RayTracing - kann mir jemand erklären...

[Blue Cobold]

Ich glaub da hat auch jemand keine Vorstellung, was Raytracing eigentlich ist und wie GPUs Polygone rasten. Die letzte lange Anwort von starcow ist jedenfalls so abstrus, dass ich gar nicht wüsste, wo ich zuerst widersprechen soll und wie lange die ganzen Erklärungen wohl dauern würden.
Schnapp Dir ein paar Erklärungen von Google, was Raytracing eigentlich ist und wie es arbeitet. Projektion von 3D-Polygonen auf eine 2D-Fläche ist es jedenfalls nicht.

[starcow]

Ich glaub da hat auch jemand keine Vorstellung, was Raytracing eigentlich ist und wie GPUs Polygone rasten. Die letzte lange Anwort von starcow ist jedenfalls so abstrus, dass ich gar nicht wüsste, wo ich zuerst widersprechen soll und wie lange die ganzen Erklärungen wohl dauern würden.
Schnapp Dir ein paar Erklärungen von Google, was Raytracing eigentlich ist und wie es arbeitet. Projektion von 3D-Polygonen auf eine 2D-Fläche ist es jedenfalls nicht.

Naja, eigentlich ist mir im wesentlichen schon klar, wie das Prinzip der Strahlenverfolgung funktioniert. Und ich kann mir auch gut vorstellen, weshalb es eine weile dauert, wenn ich X-Millionen Ray's von der Kamera heraus in die Szene schiessen muss.
Darum ging es mir auch gar nicht. Mich hätte die Diskussion interessiert, ab wann Raytracing gar keinen Sinn macht, weil ich mit einer anderen Methode die selben Resultate in Echzeit bekommen würde.
Wieso du aber meine Antwort gleich als abstrus bezeichnest, kann ich nicht nachvollziehen. Ich bin der Meinung das man daraus mehr oder weniger ablesen kann, worum es mir ging. Und erlichgesagt fühle ich mich jetzt bisschen als Dummkopf und oder als jemand ohne Engagement (der zu bequem ist sich mal schnell par Doc's durchzulesen) von dir abgestempelt.
Wieso sprichst du den plötzlich von mir in der dritten Person?
Aber nichts für ungut. Es war nicht meine Absicht hier irgend wen zu nerven.

Gruss starcow

[TGGC]

Merk dir einfach Folgendes:
In normalen Spielen wird der Vorgang eines Maler simuliert. Der sagt z.b. ich male erst einen blauen Hintergrund. Dann male ich eine Hauswand mit Steintextur. Da die von der Sonne wegzeigt, ist die dunkel. Jetzt male ich ein Hausdach mit roten Ziegel, das zeigt zur Sonne und ist deswegen heller usw.

Dein Raytracer hingegen simuliert die Aufnahme eines Fotos mit einer Kamera in dem es den Film nimmt und von da aus den potentiellen Weg eines Lichteilchens verfolgt, bis er irgendwann vielleicht auf eine Lichtquelle trifft.

Das direkt zu vergleichen ist ziemlich nutzlos.

[starcow]

Merk dir einfach Folgendes:
In normalen Spielen wird der Vorgang eines Maler simuliert. Der sagt z.b. ich male erst einen blauen Hintergrund. Dann male ich eine Hauswand mit Steintextur. Da die von der Sonne wegzeigt, ist die dunkel. Jetzt male ich ein Hausdach mit roten Ziegel, das zeigt zur Sonne und ist deswegen heller usw.

Dein Raytracer hingegen simuliert die Aufnahme eines Fotos mit einer Kamera in dem es den Film nimmt und von da aus den potentiellen Weg eines Lichteilchens verfolgt, bis er irgendwann vielleicht auf eine Lichtquelle trifft.

Das direkt zu vergleichen ist ziemlich nutzlos.

Ein guter und einprägsamer Vergleicher TGGC, danke :-)
Auch wenn ich mich hier total blamiere, muss ich doch nochmal nachfragen:

Ich möchte nur die Ergebnisse vergleichen - (also nur die Pixel aus dem das gerenderte Bild besteht).
Ist es den per se ausgeschlossen, das ich mit beidem Methoden zum selben Ergebnis komme?

