Transparenz, Filter, Wände
Mit Larrabee und Multicore-CPUs will Intel die Grafik in Richtung Raytracing verändern. Wir haben in unseren Archiven gewühlt und herausgefunden, welche 3D-Techniken eigentlich vor zehn Jahren aktuell waren.
Darstellung von Transparenzeffekten
Das Alpha Blending stellt eine der grundlegendsten Funktionen heutiger 3D-Hardware dar. Es wird verwendet, um durchsichtige Objekte (Fenster oder Wasseroberflächen) korrekt wiederzugeben. Farben werden im Computer im RGB-Model (Rot, Grün, Blau) gespeichert. Um einen Texturpunkt durchsichtig zu machen, muß man ihm einen weiteren Farbwert zuordnen: den Alpha-Wert. So wird in 3D-Spielen das RGBA-Model verwendet. Durch Anwendung des RGBA-Models kann man nicht nur den Farbwert genau festlegen, sondern ebenfalls die Durchsichtigkeit eines Objektes. Am Beispiel von X soll Alpha Blending demonstriert werden.
Quelle: PC Games Hardware
Links: Ohne Alpha Blending sind häßliche Klötze am Auspuff zu sehen. Rechts: So wirken die Raumschiff-Abgase richtig schön transparent.
Geschmeidigere Texturen durch Farbmischung
Beim Texture Mapping wird anhand eines Punktes auf der Fläche der passende Pixel der Textur ausgesucht und an dieser Stelle präsentiert. Dieses Verfahren nennt sich Point Sampling. Der Nachteil liegt darin, daß aus kurzer Distanz der gleiche Farbwert für mehrere Pixel verwendet wird. Es kommt dann zu der bekannten Klötzchenbildung, da verschiedene Pixel farblich zusammenklumpen. Abhilfe bei diesem Problem schafft das bilineare Filtering. Bei diesem Filter werden jeweils die vier nächstgelegenen Pixel gemischt und das Ergebnis als Farbwert des Bildschirmpunktes verwendet. Die Szene wirkt dann wesentlich weicher.
Quelle: PC Games Hardware
Links: Ohne Filtern verunzieren hässliche Pixel die Gänge in Forsaken. Rechts: Das bilineare Filtern zeichnet die Wand-Texturen stark weich.
Einsatz unterschiedlich aufgelöster Texturen
Durch das bilineare Filtering sehen die Texturen aus der Nähe schon recht gut aus, wenn sie aber weit vom Betrachter entfernt sind, treten andere Probleme auf. Da die Texturen sehr stark verkleinert werden müssen, bemerkt man an weit entfernten Flächen ein leichtes Flimmern. Um dies zu vermeiden, wurde das Mip Mapping eingeführt.
Die größte Textur wird auf ein Viertel der ursprünglichen Größe verkleinert und gefiltert, die verkleinerte Textur wird wiederum verkleinert usw. Eine 64x64 Pixel große Textur würde also insgesamt sechsmal verkleinert werden. Diese minimierten Texturen werden passenderweise auch als Mip Maps bezeichnet.
Quelle: PC Games Hardware
Links: Ohne Mip Mapping sind die Gebäude am Horizont sehr grobkörnig. Rechts: Mit Mip Mapping werden schönere Gebäudetexturen verwendet.
Filtern zwischen einzelnen Mip-Maps
Was jetzt aber negativ auffällt, ist das Umschalten zwischen zwei Mip Maps. Der dadurch plötzlich auftretende Schärfesprung wird als Mip Map-Banding bezeichnet. An dieser Stelle kommt das rechenintensive, trilineare Filtering ins Spiel. Hierbei werden die beiden nächsten Mip Maps bilinear gefiltert, und die Ergebnisse werden in Abhängigkeit ihrer Entfernung zur echten Position verrechnet. So werden zwischen den einzelnen Mip Maps weiche Übergänge erzeugt. Die neueste Grafik-Generation wie der TNT oder der Savage3D können diesen Effekt in einem Rechenzyklus darstellen, ältere Karten brauchen zwei Zyklen.
Quelle: PC Games Hardware
Links: Der Ring macht ohne Trilinearen Filter optisch wenig her. Rechts: Mit aktiviertem Filter wird die Ansicht stark verbessert.
Verbesserte Texturderstellung bei Wänden
Ein großer Teil der Funktionen heutiger 3D-Hardware zielt darauf ab, die Texturen durch den Einsatz diverser Filter besser darzustellen. Einer dieser Filter ist die Perspektiven-Korrektur. Sie ist notwendig, um Texturen zu entzerren, die vom Vorder- in den Hintergrund verlaufen. Der Grund: Korrekt aussehende Texturen müssen hinten kleiner sein als vorne. Die Perspektiven-Korrektur berechnet die Größe der Texturen in Abhängigkeit der Entfernung zum Spieler. Vor allem bei Schriften oder Mustern an den Wänden kann man hervorragend erkennen, ob das Spiel oder die Grafikkarte perspektivisch korrekte Ansichten liefert.
Quelle: PC Games Hardware
Links: Ohne Perspektivenkorrektur wirkt die Wand stark verzerrt. Rechts: Die Wand-Texturen sehen mit aktiviertem Filter echter aus.
