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Voxel Global Illumination (VXGI)

Mit VXGI soll es jetzt erstmals möglich sein, komplett dynamisches Licht nicht nur auf statische Objekte sondern auch auf bewegliche Gegenstände und Charaktere in Echtzeit zu projizieren (die Unreal Engine 4 nutzt VXGI).

Globale Beleuchtung beschreibt die indirekte Beleuchtung von Objekten. Das bedeutet das Objekte nicht direkt von einer Lampe oder anderen Lichtquelle erhellt werden sondern durch das Licht, das andere Objekte reflektieren und auf sie trifft.

Voxel Global Illumination soll realistische Beleuchtung bei spielbaren Frameraten ermöglichen. Besonders die indirekte Beleuchtung von Objekten benötigte bislang enorm leistungsfähige Hardware.

Direkte Beleuchtung ist bereits seit längerem in Echtzeit möglich. Die indirekte Beleuchtung verlangt wegen der zahllosen Lichtbrechungen und sekundären Reflexionen bislang aber nach zu viel Rechenleistung, um sie in Spielen nutzen zu können. Zumindest in vollen Umfang, da die indirekte Beleuchtung von Szenen zu viel Leistung benötigt, muss sie vorberechnet werden und ist dadurch nicht dynamisch, neue Lichtquellen können also nicht einfach mit in die Berechnung einbezogen werden. Deswegen findet sich globale Beleuchtung bislang (wenn überhaupt) in Spielen nur angewandt auf statische Objekte, die sich nicht verändern.

Global Voxel Illumination soll die Berechnung von indirekter Beleuchtung deutlich Ressourcen-schonender machen. Das funktioniert über die namensgebenden Voxel. Während ein Pixel eine zweidimensionale Fläche darstellt, besitzt ein Voxel auch eine Höhenkoordinate und gleicht einem Würfel. In Spielen wird die gesamte, in einem Frame dargestellte dreidimensionale Fläche durch VXGI in Voxel unterteilt. Jeder Voxel besitzt zwei Informationen: Zum einen ob er ein Objekt beinhaltet, zum anderen in welchem Teil des Voxels sich das Objekt befindet.

Wenn also ein Ball in Voxel aufgeteilt wird, enthalten die inneren Voxel die Information, dass in ihnen ein Objekt ist und sie komplett ausfüllt. Die Voxel am Rand des Balls enthalten zwar auch die Information, dass sich ein Objekt darin befindet, allerdings steckt in Ihnen durch die Krümmung des Balls nur ein Teil des Objekts.

Nach der Unterteilung der Szenerie in Voxel erhält jedes Voxel zusätzliche Informationen über die Beschaffenheit des Objekt in seinem Inneren (Durchsichtigkeit, Reflexionen, etc.). Ein weitere Änderung ist, dass von Objekten reflektiertes Licht nicht mit hunderten einzelnen Strahlen (Ray Tracing) berechnet und dargestellt wird, sondern mit Hilfe von einigen Voxelkegeln (Cone Tracing).

Schritt 1 Schritt 2 Reflexionen

Zuerst wandelt VXGI eine Spielszene in Voxel um. Also in dreidimensionale, würfelförmige Pixel.