Unreal Engine 5 - Das potente Toolset und die City-Demo mit Benchmarks unter der Technik-Lupe

Die Unreal Engine 5 ist omnipräsent. In den letzten Wochen gab es diverse Ankündigungen bekannter Studios, welche Epics potentes Toolset für die nächste Generation ihrer Spielereihen nutzen wollen. Nun ist ein frisches Update der Unreal Engine 5 erschienen und wir dürfen außerdem die beeindruckende Stadt-Szene der Matrix-Techdemo unter die Lupe nehmen. PCGH hat alle Details für Sie.

Special 12.04.2022 um 12:15 Uhr Philipp Reuther Raffael Vötter Als bevorzugte Quelle auf Google hinzufügen

Quelle: Epic

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Epic und Grafik-Engines, das war schon seit dem ersten Unreal vor rund 24 Jahren eine große Sache. Nicht nur der technische Meilenstein aus eigenem Hause, auch Spiele-Klassiker wie das erste Deus Ex oder die interessante First-Person-Adaption der ausufernden Fantasy-Roman-Reihe The Wheel of Time basierten auf der ersten Version des potenten Grafikmotors. Unzählige weitere Spiele folgten. Für jede neue und mit frischen technischen Fähigkeiten und zusätzlicher Leistung ausgestattete Hardware-Generation. Über die Jahre hat sich Entwickler Epic neben der hauseigenen Betriebsplattform vollkommen auf den Grafikmotor spezialisiert. Dank potentem, (im übertragenden Sinne) einfach zu handhabenden und extrem umfangreichen Toolset und hoher Zugänglichkeit ist die Unreal Engine spätestens seit Version 4 kaum noch aus der Spiele-Entwicklung wegzudenken. Und nicht nur Spiele-Produktion, auch Filmemacher setzen dank des umfangreichen Werkzeugkastens und den technischen Fähigkeiten auf die Unreal Engine.

Das jüngste große Update der Unreal Engine ist Version 5. Diese ist auf die Fähigkeiten der jüngsten Konsolengeneration und natürlich aktuelle PC-Hardware zugeschnitten. Dazu zählen Raytracing, schnelle Zugriffszeiten auf Speicher und die unkomplizierte Erstellung sowie performante Darstellung von großen, detaillierten und dynamischen Welten. Die Engine ist allerdings insbesondere wegen der Handhabung und der Zugänglichkeit bei Entwicklern und Studios beliebt. Selbst kleine und unerfahrene Entwickler können ohne große Umstände auf das sehr umfassende Toolset zugreifen, es stehen unzählige erwerbliche Assets auf dem Marketplace zur Verfügung, mit der Quixel-Fotogrammetrie-Bibliothek können selbst Einzelpersonen die grafische Qualität großer Studios erreichen, Youtube ist voll von erstklassigen Tutorial-Videos von Einsteiger- bis Hochschul-Niveau - die Argumente pro Unreal Engine sind nicht schwierig nachzuvollziehen.

Mit Engine-Version 5 sind diese Vorzüge offenbar so groß geworden, dass selbst große Studios, die bislang auf eigene Grafik-Engines setzten, auf die neue Unreal Engine umsteigen. Insbesondere die jüngsten Ankündigungen von CD Projekt RED und Crystal Dynamics sorgen für Aufsehen, aber auch viele andere große und kleine Spiele-Produktionen setzen auf die Unreal Engine 5. Es steht also anzunehmen, dass wir in den kommenden Jahren eine Vielzahl Spiele auf Basis dieses Grafikmotors zu sehen bekommen werden - von kleiner Indie- bis zu gewaltiger Triple-A-Produktion. Ein etwas genauerer Blick auf die Fähigkeiten des Grafikmotors ist also angebracht. Da trifft es sich gut, dass jüngst eine neue Version der UE5 erschienen ist und nebenbei die Stadt aus der Matrix-Demo als kostenloses Projekt über den Marketplace erhältlich ist. Sehen wir uns die technischen Fähigkeiten der Engine und die grafische Darbietung doch einmal genauer an.

Unreal Engine 5 - Nanite, Lumen und TSR, was ist das?

