Microsoft stellt mit dem DirectX 12 Agility SDK 1.722 Preview eine tiefgreifende Überarbeitung der Raytracing-Schnittstelle DirectX Raytracing (DXR) vor. Nach Angaben des Konzerns markiert das Update die bedeutendste Weiterentwicklung der Programmierschnittstelle seit deren Markteinführung im Jahr 2018. Die technischen Neuerungen setzen direkt an den strukturellen Engpässen moderner Grafik-Pipelines an: Sie verringern den Rechen- und Speicheraufwand bei der Erstellung sowie der fortlaufenden Aktualisierung komplexer Beschleunigungsstrukturen erheblich.

Für die Spieleindustrie, Grafikchip-Entwickler und Softwarehersteller markiert diese Vorschauversion einen wichtigen strategischen Schritt. Das Software Development Kit führt neue API-Funktionen und Workflows ein, die eine tiefgehende Integration in Grafiktreiber sowie moderne Render-Engines erfordern.

Technologische Neuausrichtung gegen den Datenstau

Im Zentrum der Entwickler-Vorschau stehen zwei komplementäre Schlüsseltechnologien: Clustered Geometry und Partitioned Top-Level Acceleration Structures (PTLAS). Beide Verfahren optimieren die Konstruktion sogenannter Bounding Volume Hierarchies (BVH). Diese hierarchischen Raumunterteilungen in Form von Baumstrukturen ermöglichen es dem Grafikprozessor (GPU), in Echtzeit zu ermitteln, welche Lichtstrahlen auf welche geometrischen Objekte treffen.

Konventionelle Rendering-Architekturen arbeiten bisher mit einem zweistufigen System. Dieses besteht aus Bottom-Level Acceleration Structures (BLAS) für die reine Objektgeometrie und Top-Level Acceleration Structures (TLAS) für die Platzierung und Ausrichtung einzelner Instanzen innerhalb einer Szene. In hochdynamischen Umgebungen oder beim kontinuierlichen Nachladen neuer Geometriedaten müssen diese Beschleunigungsstrukturen häufig komplett neu berechnet werden.

Das blockiert wertvolle Bandbreite im Videospeicher (VRAM) und bindet erhebliche Rechenzeit der Hardware.

Clustered Geometry zerlegt 3D-Modelle daher in modulare Einheiten von maximal 256 Dreiecken und Vertices. Verändert sich ein Objekt oder lädt die Engine zusätzliche Detailstufen nach, muss das System nicht mehr die gesamte BLAS neu aufbauen. Stattdessen aktualisiert die Grafikkarte gezielt die betroffenen Geometrie-Cluster.

Entwicklerstudios erhalten damit die Möglichkeit, identische, hochdetaillierte Polygonmodelle synchron für klassische Rasterisierung und rechenintensives Raytracing zu nutzen, ohne wie bisher auf vereinfachte Ersatzgeometrien ausweichen zu müssen.

PTLAS überträgt dieses Modularitätsprinzip auf die übergeordnete Szene. Das Verfahren erlaubt die isolierte Aktualisierung bestimmter Raumsektoren auf Top-Level-Ebene. Bewegen sich Objekte ausschließlich in einem definierten Bereich, bleibt die Raumstruktur der restlichen Umgebung unberührt.

Microsoft bündelt diese Prozesse über eine standardisierte Schnittstelle, wodurch Entwickler die Erstellung und Manipulation der Beschleunigungsstrukturen vollständig auf der GPU steuern und ausführen können.

Synthetische Messwerte und das Hardware-Ökosystem

Das theoretische Leistungsvermögen dieser Architektur demonstriert Microsoft anhand interner Messungen auf Basis einer AMD Radeon RX 9070. Beim Wechsel von konventionellen Bottom-Level-Strukturen auf Clustered Geometry kletterte die Bildrate in einer komplexen Testumgebung von unspielbaren 1,2 Bildern pro Sekunde (FPS) auf stabile 79 FPS. Das entspricht einer Steigerung um den Faktor 66.

Parallel dazu schrumpfte der Zeitaufwand für die Generierung der notwendigen Beschleunigungsstrukturen von 788 Millisekunden auf lediglich 3,11 Millisekunden.

Marktbeobachter und Grafikingenieure betonen jedoch die synthetische Natur dieser Referenzdaten. In kommerziellen Titeln dürften die realen Leistungszuwächse weitaus moderater ausfallen, da CPU-Engpässe, limitierte Speicherbandbreiten sowie parallele Shader-Berechnungen den effektiven Gesamtdurchsatz im praktischen Spielbetrieb deckeln.

Gleichwohl fügt sich die Preview nahtlos in Microsofts langfristige Roadmap ein. Bereits im Rahmen von DXR 1.2 und früheren SDK-Versionen wie 1.619 implementierte der Konzern grundlegende Werkzeuge wie Opacity Micro-Maps (OMM) und Shader Execution Reordering (SER). OMM optimieren die Darstellung teildurchlässiger Geometrien, wie etwa Laubwerk oder Haare, und steigern die Bildrate um das bis zu 2,3-Fache.

SER wiederum sortiert divergierende Raytracing-Berechnungen dynamisch um, fasst homogene Shader-Aufgaben zusammen und ermöglicht in hardwarefordernden Szenarien Leistungsgewinne von bis zu 90 Prozent. Für das gesamte DXR-1.2-Framework stellt Microsoft in besonders rechenintensiven Titeln einen kumulierten Performancegewinn von bis zu 40 Prozent in Aussicht.

Einige dieser Optimierungen wurden von Hardwareherstellern wie Nvidia bereits in der Vergangenheit proprietär umgesetzt, unter anderem ab der Grafikkartengeneration GeForce RTX 40. Microsoft vereinheitlicht diese Ansätze nun auf Plattformebene: Nvidia sichert zeitnahe Treiberunterstützung für GeForce-RTX-Systeme zu. Parallel arbeitet Microsoft mit Partnern wie AMD, Intel und Qualcomm zusammen, um eine breite Unterstützung über heterogene Chiparchitekturen hinweg zu gewährleisten.

Herausforderungen bei der kommerziellen Marktdurchdringung

Die im Agility SDK definierten Leistungsvorteile greifen allerdings nicht unmittelbar in bereits veröffentlichten Titeln. Zwar erlaubt das SDK-Konzept die Auslieferung moderner DirectX-12-Funktionen unter Windows 10 ab Version 1909 sowie Windows 11 unabhängig von Betriebssystem-Updates. Dennoch verlangt die effektive Nutzung von Clustered Geometry und PTLAS eine native Implementierung durch Spielehersteller und Middleware-Anbieter sowie aktualisierte Treiber der Chipkonzerne.

Produktionen mit extrem fordernden Render-Pipelines, darunter Alan Wake 2, verdeutlichen den enormen Integrations- und Testaufwand für moderne Pathtracing-Technologien in kommerziellen Großprojekten. Branchenkenner rechnen damit, dass erste Spieltitel mit vollständiger Unterstützung für Clustered Geometry und PTLAS frühestens im Verlauf des kommenden Jahres den Markt erreichen. Die Geschwindigkeit, mit der die führenden Middleware-Entwickler die DXR-1.2-Spezifikationen in stabile Engine-Builds überführen, entscheidet über den wirtschaftlichen Erfolg des neuen Standards.