Schlussendlich füttere ich den Renderer ja mit dem selben Typ an Daten.
- Texturen
- Lichter

Wenn ich jetzt unter Bestimmten Bediungen die Ergebnisse gleich ausfallen würden (oder nahezu gleich, so das mit dem Auge kein Unterschied mehr auszumachen ist), dann wäre das doch eine sehr interessante Frage. Vorallem wenn das eine Bild x-1000 mal schneller gerendert wäre.
So könnte man dann auch sagen, das bei bestimmten Szenen es total "unwirtschaftlich" ist ein RayTracer einzusetzen.

Ausprobieren kann ich es leider nicht, da ich nur MentalRay habe...

Gruss starcow

[dot]

Wenn du beim Raytracer nur bis zum ersten Treffer gehst, dann ist das Ergebnis beider Methoden völlig gleich. Und dann man kann aber z.B. auch so Dinge machen wie erst rasterisieren und in der Berechnung der Farbwerte der einzelnen Pixel dann aber Raytracing einsetzen...

[TGGC]

Wenn ich jetzt unter Bestimmten Bediungen die Ergebnisse gleich ausfallen würden (oder nahezu gleich, so das mit dem Auge kein Unterschied mehr auszumachen ist), dann wäre das doch eine sehr interessante Frage.

Was genau "wäre doch eine sehr interessante Frage"?

So könnte man dann auch sagen, das bei bestimmten Szenen es total "unwirtschaftlich" ist ein RayTracer einzusetzen.

Ja koennte man. Und bei bestimmten ist genau das Umgekehrte der Fall (wie z.b. bei dem im Video gezeigten). Und nun?

[starcow]

Wenn du beim Raytracer nur bis zum ersten Treffer gehst, dann ist das Ergebnis beider Methoden völlig gleich. Und dann man kann aber z.B. auch so Dinge machen wie erst rasterisieren und in der Berechnung der Farbwerte der einzelnen Pixel dann aber Raytracing einsetzen...

Ok, gut zu wissen.

Wenn ich jetzt unter Bestimmten Bediungen die Ergebnisse gleich ausfallen würden (oder nahezu gleich, so das mit dem Auge kein Unterschied mehr auszumachen ist), dann wäre das doch eine sehr interessante Frage.

Was genau "wäre doch eine sehr interessante Frage"?

Die Interessante Frage wäre dann für mich, wo diese Grenze liegt. Oder salop ausgedrückt: Wenn ich gewisse Aspekte im Gestalten der Szene beachte, kann ich mir sicher sein, das später optisch keinen Unterschied erkennbar ist, wenn ich vom Raytrace Renderer auf einen GPU-Rasterzier welchslen würde.

So könnte man dann auch sagen, das bei bestimmten Szenen es total "unwirtschaftlich" ist ein RayTracer einzusetzen.

Ja koennte man. Und bei bestimmten ist genau das Umgekehrte der Fall (wie z.b. bei dem im Video gezeigten). Und nun?

Das war mir nicht klar. Weil ich in meiner Unwissenheit bislang immer davon ausgegangen bin, das ein Bild das per RayTracing gerechnet wurde immer erkennbar "besser" aussieht. :mrgreen:

[dot]

Ein Grundproblem mit deiner Fragestellung ist, dass "Ray Tracing" und "Rasterisierung" beide extrem weit gefasste Überbegriffe sind. "Ray Tracing" bezeichnet erstmal nur eine Klasse von Algorithmen, die eben auf der Idee, Strahlen in eine Szene zu schicken basieren. Von allen möglichen Verfahren zur Bildsynthese bis zur wissenschaftlichen Simulation zur Schallausbreitung ist da alles drin. Gleich wie "Rasterisierung" so ziemlich jeden Algorithmus bezeichnen kann, der kontinuierliche Dinge auf ein diskretes Signal abbildet.

