Seite 2: 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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Voxel-Grafik

Was es bringt: sehr detaillierte und plastische Strukturen
Wer es kann: jeder aktuelle Spiele-PC
Was es kostet: sehr viel Leistung, da extrem viel Speicher benötigt wird

Mit virtuellen Legosteinen statt Drahtgittermodellen plus Texturen erzeugt Voxel-Grafik erstaunlich detaillierte 3D-Modelle und -Landschaften.

Crysis nutzt Voxel als Basis zum Modellieren erstaunlich naturgetreuer Landschaften, allerdings rendert es sie dann mit Hilfe der gängigen Polygone.

Spieleveteranen erinnern sich vielleicht noch an Novalogics Militärsimulationen wie Commanche oder Delta Force. Die erzeugten das Terrain mittels so genannter Voxel und erreichten auf diese Weise eine vormals unbekannt hohe Sichtweite mit natürlich geschwungenen Landschaften statt eckiger Polygon-Gebirge.

Nachteile waren allerdings das starke Verpixeln der sowieso schon sehr detailarmen Objekte in der Nahansicht. Im Unterschied zu herkömmlichen 3D-Welten aus tapezierten Polygonen sind Voxel dreidimensionale Objekte, die zusammegesetzt eine Spielszene bilden. Wie ein Legostein hat jedes Voxel eine bestimmte Farbe und Position im Raum, so dass Texturen zur Farbgebung und Drahtgittermodelle zur Positionsbestimmung überflüssig werden. Auch sehr detaillierte Oberflächenstrukturen, die bei herkömmlicher Polygongrafik mittels Bump oder Displacement Mapping simuliert werden, werden mit Voxels ausmodelliert. Bei Bedarf lässt sich der Detailgrad durch Unterteilung der Voxel in mehrere Sub-Voxel erhöhen. So entstehen auch bei extremer Nahansicht noch sehr feine Oberflächenstrukturen.

Die experimentelle id-Tech-6-Engine zeigt, dass Voxel sich auch für komplexe und extrem detaillierte Charakter-Modelle eignen.

Nachteil einer Voxel-Engine ist allerdings die schiere Datenmenge, die bei der Berechnung der unzähligen Voxel einer komplexen Szene anfällt. Selbst kommende PC-Generationen sollen dafür nicht genug Arbeitsspeicher haben. Mittels effizienter Kompressionsverfahren kommt möglicherweise aber eine Auslagerung auf die Festplatte oder optische Speichermedien in Frage. Reine Voxel- Engines sind in naher Zukunft aber unwahrscheinlich, besonders bewegte Objekte wie etwa Gegner müssten ständig neu berechnet werden und belasten so den PC stark. Für plastische, natürlich wirkende Landschaften eignen sich Voxel aber besonders gut, wie das Beispiel Crysis zeigt – die Inselgebirge samt natürlich wirkenden Felsen und Überhängen werden mit Voxeln erstellt.

Physik

Was es bringt: glaubwürdigere Spielwelten und neue Gameplay-Elemente
Wer es kann: alle PCs, je nach Titel abhängig von der Grafikkarte
Was es kostet: meist viel Leistung

Realistische Grafik alleine schafft keine überzeugenden 3D-Welten. Erst in Kombination mit physikalisch korrektem Verhalten gelingt die Illusion.

In Cryostasis wird mittels PhysX sogar ein möglichst realistisches Verhalten von Wasser simuliert. Einfluss auf das Gameplay hat das aber nicht.

Wenn Computerspiele eine wirklich überzeugende Welt präsentieren wollen, so muss neben einer möglichst stimmungsvollen Grafik auch eine konsequente Physiksimulation den Spieler in ihren Bann ziehen. Denn was nützt ein fotorealistisches Objekt, wenn es sich nicht annähernd so verhält, wie wir das aus dem Alltag gewohnt sind. Bewegt sich ein Gegenstand nicht einen Millimeter, obwohl direkt daneben eine Granate explodiert, entzaubert sich die Spielwelt ganz schnell. Realistische Physik kostet aber unheimlich viel Rechenleistung, und trotz der zunehmenden Verbreitung von Multi- Core-CPUs hat sich die Physikdarstellung in den letzten Jahren nur wenig weiterentwickelt.

Hier sehen Sie einen mit Hilfe des in DirectX 11 kommenden Compute Shader auf der Grafikkarte simulierten Ozean.

Die größten Fortschritte kann Nvidia mit seiner PhysX-Technologie (ehemals Ageia) verzeichnen. Diese Physik-Engine kommt in vielen Titeln zum Einsatz und profitiert bei entsprechender Programmierung auch von der Rechenleistung der 3D-Karte. Grafikchips eignen sich nämlich wesentlich besser für Physikberechnungen als selbst modernste Quad-Core-CPUs. Da PhysX aber nur mit einer Geforce funktioniert und die Radeons von AMD außen vor bleiben, hüten sich die Entwickler davor, Physik-Features einzubauen, die wirklichen Einfluss auf das Gameplay haben – kein Wunder, würden sie sonst alle Spieler mit einer Radeon ausschließen. So bietet PhysX bisher zwar nett anzusehende Effekte, aber keine tiefergehende Physik, die mit Hilfe der zur Verfügung stehenden Rechenleistung moderner Grafikkarten durchaus zu realisieren wäre. Abhilfe könnte da aber der Compute Shader von DirectX 11 bringen, der eine flexible Programmierung von Physik sowohl für kommende Geforce- als auch Radeon-Generationen bringt. Die einheitliche Schnittstelle sollte die Entwickler davon überzeugen können, aufwändige, realistische und atmosphärische Physikspielereien in ihre kommenden Titel ein zubauen.