Cryteks Cryengine - Von Far Cry bis Crysis 3: Teil 2
PC-Spielern sind Crysis und auch Far Cry ein Begriff - doch wie sieht's mit der Engine im Hintergrund aus? PC Games Hardware taucht in die Crytek-Geschichte ein und beleuchtet die Vergangenheit der Cryengine. Neu mit dabei auf Seite 2 des Artikel: Crysis 2 samt DX11 und die erweiterte Cryengine 3 respektive Crysis 3.
Crysis, das erste und neben Crysis Warhead bislang einzige Cryengine-2-Spiel, baute die Stärken des Vorgängers aus und nutzte dazu auch Vorteile, die durch Direct X 10 ermöglicht wurden. Das Spielprinzip einer offenen, frei begehbaren Spielwelt wurde weitergeführt, brachte in Verbindung mit dem deutlich gesteigerten Detailgrad aber auch ein Problem mit sich: Die Datenmenge wuchs enorm an. Crytek nutzt daher ein System, um die benötigten Informationen über Struktur und Farbgebung der Umwelt kontinuierlich in den verfügbaren Speicher zu laden (Stichwort: Level-of-Detail-System oder kurz LoD). Dieses findet nicht nur bei Texturen wie in vielen anderen Spielen, sondern auch für Objekte und Geländedetails Anwendung. In der Regel werden Dekorationsobjekte wie herumliegende Steine zwar sanft eingeblendet, zuweilen springt aber die Detailstufe von einer niedrigen auf eine höhere Genauigkeit recht ruppig um.
Cryengine aus Coburg - Texturtricks gegen Datenflut
Um die Details nicht ins Unermessliche steigen zu lassen, sind viele Oberflächenstrukturen in Crysis und Crysis Warhead mithilfe von texturbasierten Techniken wie Bump-, Normal- oder Parallax-Occlusion-Mapping (POM) verfeinert. Dabei werden aus hochdetaillierten Modellen gewonnene Texturen dazu eingesetzt, die Beleuchtungsinformationen dieser Modelle über Shader-Programme zu rekonstruieren beziehungsweise im Falle von POM die in einer Textur hinterlegte Höhenverschiebung der einzelnen Texturteile auszurechnen. Weitere Verfeinerungen baute Crytek bei der Darstellung des Wassers und der Atmosphäre - speziell Wolken und Nebel - ein. Für Ersteres nutzt die Cryengine 2 nun eine realistische Wellensimulation und animiert die Wasseroberfläche unter Berücksichtigung der Windrichtung, Wassertiefe und Küstenlinie - sogar die Korrelation zu anderen Wellen wird einbezogen. Die Atmosphäreneffekte setzen sich hauptsächlich aus der Unterstützung für volumetrischen Nebel und der Tageszeitsimulation zusammen. Die erste Komponente wird neben der eigentlichen Nebeldarstellung auch bei anderen Effekten wie Wolken oder Rauch genutzt.
Die Tageszeitsimulation, bei der unter anderem der Schattenwurf und Parameter für die Lichtbrechung in der Atmosphäre angepasst werden müssen, ist eine besondere Herausforderung. Gerade wenn sie dynamisch berechnet werden soll, wie es bei der Cryengine 2 der Fall ist. Einer der damit nicht mehr anwendbaren Tricks ist die Vorberechnung von Objektschatten, womit in Spielen gern Rechenzeit gespart wird. Alle Schattenwürfe und damit natürlich auch alle schattenwerfenden Objekte im Spiel müssen in den Algorithmus einbezogen werden, um die Illusion aufrechtzuerhalten. Aufgrund der enormen Füllratenanforderungen scheiden Stencil- oder Volumenschatten dafür aus und Crytek musste auf ein auf Texturen basierendes Shadowmapping-System zurückgreifen. Da die Größe der Levels nicht auf Kosten des Detailgrades der Schatten gehen sollte, entschied man sich für ein mehrstufiges System, das Schattentexturen verschiedener Auflösung entfernungsabhängig zum Einsatz bringt. Das hat den Vorteil, einen guten Kompromiss aus geringer Artefaktneigung aufgrund von zu niedriger Texturauflösung und hohem Detailgrad in unmittelbarer Nähe zum Spieler zu ermöglichen.
Auch die Physik spielte und spielt eine wichtige Rolle in der Cryengine. Eine eigens entwickelte Physikbibliothek, welche auf der CPU gerechnet wird, sorgt dafür, dass vom Entwickler dafür vorgesehene Objekte sich physikalisch korrekt verhalten: Hütten brechen zusammen, wenn die Stützbalken zerstört werden, Fässer rollen Abhänge hinunter und Bäume fallen um, wenn sie zerschossen werden. Dieses Maß an Interaktion bietet bis heute kaum ein anderes Spiel.