Bei "Rasterisierung" ist ja noch relativ klar, was genau du meinst, aber "Ray Tracing" kann im Kontext mit Grafik irgendein extrem simples Ding sein das Bilder generiert, die aussehen wie aus den 80ern, genauso wie ein wahnsinnig komplexes Teil, das photorealistic Rendering betreibt. "Ray Tracing" ist einfach nicht gleich "Ray Tracing" und wie du dir sicher denken kannst, fällt es schwer, da dann irgendwelche allgemeinen Aussagen zu treffen. Ray Tracing und Rasterisierung überschneiden sich in ihren Anwendungen zwar ein wenig, stehen aber eigentlich nicht wirklich in direkter Konkurrenz zueinander, sondern ergänzen sich viel eher. Es macht also eigentlich von vornherein nicht unbedingt soviel Sinn, darüber zu diskutieren, welches Verfahren nun ab wann genau "besser" ist, als das für dich vielleicht im Moment den Anschein haben mag...

[starcow]

Ein Grundproblem mit deiner Fragestellung ist, dass "Ray Tracing" und "Rasterisierung" beide extrem weit gefasste Überbegriffe sind. "Ray Tracing" bezeichnet erstmal nur eine Klasse von Algorithmen, die eben auf der Idee, Strahlen in eine Szene zu schicken basieren. Von allen möglichen Verfahren zur Bildsynthese bis zur wissenschaftlichen Simulation zur Schallausbreitung ist da alles drin. Gleich wie "Rasterisierung" so ziemlich jeden Algorithmus bezeichnen kann, der kontinuierliche Dinge auf ein diskretes Signal abbildet.

Bei "Rasterisierung" ist ja noch relativ klar, was genau du meinst, aber "Ray Tracing" kann im Kontext mit Grafik irgendein extrem simples Ding sein das Bilder generiert, die aussehen wie aus den 80ern, genauso wie ein wahnsinnig komplexes Teil, das photorealistic Rendering betreibt. "Ray Tracing" ist einfach nicht gleich "Ray Tracing" und wie du dir sicher denken kannst, fällt es schwer, da dann irgendwelche allgemeinen Aussagen zu treffen. Ray Tracing und Rasterisierung überschneiden sich in ihren Anwendungen zwar ein wenig, stehen aber eigentlich nicht wirklich in direkter Konkurrenz zueinander, sondern ergänzen sich viel eher. Es macht also eigentlich von vornherein nicht unbedingt soviel Sinn, darüber zu diskutieren, welches Verfahren nun ab wann genau "besser" ist, als das für dich vielleicht im Moment den Anschein haben mag...

Ok, das klingt schon schlüssig. Da wirst du bestimmt auch recht haben, dass man diese Fragen wohl so gar nicht stellen kann - bzw. das sie so nur wenig Sinn ergibt.
Da ist dann meine Vorstellung des Rendering-Prozess wohl doch noch viel zu wage und sicher teils auch falsch.

Erneut aufgekommen ist bei mir diese Frage, als ich Bilder aus den neusten Game-Engines und Grafik-Engines zum ersten mal gesehen habe.
Da musste ich mich schon ernsthaft fragen, wieso ich (und andere Grafiker die ich so kenne) für ne kurze Sequenz nach wie vor min. 1 - 2 Tage warten müssen, wenn solche Engines mitlerweile nahezu fotorealisitsche Ergebnisse in Echtzeit liefern können.
Ein grosser Unterschied zwischen Realtime CutSzenes und "gerenderten" Cinematic's kann ich jedenfalls nicht mehr erkennen. Lediglich vielleicht der etwas reduzierte Polycount ist je nach Situation noch zu erknnen. (hier mal ein Beispiel, was ihr bestimmt schon kennt)
http://www.youtube.com/watch?v=oL21I1t2MO4

