Seite 4: Grafik-Effekte einfach erklärt - DirectX 11, Raytracing & Co.

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Inhaltsverzeichnis

1

Einleitung
DirectX 11

2

Voxel-Grafik
Physik

3

Globale Beleuchtung
Feuer, Rauch & Wasser

4

Deferred Shading
Ambient Occlusion

5

Spielen in echtem 3D
Kantenglättung und Texturfilter

6

Echtzeit-Raytracing

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Deferred Shading

Was es bringt: effiziente Darstellung zahlreicher Lichtquellen
Wer es kann: Kantenglättung funktioniert nur mit DirectX-10-Hardware
Was es kostet: wenig Leistung

Deferred Shading erlaubt spektakuläre Beleuchtung ohne großen Performance-Verlust. Von 2000 bis 2002 erregten die Kyro-Grafikkarten von ST Microelectronics mit viel Leistung für wenig Geld einiges Aufsehen. Dem überragenden Preis- Leistungs-Verhältnis lag eine Technik zu Grunde, die erst seit kurzem wieder in Spielen eingesetzt wird – das Deferred Rendering (zu Deutsch: verzögertes Rechnen). Dabei wird das zu berechnende Bild in kleine Teile zerschnitten, einzeln berechnet und wieder zusammengefügt. Das spart viel Leistung, weil frühzeitig alle Polygone weggeschmissen werden, die in der jeweiligen Szene gar nicht zu sehen sind. Nur was übrig bleibt, wird überhaupt beleuchtet.

Das erlaubt eine große Zahl an dynamischen Lichtquellen. Auf dem PC benutzen Stalker, Dead Space, Tabula Rasa und GTA 4 das Deferred Shading. Ein Aushängeschild dieser Technik gibt es allerdings nur auf der Playstation 3. Killzone 2 schafft mit Deferred Shading eine auf der Konsole bisher nicht für möglich gehaltene, dynamische Optik.

Ambient Occlusion

Was es bringt: realistischere Oberflächenbeleuchtung und Schatten
Wer es kann: alle Grafikkarten mit Pixel Shadern
Was es kostet: viel Leistung

Hier sehen Sie eine von AMD programmierte Technik-Demo des mit Direct X 11 kommenden »High Definition Ambient Occlusion«.

Ambient Occlusion lässt Oberflächen realistischer erscheinen, indem es deren Umgebung in die Beleuchtungs berechnung mit einbezieht. In der Realität wird das Licht nicht nur von reflektierenden, sondern auch von auf den ersten Blick nicht reflektierenden Oberflächen zurückgeworfen. So erscheinen etwa Ecken und Falten von Objekten häufig dunkler, da die umgebenden Oberflächen diffuse Reflexionen abgeben und so die Engstellen abdunkeln. Ambient Occlusion bezieht solche Reflexionen mit in die Farbberechnung der Oberflächen ein und erreicht so eine realistischer wirkende Beleuchtung der 3D-Objekte. Meist werden dazu virtuelle Strahlen von der zu berechnenden Oberfläche ausgeschickt. Erreicht ein Strahl den Himmel oder Hintergrund der Spielszene, wird die Oberfläche heller dargestellt, blockieren Objekte in der Umgebung einen Strahl, verdunkelt sich die entsprechende Stelle.

Die mit HDAO an den Kanten und Rändern des unteren Bildes erzeugten Schattierungen erhöhen den Eindruck realistischer Beleuchtung subtil, aber spürbar.

Derzeit verwenden die meisten Spiele das so genannte »Screen Space Ambient Occlusion«, ein auf Performance getrimmtes Verfahren, wobei die Pixel Shader der Grafikkarte nur einige Pixel in der Umgebung der zu berechnenden Oberfläche mit in die Kalkulation einbeziehen. Mit DirectX 11 kommt aber »High Definition Ambient Occlusion « dazu. Die nötigen Berechnungen finden dann komplett im Compute Shader (siehe »DirectX 11«) statt, bisher war dafür der Pixel Shader zuständig. Der flexiblere Compute Shader soll wesentlich komplexere Berechnungen mit besserer Bildqualität ermöglichen, ohne dass die Performance entsprechend sinkt. Das bislang übliche »Screen Space Ambient Occlusion«, das sich auf Geforce-Karten ab der Treiber-Version 185.66 auch in vielen älteren Spielen aktivieren lässt, kostet nämlich je nach Titel bis zu satte 40 Prozent Leistung.