Cryengine aus Coburg - Frühes Aussortieren
Die Cryengine 2 nutzt sehr viele Berechnungen pro Pixel. Damit die verfügbare Rechenleistung der Shader optimal genutzt werden kann, setzt Crytek einen sogenannten Z-First-Pass ein. Dabei handelt es sich um einen vorab durchgeführten Renderdurchgang, bei dem lediglich der Tiefenwert der Pixel berechnet und in einem eigenen Bereich im Grafikspeicher abgelegt wird. Mit einem Z-First-Pass lässt sich einfach ermitteln, welche Objekte im endgültigen Bild für den Spieler sichtbar sind und welche man bei den aufwendigen Per-Pixel-Berechnungen übergehen kann. Diese Technik ist also eine sinnvolle Optimierung, um die Grafikleistung dort einsetzen zu können, wo sie auch für den Spieler nützlich ist: bei den sichtbaren Pixeln.
Quelle: PC Games Hardware
Cryengine 3
Cryengine aus Coburg - Cryengine 3: Die erste Version auch für Konsolen
Die dritte Inkarnation der Cryengine entwarf Crytek vor allem mit Fokus auf die Konsolen Xbox 360 und Playstation 3. Hierfür nahmen sich die Entwickler die Cryengine 2 zur Brust und optimierten diese hinsichtlich des Speichermanagements, des Multithreadings und erweiterten sie um verbesserte Rendering-Möglichkeiten.
Am offensichtlichsten ist dies beim Spiel von Licht und Schatten: HDR-Renderung samt Tone Mapping ist von der Cryengine 2 genauso bekannt wie Umgebungsverdeckung (Screen-Space Ambient Occlusion), weiche Schatten und Color Grading. Letzteres sorgt für passende Farbstimmungen wie ein kühles Blau, das über dem Bild liegt. Der größte Fortschritt aber ist die Global Illumination in Echtzeit, also eine globale Beleuchtung. Diese sorgt dafür, dass Licht zwischen Objekte wechselwirkend geworfen wird. Ein simples Beispiel ist eine weiße Lichtquelle, die ihren Schein an eine rote Wand wirft, der weiße Boden erhält somit einen leicht rötlichen Teint. Da das Licht abstrahlt, werden auch ehemals dunkle Ecken sanft ausgeleuchtet, was das Bild weitaus realistischer wirken lässt. Um die cineastische Präsentation von Crysis 2 zu unterstreichen, baute Crytek Effekte wie eine Vignettierung sowie Bewegungs- und Tiefenunschärfe inklusive Bokeh-Filter in die Cryengine 3 ein.
Quelle: PC Games Hardware
Cryengine 3
Cryengine aus Coburg - Ein glattes Bild
Zeichnete sich Crysis trotz MSAA und Edge-AA noch durch ein stark flimmerndes - und damit wenig realistisches - Gesamtbild aus, bietet die Cryengine 3 diverse Optionen zur Glättung. Das aus der vorherigen Engine-Version bekannte Edge-AA kümmert sich um die Vegetation und Nvidias Postfilter namens FXAA lässt Aliasing verschwinden. Am deutlichsten aber beruhigt Cryteks Post-MSAA das Geschehen: Dieses zieht die Subpixel des Bildes heran und glättet daher nicht nur Polygonkanten, sondern auch Texturen und Shader-basierende Effekte wie Parallax Occlusion Mapping (POM). Der Nachteil dieser kombinierten AA-Modi schlägt sich in einem weich gezeichneten, dezent unscharfen Bild nieder. Für die extrem detaillierten, mit Subsurface Scattering (lichtdurchlässige Oberflächen) NPC-Modelle mit verwendet Crytek zudem aufgeweichte Alpa-Test-Haare, dies wirkt realistischer.
Effekte wie POM warenin Crysis 2 zu Beginn nicht zu finden, ein Tribut an die Konsolen. Auch war die Texturauflösung stellenweise eher bescheiden, trotz inaktivem Streaming der Pixeltapten - bei der Cryengine 2 war dies von Haus aus noch aktiv. Nichtsdestotrotz stellt das Zusammenspiel aus Beleuchtung und Glättung nahezu allen anderen Engines in den Schatten, obwohl nur Direct X 9 am Werkeln ist. Die Integration von Direct X 11, welche besagtes POM oder auch per Compute Shader berechnete Effekte ins Spiel holt, schob Crytek in Form eines Patches nach.