Da hat sich dann natürlich eine solche Frage regelrecht "aufgedrängt": Wo den nun noch die Unterschiede zum alten Dinosaurier MentalRay liegen.
Tatsache ist leider, dass ich so oder so in den meisten Fällen auf GI und Softshadows in animierten Sequenzen verzichten muss. Es kostet einfach schlicht zu viel Zeit. Und >1h Render-Time pro Frame mit AreaLights (also Softshadows) und GI+FG ist unter MentalRay leider eher die Regel als die Ausnahme (auch bei eher trvialen Szenen). Da heisst es dann einfach in der Praxis: Kein GI, und nur Harte Schatten.
Nur finde ich, das ohne GI und ohne SoftShadows der Vergleich mit Bildern aus aktuellen Game-Engines (mit dem selben Content) auch nicht mehr so weit weg ist.
Aber um z.b einem Produzenten dann tatsächlich Vorzuschalgen seine Sequenz z.b in Unity rauszurendern, müsste man dann schon sehr genau wissen wo die Unterschiede (rein optisch) liegen. :mrgreen:
Selbst von Laien kriegt man ja zu hören, das die Grafik aus Filmen "eine andere sei" als die von Spielen: "Das schaut toll aus! Das ist bestimmt gerendert!"
Ich frage mich aber, ob diese Aussage heute so überhaupt noch Sinn ergibt.
Weil dem Zuschauer ist es letzenendes ziemlich Egal, ob der Hollywood-Effekt tatsächlich mit der Unity-Engine gerendert wurde, oder mit Arnold. Was entscheidend ist, ist das optische Ergebnis. Und dieses kann man immer miteinander vergleichen.

Gruss starcow

[Chromanoid]

Was Du nicht vergessen solltest ist, dass viele Spiele nur deshalb in Echtzeit so gut aussehen, weil viel Zeit in Vorausberechnung investiert wird. Gerade die Darstellung statischer Geometrie wird dadurch sehr oft gesteigert und das oft mit ähnlichen Mitteln wie beim Filme Rendern. So kann auch das Vorbereiten des "Levels" mehrere Tage Rechnen bedeuten kann. Viele Studios haben deshalb wie in der Visual effects/3D Film Industrie große Rechenzentren. CodingCat hat da neulich mal auf einen sehr interessanten Vortrag verwiesen:
[youtube]ajzmr6g76s8[/youtube]

[dot]

So gut die Grafik in deinem Video auch ist, ich bezweifle, dass sie gut genug wäre um z.B. für Kinozuschauer im Jahre 2013 glaubhafte Visual Effects zu produzieren. Es ist eine Sache, wenn alles gerendert ist und eine ganz andere Sache, wenn Dinge z.B. mit Filmmaterial gecomped werden sollen. Wir können viele Effekte heutzutage schon relativ gut in Echtzeit realisieren, aber bei den meisten aufwändigeren Effekten handelt es sich da am Ende des Tages immer noch um billige Fakes von Fakes. Sieht vielleicht auf den ersten Blick überzeugend aus, aber Global Illumination, insbesondere Dinge wie subsurface Scattering, participating Media, selbst Ambient Occlusion oder auch Motion Blur, Depth of Field und sogar einfach nur Schatten sind alles andere als gelöste Probleme...

[TGGC]

Die Interessante Frage wäre dann für mich, wo diese Grenze liegt.

Was genau fuer eine Grenze meinst du?

[Blue Cobold]

Ich denke, dass das ein ganz guter Vergleich ist. So hübsch Bilder aus Spielen auch sind, aber einem Kinozuschauer würde immer auffallen, dass da was nicht stimmt. Wie ich schon sagte, z.B. SSAO ist eben kein raytracing-AO und die Unterschiede sieht man massiv.
Genau die Dinge, die ein Bild hyper-realistisch machen, sind meist leider aber auch die Dinge, die richtig viel Zeit zur Berechnung brauchen und die auf GPUs zwar irgendwie nachgemacht werden können, aber eben nur irgendwie. Es gibt da immer einen mal größeren mal geringeren Unterschied zu den Ergebnissen eines Raytracers. Der Unterschied ist vor allem auch der, dass z.B. Normalmaps und diese ganzen Spielereien auf einer GPU oft vorher erst mit einem Raytracer erzeugt werden, weil eben nur der die ganzen Details und das korrekte Aussehen überhaupt hinbekommt. Diese Maps benutzt man dann in den Spielen, um mehr Details vorzugaukeln, als da sind. Das sieht man dann eventuell aber auch, weil ein Bump-Map-Fußboden plötzlich sehr nass oder wie aus Plastik wirkt.
Am Stärksten fällt es mir persönlich eben immer bei Global Illumination (z.B. AO) auf. Da sind da an Kanten Schatten, wo ein Raytracer keine errechnet hätte oder es fehlen eben dort welche, wo ein Raytracer ein paar hinzugefügt hätte. Speziell in Ecken von Räumen kommt es oft zu merkwürdigen "dunklen Rändern" entlang der Kanten. Das sieht bei einem Raytracer ganz anders aus - in echten Räumen sieht man solche Kanten zudem ebenfalls nie.