Die umfassenden Möglichkeiten der Unreal Engine 5 aufzuschlüsseln, würde den Umfang dieses Artikels sprengen. Um ein How-To-Unreal-Tutorial oder gar einen ausführlichen Lehrgang soll es an dieser Stelle auch gar nicht gehen, wir wollen uns auf die technischen Vorzüge der Unreal Engine 5 konzentrieren: Was kann die Version 5 gegenüber der aktuellen und bereits sehr fortschrittlichen Version 4, was macht den "Next-Gen"-Aspekt aus? Diese Fähigkeiten sind relativ übersichtlich und beinhalten im Großen und Ganzen drei Kern-Technologien. Falls Sie des Lesens überdrüssig sind, erfahren Sie alles Wichtige im eingebetteten Video. Im vorliegenden Artikel gehen wir für alle Interessierten noch etwas tiefer ins Detail und haben außerdem erste Benchmark-Stichproben angefertigt.

Unreal Engine 5 - Nanite

Das vielleicht spannendste Feature der Engine ist Nanite. Um diese Technik gut zu verstehen, ist allerdings erst einmal ein kleiner Exkurs nötig: Eine kurze Abhandlung bezüglich Darstellung von großen, detaillierten Welten beziehungsweise das Bekleiden von diesen. Dieses Konzept nennt sich Virtual Texturing. In sehr vielen aktuellen und auch Spielen der letzten Jahre kommt diese Technik in der einen oder anderen Form zum Einsatz. Moderne Spiele bekleiden Oberflächen in vielen Fällen nicht mehr mit einzelnen Texturen, stattdessen werden Oberflächen mit einem "Gemisch" verschiedener Texturen "bemalt" - nicht selten mithilfe prozeduraler Hilfsmittel. Dies gilt insbesondere für die Landschaftsdarstellung. Gerade große, offene Welten werden mit einer ganzen Palette unterschiedlicher Materialien bekleidet, die wiederum aus mehreren Texturen bestehen. Diese "Bekleidung" resultiert im Grunde in gewaltig großen Materialien aus Dutzenden, in einigen Fällen gar Hunderten einzelner Texturen. Um diese darzustellen und den Grafikspeicher sowie die Bandbreite nicht völlig zu überlasten, werden diese Materialien in virtuelle "Blöcke" unterteilt. Diese können schlussendlich einzeln gestreamt und als virtuelle Textur in den Grafikspeicher geladen werden, ohne das System zu überlasten - das zeitnahe Laden der vielen einzelnen Virtual-Texturing-Blöcke erhöht allerdings die Abhängigkeit von schnellen Zugriffszeiten.

Quelle: Epic Games UE5 mit Nanite Es gab schon in Vergangenheit einige Ansätze, einer der bekanntesten ist sicherlich John Carmacks Megatexturing, welches in der id Tech 5 und prominent Rage zum Einsatz kam. Allerdings nutzten auch andere Entwickler ähnliche Ansätze, und dies noch bevor es Support durch das Direct-X-12-Feature Tiled Resources gab. Ubisoft etwa nutzt die Technik seit Ghost Recon Wildlands in ihrer Anvil Engine, zu Beginn noch mit Direct X 11. Seit Assassin's Creed Valhalla setzen die Franzosen auf Direct X 12 - und der Fortschritt bei der Texturdarstellung, insbesondere bei der Landschaft, ist kaum zu übersehen.

Die Unreal Engine bietet standardmäßigen Support für Virtual Texturing seit Engine-Version 4.23 - doch was hat das nun mit Nanite zu tun? Nanite soll für Geometrie das darstellen, was Virtual Texturing für die Materialien ist - Epic selbst nennt die Technik neben Nanite auch Virtualized Geometry. Entwickler sollen nicht mehr an ein Performance- oder Speicher-Budget gebunden sein, sondern ihrer Kreativität freien Lauf lassen können, ohne beständig mit Flaschenhälsen bei Speicher oder Polygon-Zahl und Drawcalls konfrontiert zu werden. Mit Nanite und der Unreal Engine 5 ist es möglich, extrem detaillierte Geometrie direkt in das Spiel zu importieren. Die Engine ist dafür zuständig, die Komplexität der Modelle in Laufzeit so anzupassen, dass sie in das Leistungs-Budget passen - nicht mehr die Artists selbst. Die Künstler können sich also (nahezu) frei von bisherigen Beschränkungen ausleben, Nanite und die Unreal Engine 5 kümmern sich anschließend automatisch um die technische Umsetzung.