Cryengine aus Coburg - Cryengine 3: Die Verbesserungen für Crysis 3
Dieses sogenannte Ultra-Update wertet den Shooter drastisch auf und erweitert das Spiel um DX11 sowie Hi-Res-Texturen (mit den höher aufgelösten Pixel-Tapeten ist zudem ein 64-Bit-System Pflicht). Die Verbesserungen der Reihe nach: Tessellation, Displacement Mapping und Parallax Occlusion Mapping (POM), Schatten und Bewegungsunschärfe für Partikel, hochwertigere Bewegungs- und Tiefenunschärfe, Umgebungsverdeckung via Screen Space Directional Occlusion (SSDO) und Echtzeit-Reflektionen sowie variable Penumbras für die Schattenkanten. Letztere kennt man auch als Contact Hardening Shadows, etwa aus Dragon Age 2 oder Dirt Showdown.
Der dritte Teil von Crysis basiert auf einer erweiterten Cryengine 3 und soll von Haus aus mit Direct X 11 antreten. Das ungeliebte, weil weichzeichnende Post-MSAA flog raus, dafür gibt es wieder "klassische" Multisample-Kantenglättung - sogar in einer erweiterten Fassung, welche neben Polygon-Kanten noch Alpha-Tests wie Pflanzen bügelt. Weiterhin steht Nvidias neues TXAA bereit und SMAA in der T2x-Fassung. Alles in allem dürfte Crysis 3 damit eine sehr glatte Sache werden. Das Parallax Occlusion Mapping (POM) wird sogar von der anisotropen Filterung erfasst, somit werden auch derartige Oberflächen unverzerrt sowie scharf dargestellt. Neu ist das Pixel Accurate Displacement Mapping (PADM), welches Shader-basiert den Geomtriegrad von beispielsweise Baumwurzeln unter DX11 deutlich erhöht. Cryteks Tiago Sousa betont, dass hierbei keinerlei Tessellation genutzt wird, zudem sei PADM bei annähernd ähnlichem Detailgrad flotter zu berechnen.
Weiterhin verzichten die Frankfurter auf die übertriebene Tessellierung von Crysis 2 und nutzt Tessellation nun eher für filligrane Objekte wie Blätter sowie Teile der Gebäude-Geometrie. Crytek spricht überdies von der dritten Generation der globalen Beleuchtung (Global Illumination), hierbei handelt es sich schlicht um eine Erweiterung durch "Glossy Reflections" sowie Echtzeit-Spiegelungen im Wasser. Letztere sind im Prinzip aus Crysis 2 bekannt (Real Time Local Reflections), wurden hier jedoch nicht für das Pixelnass eingesetzt. Die beleuchteten Partikel, welche eine der neuen Alien-Waffen erzeugt, in dem sie explodierende blaue Kugeln verschießt, sind zudem ein Markenzeichen der Engine. Zu den weiteren Verbesserungen zählen volumetrische Wolken- sowie Nebelschatten und beleuchtete Partikel (etwa Rauch) sowie die Area Lights, die gerade in der Dunkelheit sehr zu gefallen wissen.
Und alles was kommt ist Oberflächenzeug.
Dachte es kommen detaillierte Infos zur Engine, dem innenleben etc und nicht nur Infos was die einzelnen Features machen...
Also dafür ist die Engine viel zu komplex - detaillierte Infos würden hier bei weitem den Rahmen sprengen, da man sehr leicht vom hundersten ins tausendste kommen kann.
Die Überschrift ist tatsächlich nicht ganz glücklich gewählt, aber letztendlich soll ja auch nur grob veranschaulicht werden, was sich im Laufe der Zeit geändert hat und inwiefern die Spiele in grafischer Hinsicht davon profitiert haben.
Und alles was kommt ist Oberflächenzeug.
Dachte es kommen detaillierte Infos zur Engine, dem innenleben etc und nicht nur Infos was die einzelnen Features machen...
ähnich hier
Fabien Sanglard's website: Deep magic explained.
oder wie es das bei vielen anderen Engines gibt, aufgrund der Moddingtools oder sonstwas.
Ich stör mich übrigens an der Überschrift, nicht am Artikel selbst: letzterer beschreibt ein paar Features ANHAND der cryengine, nicht wirklich die Cryengine im Detail.
Also die CryEngine ist kostenlos. Jedoch verpflichtet sich der Programmierer, parr Prozente vom Erlös Crytek zu geben.
Es liegt schlicht und ergreifend daran, was die Programmierer damit erschaffen
Und im Falle von Crysis 2 ist es nunmal das New Yorker-Setting, das grottenschlechte PostMSAA und die schlechter aufgelösten Texturen, wodurch Crysis 1/Warhead besser "wirkt".
Ein Rückschritt ist es übrigens sowieso nicht, sondern das genaue Gegenteil, denn technisch gesehen und von den Features her ist die CryEngine 3 haushoch überlegen
Er hat doch gar nichts entsprechendes gesagt xD
Nachts ist es kälter als draußen