RayTracingVerfahren

RayTracingVerfahren bezeichnen eine Rendering-Methode, die das Verhalten von Licht in einer Szene durch das Nachzeichnen von Lichtstrahlen simuliert. Typischerweise werden Strahlen vom Kameraauge durch jedes Pixel in die Szene gesendet, und bei der ersten Berührung einer Oberfläche Licht erzeugt. Zusätzlich werden sekundäre Strahlen erzeugt, etwa für Spiegelungen, Brechungen und Schatten, wodurch indirektes Licht und globale Beleuchtung modelliert werden kann.

Der Kernalgorithmus umfasst die Abtastung von Strahlen: Für jeden Strahl wird der erste Schnittpunkt mit der Geometrie ermittelt; die Oberflächenmaterialien werden durch BRDFs oder Schichtmodelle beschrieben; der Strahl wird je nach Material reflektiert oder gebrochen, und Schattenstrahlen prüfen Lichtquellen. Die Rekursion wird durch eine maximale Tiefenbegrenzung oder Monte-Carlo-Verfahren gestoppt. Zur Reduzierung der Berechnungen kommen Beschleunigungsstrukturen wie Bounding Volume Hierarchies (BVH) oder KD-Bäume zum Einsatz.

Es gibt offline Varianten wie Path Tracing, das als Monte-Carlo-Integration globale Beleuchtung realistisch abbildet, sowie Echtzeit-Varianten mit Hardware-Beschleunigung (z. B. RTX/RT-Kerne, DirectX Raytracing, Vulkan Ray Tracing) und Denoising zur Rauschreduzierung. Hybridansätze kombinieren Rasterisierung für die Primärsichtbarkeit mit Ray-Tracing für Reflexionen, Brechungen und Schatten.

Nutzung und Herausforderungen: RayTracingVerfahren liefern realistische Beleuchtung, sind aber rechnerisch intensiv. Typische Anwendungen finden sich in Film und VFX, Architekturdarstellung sowie in fortgeschrittenen Gameplay-Titeln; Einschränkungen betreffen Renderzeiten, Rauschen und Speicherbedarf, weshalb oft Sampling-Strategien, Denoising und Hybridtechniken eingesetzt werden.