsetzen, Systeme mit vielen Nvidia-Grafikprozessoren. Der Konzern hat ein Referenz-Design entwickelt. Und Unternehmen wie Cisco, Dell, Fujitsu und Lenovo integrieren und vertreiben die Systeme. CUDA läuft darauf, Nvidia’s GPGPU-Software. Das Kürzel steht für General Purpose Computing on Graphics Processing Units, die Schnittstelle zur Programmierung von Grafik-Prozessoren. Grafik-Prozessoren sind die wichtigste Hardware-Basis für künstliche neuronale Netze. Vorinstalliert sind denn auch jede Menge Bibliotheken für verschiedene Einsatzgebiete der künstlichen Intelligenz.
 
"Diese Aggregate sind vollständig integriert. Künstliche Intelligenz lässt sich so innerhalb einiger Stunden realisieren."

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