RTX am Limit

Freie Path-Tracing-Demo zeigt die Grenzen auf

Das Thema Raytracing wird uns nicht mehr loslassen. NVIDIA machte im Sommer 2018 mit den Turing-Karten den Anfang und seither hat sich die Technik in einem gewissen Rahmen weiterentwickelt. Der echte Durchbruch wird aber erst gelingen, wenn neben NVIDIA auch AMD und Intel eine Hardwarebeschleunigung anbieten können. AMD hat dies für die RDNA2-Architektur bereits bestätigt, ebenso wie Intel für die kommenden diskreten GPUs auf Basis der Xe-Architektur.

Doch Raytracing ist nicht gleich Raytracing. Grundsätzlich beschreibt Raytracing nur eine bestimmte Technik zur Berechnung von Lichtstrahlen. Aufgrund der aktuellen Leistungslimits der Hardware wird nicht die komplette Szene mittels Raytracing berechnet, sondern nur einzelne Effekte. Im Falle von Battlefield V und Wolfenstein: Youngblood sind es beispielsweise möglichst realistische Reflexionen. Metro: Exodus und Call of Duty: Modern Warfare berechnen eine möglichst realistische Ausleuchtung der Szene (Ray Traced Global Illumination). Die Konzentration auf gewisse Teilbereiche eines Frames umgeht die aktuell fehlende Rechenleistung zumeist noch.

Ein anderer Ansatz ist es ältere Spiele und Engines vollständig per Raytracing bzw. Pathtracing zu berechnen. Wie dies aussehen kann zeigt das bereits mehrere Jahre alte Projekt Q2VKPT, welches NVIDIA als Quake 2 RTX unterstützte und was entsprechend weiterentwickelt wurde. Aber auch hier findet noch kein vollständiges Pathtracing mit sagen wir 32 Samples pro Pixel statt, weil dies einfach zu rechenaufwendig wäre. Stattdessen kommen Filter zum Einsatz, was die Berechnungen deutlich effektiver gestaltet, ohne das dabei auf die Optik verzichtet werden muss.

Jacco Bikker (@j_bikker) von der Universität Utrecht hat eine erste Alpha-Version des Lighthouse-2-Benchmarks veröffentlicht, welche vollständig auf Pathtracing setzt (Brute Force Path Tracing). Filter wie bei Quake 2 RTX gibt es hier nicht und entsprechend aufwendig sind die Berechnungen. Zur Berechnung verwendet wird die RTX-Schnittstelle von NVIDIA. Nicht RTX-Karten verwenden die CUDA-Schnittstelle und sind aufgrund der fehlenden Hardwarebeschleunigung entsprechend langsam. Der Benchmark kann in seiner aktuellen Form ohne RTX und mit RTX (entweder mit 12 oder 32 Samples pro Pixel) berechnet werden.

Selbst mit einer GeForce RTX 2080 Ti läuft die Demo bei 12 spp aber mit nur 40 FPS. Bei 32 spp sind es nicht einmal 20 FPS. Im unten angehängten Video haben wir die drei Modi (ohne RTX, 12 spp und 32 spp) im Video festgehalten. Zwischendurch stoppt die Demo und berechnet den jeweiligen Frame mit so vielen Samples pro Pixel wie möglich – abhängig davon was die Hardware in einer gewissen Zeit ermöglicht.

Die Demo oder der Benchmark (im aktuellen Entwicklungsstand dürfte man eher von einer Technikdemo sprechen) zeigt recht eindrucksvoll, was aktuelle Hardware zu leisten im Stande ist – oder auch nicht. Das Rauschen zeigt, dass nicht jeder Pixel mehrfach berechnet werden kann. Die Tatsache, dass bei 12 spp gerade einmal 40 FPS erreicht werden, ist ein weiterer Indikator dafür.

Als Dozent verwendet Jacco Bikker Lighthouse 2 um die Methodiken für einen solchen Renderpfad zu vermitteln. Im aktuellen Stadium dient die Demo als Motivation sich mit dem Thema zu beschäftigen und neue Methoden zu entwickeln. Es soll aber auch eine Weiterentwicklung zu einem echten Benchmark geben, so dass dieser als Vergleichsbasis für zukünftige Hardware dienen könnte.