[starcow]

Die Interessante Frage wäre dann für mich, wo diese Grenze liegt.

Was genau fuer eine Grenze meinst du?

Ich meinte damit eine Grenze, aber der man hätte sagen können, das die gerenderten Bilder der Szene nun deutlich erkennbare Unterschiede aufweisen - je nachdem ob ich nun eine Game-Engine oder eben MentalRay verwende.

So hätte ich versuchen können möglichst gute Ergebnisse zu erzielen, die nahezu in Echtzeit berechenbar gewesen wären. Oder das ich zumindest wüsste, das ich mit dem Zuschalten von "Parameter X" in den MetalRay Optionen, zwar ein wesentliches besseres Bild bekommen würde, dies aber dann teuer wird, da das Ergebnis in einer Game-Engine doch ein deutlich anderes wäre. So hätte ich dann auch versucht möglichst lange auf dem Pfad "In-Echtzeit-berechenbar" zu wandeln :-).
Aber es hat sich ja herausgestellt, das dies keinen Sinn macht, da die Ergebnisse immer total anders sind und man Bilder aus "Echtzeit-Engines" nicht mit Bilder aus Mental-Ray o.ä. vergleichen kann - egal welchen Parameter ich da zu- oder abschalte.

Gruss starcow

[Schrompf]

Die CryEngine 3 z.B. wirbt explizit mit dem, was Du Dir wünschst: nahezu die selben Ergebnisse wie ein richtiger Raytracer, aber in Echtzeit. Nur müsstest Du da halt wie für ein Spiel modellieren - keine ZBrush-Models direkt in den Renderer hauen, sondern ordentlich unwrappen, Normals backen usw. Die Arbeitsmethoden sind also doch ziemlich unterschiedlich.

[starcow]

Hmmmm... Das macht mich jetzt doch recht neugierig! So ein 1:1 vergleich zwischen MentalRay und CryEngine 3 wäre bestimmt spannend.
Vom Workflow müsst ich da vermutlich nicht mal gross was ändern.

HiRes Mesehes direkt aus ZBrush oder Mudbox in Softimage / Maya reinzuladen und dann rauszurendern ist in der Praxsis sowieso in den seltensten Fällen sinnvoll. Wenn man was riggen / animieren will eigentlich gar unmöglich. Für Still's kanns unter Umständen noch klappen. Doch Meshes >1M ist zu importieren und die Szene zu editieren ist einfach nen Krampf und kann nur ne Notlösung sein.

Der gängie Workflow ist daher auch bei Filmen:
- Sculpting Zbrush /Mudbox
- Retopo mit Topogun
- Rigging / Animation / Shading in Softimage / Maya etc.
Normalmaps / AOC / Displacement muss man also so oder so rausrendern.

Demnach dürfte sich das eigentlich doppelt lohnen, mal einen Test in einer modernen Game-Engine zu machen.

Gruss starcow

[Jonathan]

Naja, die Frage ist, bis wohin man darüber diskutiert und wann man anfängt, es einfach zu machen. Weil dann sieht man halt am ehesten die Grenzen und Unterschiede. Wäre vielleicht sogar ein nettes Thema für eine Abschlussarbeit oder so.