Raytracing ist der Oberbegriff für alle Renderverfahren, bei denen Lichtstrahlen durch eine Szene verfolgt werden. Dabei wird berechnet, was mit den Strahlen auf ihrem Weg geschieht: Treffen sie auf eine Oberfläche, können sie reflektiert, absorbiert oder gebrochen werden. Bei einer Reflexion stellt sich die Frage: Handelt es sich um eine diffuse Streuung oder eine gerichtete Spiegelung? Werden nur bestimmte Wellenlängen reflektiert, nehmen wir die Oberfläche als farbig wahr.

Pathtracing ist eine spezialisierte Form des Raytracings. Blender Cycles gehört in diese Kategorie und ist als unbiased Renderer ausgelegt. Das bedeutet, dass Cycles versucht, die Lichtinteraktionen so präzise wie möglich zu simulieren – inklusive indirekter Beleuchtung, diffusen Streuungen, Glasbrechungen und Caustics.

Vor- und Nachteile von Pathtracing

• Der größte Vorteil: Pathtracing liefert eine physikalisch sehr genaue Simulation des Lichts.
• Der größte Nachteil: In Bereichen mit vielen Interaktionen – also dort, wo Licht mehrfach reflektiert oder gebrochen wird – entsteht leicht starkes Rauschen. Damit die Berechnung verlässlicher wird, müssen sehr viele Strahlen (Samples) ausgesendet werden. Erst durch diese Vielzahl von Strahlen lassen sich statistisch präzisere Ergebnisse erzielen und das Rauschen reduzieren.

Warum Strahlen von der Kamera ausgehen

In der realen Welt bewegen sich Photonen von der Lichtquelle zur Umgebung. Nur ein winziger Bruchteil dieser Photonen landet nach Reflexionen oder Brechungen tatsächlich auf der Kameralinse. Würde man diesen Weg direkt simulieren, wäre der größte Teil der Berechnungen „verschwendet“, da die meisten Strahlen nie in der Kamera ankommen.

Um Rechenzeit zu sparen, wählt Pathtracing den umgekehrten Ansatz:

Die Strahlen starten in der Kamera und „suchen“ den Weg zurück zur Lichtquelle.

Für jeden Pixel wird ermittelt, welche Objekte oder Flächen in der Szene sichtbar sind und wie sie beleuchtet werden. Je nach Ausrichtung zur Lichtquelle und Materialeigenschaften erscheinen diese Flächen heller, dunkler oder farbig. Dieser umgekehrte Weg wirkt auf den ersten Blick unlogisch, ist aber deutlich effizienter. Denn so werden ausschließlich die Strahlen berechnet, die für das Bild wirklich relevant sind.

(An dieser Stelle knüpft das Thema Shading an – dazu mehr im entsprechenden Kapitel.)