Quelle: Epic Games Pathtracer in der UE5 Nanite kann man sich ein wenig wie Tessellation vorstellen. So ähnlich wie bei dynamischer Tessellation werden bei einem Nanite-Modell zusätzliche Polygone gezeichnet, wenn sich der Spieler beziehungsweise die Kamera dem betreffenden Objekt nähert. Allerdings funktioniert Nanite im Grunde andersherum. Tessellation erzeugt bei einem Low-Poly-Mesh zusätzliche Polygone, wenn sich die Kamera nähert, Nanite nutzt High-Poly-Meshes und reduziert diese dynamisch, wenn die Kamera sich entfernt. Um dies zu realisieren, werden die High-Poly-Nanite-Meshes nicht unähnlich der Virtual Textures in einzelne "Blöcke" beziehungsweise "Cluster" von Polygonen unterteilt, die gesondert gestreamt und gecullt werden können, um unnötiges Zeichnen von Polygonen zu unterbinden. Nanite strebt an, ein Polygon pro Pixel zu zeichnen (vorausgesetzt, das Nanite-Modell ist hochauflösend genug). Durch diese Maßnahme entsteht eine interessante Wechselwirkung zwischen Geometrie-Detailgrad und Auflösung: Je höher die Pixeldichte, desto höher ist der potenzielle Detailgrad der Geometrie. Das LoD hängt also mit der Auflösung zusammen und das Upsampling hat nicht nur Auswirkungen auf die zu rendernden Pixel, sondern auch auf die anzuzeigende Geometrie.

Nanite ist also im Grunde ein besonders fein und dynamisch arbeitendes, automatisches Level-of-Detail-System, welches die Fähigkeiten moderner Hardware und die hohe Geschwindigkeit des Speichers sowie die große Bandbreite ausnutzen, um ausgesprochen detaillierte Modelle in Spiele zu bringen und dabei zugleich die Arbeit für die Artists zu optimieren, um diesen zusätzliche Freiheiten bei der Gestaltung ihrer Spielewelten zu gewähren.

Quelle: Epic Unreal Engine mit "Meta-Humans" Bezogen auf das City-Projekt sind die Vorteile von Nanite bereits recht deutlich. Viele Oberflächen, etwa Pflastersteine oder Mauerwerk haben eine authentische Tiefe. Objekte und Stuckverzierungen an den Gebäuden sind ausgesprochen detailreich und zeigen keinerlei auffällige Nebeneffekte vorheriger Techniken, etwa das typische Wabern bei dynamischer Tessellation oder perspektivische Probleme bei Parallax Maps. Dabei ist eine Stadt-Szene mit ihren vielen ebenen Flächen nicht einmal das beste Beispiel für die Technik. Nanite ist insbesondere bei komplexen, organischen Strukturen ein gewaltiger Vorteil, etwa bei zerklüfteten Steinen, rissigem Lehmboden, Geröll, oder knotigem Holz. Die durch die Gebäude und Wolkenkratzer häufig verdeckte Sonne, das daher oft halbschattige Szenario, die nassen Straßen, die glänzenden Fensterscheiben und der spiegelnde Lack der Fahrzeuge präsentieren allerdings eine weitere Neuerung der Unreal Engine 5 sehr eindrücklich: Die auf Raytracing basierende Beleuchtung Lumen, die sowohl für die schicke Globale Beleuchtung als auch die Raytracing-Reflexionen zuständig ist. Auffällig: Es gibt bei Nanite einige kleinere Aussetzer in dem City-Projekt. Wenn wir einige Nanite-Meshes genau und aus sehr geringer Entfernung betrachten, werden einige vereinzelte Polygone nicht korrekt texturiert. Eventuell handelt es sich um einen Bug in Verbindung mit Textur-Koordinaten.