3D-Grafik im Wandel der Zeit, Teil 12 - Shader-Effekte in Spielen

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Inhaltsverzeichnis

1

Einleitung
Morrowind (2002)
Aquanox 2 V2.159(2003)

2

Doom 3 (2004)
Far Cry 1.3 (2004)
Company of Heroes 1.7 (2007)

3

Lost Planet (2007)
Crysis (2007)
Assassin‘s Creed (2008)

4

Battleforge (2009)
Battlefield 3 (2011)
Batman: Arkham City (2011)

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In den bisherigen elf Teilen der Serie »3D-Grafik im Wandel der Zeit« haben wir uns mit nahezu jedem Bestandteil der Computergrafik in Spielen und deren Entwicklung im Verlauf der letzten 20 Jahre beschäftigt. Im zwölften Teil unserer Reihe wenden wir uns nun den programmierbaren Shader-Prozessoren zu, die seit der Geforce 3 moderne Grafikkarten antreiben.

Seit den 1980er Jahren besitzen Computer Steckkarten für eine beschleunigte Grafikausgabe. Die letzte große Veränderung der Grafikkartenarchitektur begann im Jahre 2001 mit DirectX 8 und den damit neu eingeführten »Shadern«. In aktuellen Grafikkarten sind die oft zu mehreren Hunderten oder gar Tausenden vorhanden und haben die traditionellen und wenig flexiblen Grafikchiparchitekturen abgelöst.

Mit der Befehlshoheit auf Seiten der Spiele-Entwickler zeigen Computerspiele neue Grafikeffekte, die vorher technisch nicht effizient zu berechnen waren. Den Anfang machten hier die Pixel- und Vertex-Shader. Die Hauptaufgabe des Pixel Shaders umfasst die Veränderung der Farbe und Helligkeit der Pixel. Der Vertex Shader dagegen ist eine programmierbare Variante der aus DirectX 7 bekannten T&L-Einheit (Transform & Lighting), der sich hauptsächlich um den Aufbau der Polygone kümmert.

Heutzutage selbstverständliche Details wie die glaubwürdige Beleuchtung, die beinahe fühlbare Witterung und die richtige Mischung aus Schärfe und Unschärfe wie hier im technisch wie spielerisch hervorragenden Battlefield 3 wären ohne Shader-Prozessoren unmöglich.

DirectX 10 erweitert die Shader-Familie um den Geometry-Shader, der kleine Änderungen am Polygonnetz durchführt und so beispielsweise volumetrische Schatten erzeugt. Zusätzlich veränderte DirectX10 die Grafikkartenarchitektur. War bis DirectX 9.0c die Aufgabe und damit die »Art« eines Shaders im Grafikchip unverrückbar festgelegt, kann der Grafikchip mit den neuen »Unified-Shadern« selbst entscheiden, welche Aufgaben ein bestimmter Shader ausführt. So sind die Ausführungseinheiten aktueller Grafikkarten immer ausgelastet statt dass wie zuvor bestimmte Shader Arten ungenutzt bleiben.

Seit DirectX 11 ermöglichen zudem die beiden »Domain« und »Hull« getauften Shader »Tessellation« als Erweiterung zu den Geometry-Shadern. Diese dynamische Anpassung der Polygonanzahl eines Objekts in Abhängigkeit vom Abstand des Betrachters berechnen diese neuen Shader in einer separaten »Tessellationseinheit«. Was die Spieleentwicklung aus ihren immer größeren Möglichkeiten gemacht hat, lesen Sie bei den ausgewählten Spielen nach.

Morrowind (2002)

Neben seinen Status als erstes großes Open-World-Rollenspiel seit Ultima IX gilt The Elder Scrolls 3: Morrowindauch als das Vorzeigespiel der mit DirectX 8 neu hinzugekommenen Shader-Effekte. Das Bethesda-Rollenspiel verwendet als erster Titel die neuen Pixel Shader (1.1) aus DirectX 8.0, um dynamische Wasseroberflächen mit vorberechneten Spiegelungen in damals unfassbarer Qualität auf den Monitor zu zaubern. Viele Spieler auch in der Redaktion erinnern sich immer noch gerne daran, wie ein kleines Kind das »neue« Wasser einfach nur betrachtet oder mit der Spielfigur durch Springen oder Schwimmen die dynamische Wasseroberfläche beeinflusst zu haben. Aber ohne eine DirectX-8-fähige Geforce 3 oder eine Radeon 9000 sah man als Spieler statt der glänzenden Brandung lediglich eine trübe Brühe um die Startinsel herumwabern.

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3D-Grafik im Wandel der Zeit, Teil 12 - Shader-Effekte in The Elder Scrolls 3: Morrowind ansehen

Aquanox 2 V2.159(2003)

Das U-Boot-Spiel Aquanox 2, das der deutsche Entwickler Massive gegen Ende des Jahres 2002 veröffentlicht, galt zum Release nicht gerade als neue Grafikreferenz. Aber knapp ein halbes Jahr später veröffentlichten die Entwickler einen Patch, der das Spiel als erstes überhaupt auf DirectX 9 bürstet. Nach der Installation lief das Spiel sogar nur noch mit DirectX-9-fähigen Grafikkarten mit der neuen Pixel-Shader-Generation 2.0. Dafür freuten sich Besitzer einer solchen Grafikarte über schönere Schatten, eine geringere CPU-Belastung und eine beschleunigte 3D-Performance. Beispielsweise die schnellere Partikel-Berechnung erlaubte es den Entwicklern, den Explosionen jetzt auch Trümmerpartikel hinzuzufügen.

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3D-Grafik im Wandel der Zeit, Teil 12 - Shader-Effekte in Aquanox 2 ansehen