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2026-03-18T14:14:19Z

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[[Datei:Box - Path Tracing High.png|mini|Mit Path Tracing gerendertes Bild]]
[[Datei:Box - Path Tracing Low.png|mini|Wenn die gleiche Szene mit zu wenig Strahlen gerendert wird, entsteht Bildrauschen]]

'''Path Tracing''' ist ein [[Algorithmus]] zur [[Bildsynthese]], der die Simulation der [[Globale Beleuchtung|globalen Beleuchtung]] ermöglicht.

Pfadnachverfolgung (Path Tracing) basiert auf der Erkenntnis, dass die Simulation der globalen Beleuchtung der Lösung der sogenannten [[Rendergleichung]] entspricht, die die [[Strahlungsdichte]] eines beliebigen, von einem bestimmten Punkt ausgehenden Lichtstrahls angibt.

Path Tracing verwendet rigorose mathematische Verfahren, die aus dem Bereich der [[Mathematische Statistik|mathematischen Statistik]] stammen. Der Algorithmus verwendet eine so genannte [[Monte-Carlo-Integration]], um die Rendergleichung näherungsweise zu lösen. Daher wird Path Tracing, ebenso wie weitergehende, darauf aufbauende Algorithmen wie [[Metropolis Light Transport]] oder [[Bidirectional Path Tracing]], auch als '''Monte-Carlo-Raytracing''' bezeichnet.

Beim Path Tracing wird jeder Strahl, der in die Szene geschossen wird, beim Auftreffen auf Oberflächen [[Reflexion (Physik)|reflektiert]], [[Brechung (Physik)|gebrochen]] oder [[Absorption (Physik)|absorbiert]], wobei jedes Mal (außer im Falle der Absorption) mindestens ein zufälliger Strahl generiert wird, der das Integral der Rendergleichung nähert. Der Anfangsstrahl sucht sich so seinen Weg (''path'') durch die Szene. Je mehr Anfangsstrahlen man verwendet, desto mehr nähert man sich dem idealen Bild an. Die Fehler der Näherung äußern sich als [[Varianz (Stochastik)|Varianz]], was Bildrauschen entspricht. Techniken wie [[Importance Sampling]] tragen zur Verringerung der Varianz bei.

Der Unterschied zum [[Diffuses Raytracing|diffusen Raytracing]] liegt darin, dass beim Path Tracing die vollständige Rendergleichung mittels zufällig generierten Strahlen auf allen – auch auf diffusen – Oberflächen gelöst und somit die globale Beleuchtung (Global Illumination) simuliert wird.

In der Praxis ist reines Path Tracing meist zu langsam, weshalb es mit [[Photon Mapping]] und [[Importance Sampling]] kombiniert werden kann.

Jedoch haben diese Methoden immer noch [[Bildrauschen]]. Um dieses zu entfernen, werden Techniken wie '''SVGF''' („Spatiotemporal Variance-Guided Filtering“) benutzt. Es gibt aber auch Lösungen, welche künstliche Intelligenz benutzen, wie '''OptiX Denoiser''' oder '''Open Image Denoise.'''

Die Idee zum Path Tracing wurde 1986 von [[James Kajiya]] zusammen mit der Rendergleichung als [[SIGGRAPH]]-Publikation veröffentlicht, damals unter der Bezeichnung ''Integral equation technique.''

== Siehe auch ==
* [[Raytracing#Erweiterungen|Raytracing]]: Path Tracing als Erweiterung des Raytracing

== Literatur ==
*James Kajiya: ''The rendering equation.'' ACM SIGGRAPH Computer Graphics 20, 4 (August 1986): 143–150, {{ISSN|0097-8930}}
*NVIDIA: [https://research.nvidia.com/sites/default/files/pubs/2017-07_Spatiotemporal-Variance-Guided-Filtering%3A//svgf_preprint.pdf Spatiotemporal Variance-Guided Filtering: Real-Time Reconstruction for Path-Traced Global Illumination] (Juli, 2017)
*NVIDIA: [https://developer.nvidia.com/optix-denoiser NVIDIA OptiX™ AI-Accelerated Denoiser].
*Intel: [https://www.openimagedenoise.org/ Intel<sup>®</sup> Open Image Denoise].

[[Kategorie:Algorithmus (Computergrafik)]]
[[Kategorie:Bildsynthese]]

Path Tracing - Versionsgeschichte

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