Seite 3: 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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Globale Beleuchtung

Was es bringt: lebensnahe Beleuchtung
Wer es kann: alle PCs
Was es kostet: sehr viel Leistung

Globale Beleuchtung bezeichnet eine Technik, die in einer 3D-Szene nicht nur den direkten Lichteinfall, sondern auch Reflektionen und Brechungen des Lichts berücksichtigt. Eigentlich gehören zur globalen Beleuchtung alle Verfahren, die eine realistische Lichtsimulation schaffen. Die also nicht nur die direkte Beleuchtung simulieren, sondern auch Reflexionen, Lichtbrechungen und Schattenwurf. Auch die Ambient- Occlusion-Technik gehört somit eigentlich dazu.

Bei der Computergrafik beschränkt sich der Begriff aber auf die Simulation von diffusen Reflektionen und Brechungen oder Bündelungen, wenn Licht etwa durch ein Glas scheint. Auf den Bildern erkennen Sie sehr gut, wie viel Realismus die Szene durch globale Beleuchtung gewinnt. Während das obere Bild auf den ersten Blick bereits durchaus lebensnah beleuchtet wirkt, steigert die globale Beleuchtung im unteren Bild den realistischen Eindruck enorm. Vor allem die Spiegelung, Brechung und Bündelung des Lichts durch die Glaskugeln erzeugt eine fast fotorealistisch anmutende Beleuchtung. Allerdings kostet die Simulation all dieser Beleuchtungseffekte in Echtzeit enorm viel Rechenleistung. Daher berechnen die Entwickler die entsprechenden Informationen für eine bestimmte Szenerie häufig im Voraus, wodurch sich der Performance-Einbruch stark verringert. Allerdings geht dadurch die Dynamik verloren, denn die Beleuchtung ändert sich dann nicht entsprechend den Bewegungen des Spielers. Einige Engines wie die Cry Engine 3 beherrschen aber globale Beleuchtung in Echtzeit. Allerdings wird die nicht für jeden Pixel einzeln berechnet, sondern für sinnvolle Bereiche zusammengefasst.

Feuer, Rauch & Wasser

Was es bringt: eindrucksvolle, realistische Grafikeffekte
Wer es kann: jeder PC, fortgeschrittene Effekte ab DX 10
Was es kostet: spürbar Leistung

Kaum eine Effektkategorie sorgt für mehr Aha-Erlebnisse. Dynamisches Feuer, auf Spieler reagierender Nebel sowie Wasser, das realistisch um Felsen schwappt, verleihen jedem Spiel den letzten Schliff. Viel Nachholbedarf haben Spiele noch bei den Elementen. Feuer, Wasser, Dampf, Nebel und Rauch verhalten sich nur selten auch nur annähernd realistisch. Allerdings gibt es vielversprechende Ansätze. So breitet sich das Feuer in Far Cry 2 entsprechend der Windrichtung aus und erlaubt damit taktische Manöver, um Gegner aus der Deckung zu treiben. In World of Conflict beeindruckt der volumetrische Rauch, der anders als früher nicht zweidimensional und kantig wirkt, sondern sich ausdehnt und sogar auf Witterungsbedingungen wie Wind und Regen reagiert.

World in Conflict beeindruckt mit realistischen Explosionen und Rauch, der sogar auf Umwelteinflüsse wie Wind oder Regen reagiert.

Daran mangelt es aber meist noch. Kaum eine Nebelschwade oder Rauchwand breitet sich aus oder wirbelt lebensecht um hindurchstreunende Spielfiguren.

Schon mit DirectX 10 eines der schönsten Meere der Spielegeschichte: der Ozean in Crysis. Mit DirectX 11 lassen sich derart eindrucks - volle Illusionen noch effizienter zeichnen.

Ebenso ergeht es dem virtuellen Wasser, das bisher noch nicht wirklich fließen darf. Stattdessen wird mit Hilfe von mehr oder weniger geschickt platzierten Effekten versucht, genau diesen Eindruck zu erwecken. Das Problem liegt bisher in den sehr aufwändigen Berechnungen, die nötig sind, um zum Beispiel Flüssigkeiten darzustellen. Auch hier liegen die Hoffnungen auf DirectX 11: Zum einen soll es die für Rauch und Nebel wichtigen Partikeleffekte effizienter berechnen und so mehr Performance aus der Hardware holen. Zum anderen lockt der Compute Shader mit dem Versprechen, aufwändige Physiksimulationen in nie gekannter Geschwindigkeit auf der Grafikkarte berechnen zu lassen. Besonders Rauch und Wasser würden ungemein davon profitieren.