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Neue id Software-Engine mit Voxel-Grafik - Ausblick auf die übernächste Grafikgeneration

Das Team rund um die Programmierer-Legende John Carmack arbeitet schon jetzt am Nachfolger für die id-Tech-5-Engine des kommenden Titels Rage. Das ungewöhnliche an dem Grafikgerüst: Statt heute üblicher Polygone mit Texturen wird die Welt der id-Tech-6-Engine aus dreidimensionalen Volumenelementen, sogenannten Voxeln, zusammengesetzt sein.

von Fabian Lein,
25.05.2009 12:47 Uhr

Veteranen der NovaLogic-Militär-Simulationen zum Beispiel die Delta Force- und Comanche-Serien ab 1998 bzw. 1992) erinnern sich bestimmt an Voxel-basierte Grafik. Doch im Vergleich zu den damaligen Ansätzen hat sich sowohl bei der Hardware, als auch bei der Vorgehensweise der Programmierer seitdem viel getan.

So litt NovaLogics Voxel-Space-Engine vor allem in den ersten beiden Delta-Force-Teilen darunter, dass nahe Objekte stark verpixelt und detailarm waren. Doch die Sichtweite war seinerzeit unerreicht! In der Medizin ist Voxel-Grafik seit Jahren zur Visualisierung von Computer-Tomograph-Scans wegen seiner detaillierten Modelle im Einsatz.

Ausblick: id-Tech-6-Engine ansehen

Voxel-Technik

Doch wie funktioniert das Ganze? Der Begriff Voxel setzt sich aus den englischen Worten »volumetric« und Pixel (wiederum eine Kombination aus »picture« und »element«) zusammen. Eine aus Voxeln erstellte Umgebung können Sie sich vereinfacht wie eine Landschaft aus Lego-Steinen vorstellen.

Jedes Voxel hat also eine bestimmte Farbe und Position im dreidimensionalen Raum, wie ein Legostein. Das macht sowohl Texturen, als auch Gittermodelle auf Polygon-Basis überflüssig. Ebenso kann auf Bump- und Normal-Maps zum Vortäuschen feiner Oberflächenstrukturen verzichtet werden..

Mit Voxeln visualisierter CT-ScanMit Voxeln visualisierter CT-Scan

Stattdessen werden auch feine Strukturen mit Voxeln nachmodelliert. Damit der Rechenaufwand und vor allem die Datenmenge nicht unnötig wächst, wird auf einen sogenannten Sparse-Octree (SOT) zurückgegriffen, um den Detailgrad der Szene anzupassen. Der SOT teilt jedem Voxel acht Sub-Voxel zu, die wiederum acht Sub-Voxel haben und so weiter. Für jeden Pixel des Bildes sendet die Engine Strahlen aus, die beim Auftreffen auf ein Voxel in Abhängigkeit zur Entfernung der virtuellen Kamera bestimmen, ob und welche der Detailstufen der Sub-Voxel benötigt werden und welche Farbe der Pixel dann letzten Endes hat.

Hierzu wird das Voxel genommen, welches den Pixel vollständig ausfüllt. Auf diese Art ist es möglich die Komplexität der Geometrie derart zu erhöhen, dass selbst aus nächster Nähe ein bisher in Spielen unerreichter Detailgrad entsteht. Auf der anderen Seite eliminiert der SOT das Berechnen unnötiger Detailgrade.

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