Was ist globale Beleuchtung in Spielen?

Globale Beleuchtung ist eine Beleuchtungstechnologie für 3D-Spiele, die versucht, Szenen realistischer erscheinen zu lassen, indem sie simuliert, wie sich Licht verhält, wenn es von Oberflächen reflektiert wird, um Objekte in der Nähe zu beleuchten. Einfachere Techniken basieren auf der sogenannten „direkten Beleuchtung”, bei der eine Lichtquelle ein Objekt und nichts anderes beleuchtet, was nicht der Funktionsweise von Licht in der realen Welt entspricht. Bei der globalen Beleuchtung oder „indirekten Beleuchtung” kann Licht von einem Objekt reflektiert werden und auch Objekte in der Nähe beleuchten, was viel realistischer und natürlicher wirkt.

Stellen Sie sich einen sonnigen Tag draußen vor, aber Sie blicken in einen dunklen Raum mit Fenstern entlang der Wand, und diese Fenster sind mit Verdunkelungsrollos versehen. Wenn Sie die Rollos hochziehen, strömt Sonnenlicht in den Raum. Bei Verwendung einfacher Beleuchtungstechniken würde das Licht auf den Boden fallen und dort harte Winkel bilden, sodass nur der Boden beleuchtet würde, und es würde wie ein Fenster auf dem Boden selbst oder wie ein Rechteck aus Licht aussehen.

Bei globaler Beleuchtung würde dieses Licht reflektiert werden und sowohl die Decke als auch den Rest des Raums erhellen. In dieser Situation und in der realen Welt wird der Boden zu einer Lichtquelle, wenn er genügend Licht hat, um auf nahegelegene Objekte zu fallen. Man kann sich vorstellen, dass der größte Teil des Raums durch das durch die Fenster einfallende Licht recht gut beleuchtet wird, anstatt nur den Boden zu erhellen. Wie das aussieht, können Sie im folgenden Video sehen.

Wie es aussieht, hängt vom Spiel und der Umsetzung der Beleuchtung ab, sodass die Ergebnisse sehr unterschiedlich ausfallen können. Was Sie nicht sehr oft sehen werden, sind wirklich harte Schatten, da sich Licht in der realen Welt normalerweise nicht so verhält. Nachfolgend finden Sie drei Beispiele dafür, wie es in modernen Spielen aussieht, damit Sie selbst beurteilen können, ob es Ihrer Meinung nach realistisch wirkt oder nicht.

Dieses Spiel bietet Global Illumination und Raytracing als Option zur Verbesserung an. Im Folgenden zeigen wir Ihnen, wie das aussieht.

Zunächst haben wir Raytracing deaktiviert und das Spiel mit globaler Beleuchtung auf den Einstellungen LOW und HIGH getestet. Wie Sie unten sehen können, gibt es praktisch keinen sichtbaren Unterschied. Die Lampe wirft einen sehr harten und unrealistischen Schatten um ihren Sockel herum, mit einer deutlichen Linie zwischen dem Bereich, der beleuchtet ist, und dem, der nicht beleuchtet ist.

Als Nächstes haben wir das vollständige Raytracing, auch bekannt als Path Tracing, aktiviert und die globale Beleuchtung auf HIGH belassen. Der Unterschied ist bemerkenswert. Wie Sie unten sehen können, wird das Licht nun um den Sockel der Säule, auf der die Lampe steht, gestreut und ist sehr diffus, im Wesentlichen über den gesamten Bereich verteilt, wobei das Licht von den Felswänden reflektiert wird und auch den Boden beleuchtet. Die zuvor vorhandenen harten Schatten sind verschwunden, und die Felswände rund um die Szene reflektieren das Licht in alle Richtungen.

Cyberpunk 2077 verfügt über Path Tracing, das eine globale Beleuchtung ermöglicht. Wenn Path Tracing aktiviert ist, sehen wir ein anschauliches Beispiel für indirekte Beleuchtung. Die Säulen auf der rechten Seite der Szene sind bei deaktiviertem Ray Tracing fast pechschwarz und werden bei aktiviertem Path Tracing beleuchtet, da das Schild an der Wand den Boden vor ihnen beleuchtet.

Dieses Spiel verfügt über eine integrierte globale Beleuchtung, aber es gibt eine Option zum Aktivieren von Ray Traced Indirect Diffuse Lighting, wodurch Oberflächen mit einigen Lichtreflexen versehen werden können. Sehen Sie sich in diesen Screenshots die Leitung über der Lichtquelle an, während Sie hin und her wischen. Sie können sehen, wie sie bei aktivierter indirekter Beleuchtung fast vollständig beleuchtet ist.

Der größte Nachteil besteht darin, dass diese Technologie in der Regel mit Raytracing kombiniert wird, sodass Sie eine leistungsstarke GPU benötigen, um ein Spiel mit 60 fps auszuführen, obwohl Upscaling-Technologien und Frame-Generierung hier Abhilfe schaffen können. Ein weiterer Nachteil ist, dass diese Technologie nicht in vielen Spielen zu finden ist, da sie eine leistungsstarke GPU erfordert und, wenn sie integriert ist, viel Arbeit für die Entwickler bedeutet. Sie ist in der Regel nur in AAA-Einzelspieler-Spielen wie Cyberpunk, Indiana Jones, Metro Exodus, Avatar: Frontiers of Pandora und ähnlichen Titeln zu finden.

Die Hauptvorteile von Global Illumination sind, dass Spiele dadurch realistischer aussehen. Es berechnet, wie Licht in der realen Welt reflektiert wird und Objekte in der Nähe beleuchtet, was in der Regel sehr gut aussieht.

Das ist nicht der Fall. Man kann sich das so vorstellen: Globale Beleuchtung ist das Ergebnis eines Rendering-Prozesses, und Raytracing ist nur eine Möglichkeit, dieses Endergebnis zu erzielen, aber es ist nicht die einzige Möglichkeit. Künstler und Programmierer können dies vortäuschen, indem sie im Voraus eine enorme Menge an Arbeit leisten, um Lichtreflexionen zu berechnen und diese Beleuchtung dann in die Texturen und Umgebungen des Spiels einzubetten. Wenn dies zu viele Ressourcen erfordert, können sie auf Raytracing zurückgreifen, das dies in Echtzeit im Spiel leisten kann, was jedoch mit erheblichen Nachteilen verbunden ist, da die meisten Spieler noch nicht über Hardware verfügen, die Raytracing mit 60 fps ausführen kann.