Ein Strahlenspiel
Fast jeder, der sich nicht für Games, sondern auch Videospielentwicklung und die Technik dahinter interessiert, wird schon einmal von Raytracing gehört haben. Übersetzt bedeutet das „Strahlenverfolgung“, denn genau darum geht es. Beim Raytracing werden tatsächlich Lichtstrahlen simuliert und wie sie sich in einer 3D-Szene bewegen. Allerdings: Dafür wird die Realität umgedreht. Die Berechnung geht nicht von Lichtquellen wie Lampen und Kerzen in einer Umgebung aus. Stattdessen wird beim Raytracing für jeden Punkt im Bild ein Strahl aus dem virtuellen Auge des Spielers – also die Sicht seines Ego-Shooter-Helden oder der virtuellen Kamera in der Third-Person-Perspektive – in die Umgebung geschickt. Dabei wird für jeden Strahl berechnet, ob und wie er reflektiert wird und zu welcher Lichtquelle er sich zurückverfolgen lässt. Diese Strahlen können direkt in einem dunklen Schattenbereich enden. Aber ebenso können sie vom Spielerauge aus auf einen Spiegel treffen, zu einer glänzenden Rüstung geworfen werden, die ihn wiederum zu einer Fackel schleudert, die als Lichtquelle dient.
Ja, Raytracing klingt komplex aber ist eigentlich einfach genial und genial einfach. Erdacht wurde Raytracing aber bereits in den 1960er Jahren von Forschern an der University of Maryland. Hersteller von Kameraobjektiven und Teleskopspiegeln nutzen das Konzept in einer vereinfachten mathematischen Form später, um ihre Arbeit zu optimieren, Brechungs- und Reflexionswinkel vorherzusagen. Aber im grossen Stil eingesetzt wurde sie lange nicht. Denn: Es geht nicht nur darum, den Weg von Lichtstrahlen nachzuverfolgen, sondern auch wie die Strahlen von den Oberflächen, auf die sie treffen, beeinflusst werden. Dunkle Materialien „nehmen Strahlkraft weg“, farbige Oberflächen absorbieren ein Teil des Farbspektrums – und „färben“ so das Licht –, Glas bricht die Strahlen und tiefschwarze Objekte können das Licht auch gänzlich „verschlucken.“ Erst dadurch werden in der Realität selbstverständliche Effekte möglich: loderndes Feuer, das sich auf einer Wasseroberfläche spiegelt; ein gerade abgestelltes Glas Whiskey, das das durchscheinende Licht tanzen lässt; eine glänzende Stahltür, die das Spiegelbild des Menschen verzerrt, während sie nach oben fährt. Die dahinterstehenden Algorithmen sind allerdings verzwickt und verlangen enorme Rechenkraft. Dennoch hat schon jeder Szenen und Bilder gesehen, die mit Raytracing erzeugt wurden.