OptiX

OptiX ist ein Baukasten für Programmierer, entwickelt von der Grafikkartenfirma Nvidia. Er hilft dabei, sehr realistische Bilder am Computer zu erzeugen. Dazu verfolgt der Rechner einzelne Lichtstrahlen: Für jeden Bildpunkt wird berechnet, woher das Licht kommt, an welchen Gegenständen es sich spiegelt und wo es abgeschwächt wird. Dieses Verfahren heißt Raytracing, also Strahlverfolgung. Es sieht deutlich echter aus als ältere Tricks, kostet aber enorm viel Rechenzeit. OptiX übernimmt genau die Teile dieser Rechnung, die besonders knifflig und besonders teuer sind.

Warum Nvidia Raytracing verschenkt

Filme wie Pixar- oder Marvel-Produktionen bestehen aus berechneten Bildern. Früher liefen solche Rechnungen tagelang auf großen Serverfarmen mit normalen Prozessoren. Eine Grafikkarte kann viele Tausend kleine Rechnungen gleichzeitig ausführen. Lichtstrahlen sind dafür ideal, denn jeder Strahl lässt sich unabhängig von den anderen verfolgen. OptiX war einer der ersten Wege, diese Fähigkeit für Raytracing nutzbar zu machen.

Für Nvidia ist der Baukasten ein Geschäftsmodell. Er ist kostenlos, läuft aber nur auf Nvidia-Hardware. Wer eine Filmschmiede oder ein Architekturbüro ausstattet, kauft deshalb Nvidia-Karten. Ähnlich funktioniert CUDA, Nvidias allgemeine Programmierumgebung für Grafikkarten, auf der OptiX aufbaut. Dieselbe Bindung von Software an eigene Chips erklärt einen großen Teil des Börsenwerts der Firma.

Ein häufiger Irrtum: OptiX ist kein Renderprogramm, das man selbst startet. Es ist eine Zwischenschicht. Bekannte Programme wie Blender, V-Ray oder Arnold greifen darauf zurück, ohne dass Nutzer davon etwas merken.

Die Suche nach dem getroffenen Dreieck

Objekte in 3D-Szenen bestehen aus Dreiecken, oft aus Hunderten Millionen. Für jeden Lichtstrahl muss der Rechner wissen, welches Dreieck er zuerst trifft. Alle Dreiecke einzeln zu prüfen wäre unmöglich. Stattdessen ordnet OptiX die Szene in ineinander geschachtelte Kästen, ein Suchbaum. Der Strahl prüft erst grobe Kästen und steigt nur dort weiter ab, wo er einen trifft.

Diese Suche ist der eigentliche Kern von OptiX. Seit 2018 haben Nvidia-Grafikkarten eigene Schaltkreise dafür, die sogenannten RT-Cores. OptiX gibt Programmen den Zugang zu dieser Hardware. Das Ergebnis ist ein Geschwindigkeitssprung, keine kleine Verbesserung.

Was mit einem getroffenen Punkt passiert, entscheidet der Programmierer. Er schreibt kleine Programmstücke, die beim Treffer aufgerufen werden. Dort steht etwa, ob die Oberfläche matt ist oder spiegelt und welcher Strahl als Nächstes losgeschickt wird. OptiX kümmert sich um Geometrie und Verwaltung, das Aussehen des Materials bleibt Sache der Anwendung.

Von Blender bis zum KI-Trainingsbild

Am sichtbarsten ist OptiX in 3D-Software. In Blender, einem kostenlosen Programm für 3D-Grafik, gibt es beim Rendern die Option Cycles mit OptiX. Wer sie wählt, wartet auf einem passenden Rechner Minuten statt Stunden. Architekten, Produktdesigner und Werbeagenturen arbeiten täglich damit.

In Computerspielen begegnet man OptiX seltener. Dort läuft Raytracing meist über DirectX oder Vulkan, also über Schnittstellen, die auch AMD-Karten unterstützen. OptiX zielt auf Anwendungen, bei denen die Bildqualität wichtiger ist als eine Reaktion in Millisekunden.

Interessant ist ein neuerer Einsatzbereich: künstliche Intelligenz. Wer einem Roboter oder einem selbstfahrenden Auto das Sehen beibringen will, braucht Millionen Beispielbilder. Ein Teil davon wird heute im Computer erzeugt, weil das billiger und gefahrloser ist als echte Testfahrten. Nvidias Simulationsplattform Omniverse nutzt dafür OptiX. In Nachrichten über KI-Training oder digitale Zwillinge steckt die Technik also oft im Hintergrund.