Wirklichkeitsnähe in Echtzeit
In Kombination erzielen
die Leistungsmerkmale Transform und Lighting
eine starke Verbesserung des Fotorealismus
– ganz einfach ausgedrückt, werden Dinge
auf Ihrem Bildschirm “lebendig”. Durch
Transformation bewegen sich Dinge natürlicher,
und Lighting lässt Objekte und Handlungen
realistischer erscheinen. Schauplätze
werden mit realistischen Charakteren und
detaillierteren Umgebungen an Lebendigkeit
gewinnen. Jetzt ist es so weit, dass jedes
einzelne Element erscheinen kann, wie
sein Pendant in der Natur – im Aussehen,
in den Bewegungen und genauso beleuchtet.
Wenn der GPU das Lighting ausführt, werden
Licht und Schatten nicht nur realistischer
erscheinen, sie werden auch interaktiv
sein.
Wie
funktioniert Transform & Lighting?
Transform & Lighting sind
zwei mathematisch sehr intensive Prozesse.
Bis der GPU GeForce 256 herauskam, hat
der CPU alle diese Berechnungen durchgeführt,
wodurch sehr viel Prozessorkraft gebraucht
wurde. Da jetzt der GPU diese Berechnungen
durchführt, werden Sie eine starke Leistungsverbesserung
in Ihren 3D-Anwendungen feststellen und
der CPU wird freigesetzt, Funktionen zur
Verbesserung der visuellen Darstellung,
wie z.B. von Gegenständen und künstlicher
Intelligenz, zu übernehmen.
Jedes der drei Bilder zeigt
die gleiche Kugel, das Bild auf der rechten
Seite ist jedoch ganz klar die realistischste
der drei Abbildungen – es wurde im Vergleich
zum Bild auf der linken Seite in die fünffache
Polygonanzahl aufgeteilt. Das bedeutet,
dass die Kugel auf der rechten Seite die
fünffache Transform-Leistung der Kugel
auf der linken Seite benötigt. Das mag
für eine einzelne Kugel als unwichtig
erscheinen, da aber die typischen 3D-Szenen
von heute Hunderte oder Tausende von Objekten
verlangen, leidet die Transform & Lighting-Fähigkeit
der CPU darunter, die Entwickler müssen
ihre Weiterentwicklungen beschränken.
Mit Transformation kann ein Dschungelschauplatz
viele Bäume und Sträucher darstellen,
nicht nur einen einzelnen Baum.
Die gesamte in der 3D-Grafik-Pipeline
anfallende Arbeit ist zwischen dem CPU
und dem Grafikprozessor aufgeteilt. Die
Linie, die die Aufgaben des CPUs von denen
des Grafikprozessors trennt, verschiebt
sich, da die Kompetenzen des Grafikprozessors
immer weiter wachsen. 1999 war das Jahr,
in dem Grafikprozessoren mit integrierten
T&L Engines zum ersten Mal zu einem Preis
im PC-Bereich verkauft werden konnten,
womit enorme Möglichkeiten für alle PC-Anwender
geschaffen wurden. Abbildung 8 zeigt die
steigende Wichtigkeit der Grafikprozessoren
innerhalb der letzen Jahre. Die vollständige
Grafik-Pipeline wird nun von der Grafikprozessor-Einheit
durchgeführt, daher das Kürzel GPU. 
Lighting
Das menschliche Auge reagiert
empfindlicher auf Veränderungen in der
Helligkeit als auf farbliche Veränderungen.
Aus diesem Grunde könne die Lighting-Effekte
größeren Vorteil aus den natürlichen Fähigkeiten
des menschlichen Auges ziehen dies bedeutet,
dass ein Bild mit Lighting-Effekten mehr
Informationen an den Betrachter in der
gleichen Zeit weitergibt. Diese Tatsache
ist wichtig für alle 3D-Anwendungen, egal
ob sie im Unterhaltungssektor, im schulischen
Bereich, in der Wissenschaft, der Medizin
oder der Datenanalyse genutzt werden.
Lighting ist in zwei Basiskategorien
unterteilt: diffus und spiegelnd (specular).
Diffuses Licht wirkt, als ob das Licht
auf ein Objekt trifft und in alle Richtungen
gleich entweicht, so dass die Helligkeit
des reflektierten Lichts überhaupt nicht
vom Standort des Betrachters abhängt.
Wenn das Licht z.B. auf einen Spielplatz
fällt, ist es überall gleich. Specular
Lighting (spiegelnde Beleuchtung) hingegen
ist ganz anders, da es abhängig von der
Position des Betrachters, von der Beleuchtungsrichtung
und der Ausrichtung des beleuchteten Objekts
ist. Der Strahl einer Taschenlampe wird
z.B. von einem Geldstück ganz anders reflektiert
als von einem Grassbüschel. Specular Lighting
zieht die Vorteile aus den spiegelähnlichen
Eigenschaften eines Objekts, so dass bessere
Reflektionen erzielt werden können.
Diffuses
Licht gegenüber Specular Lighting
Specular Highlights bewegen
sich auf dem Objekt, wenn der Betrachter
sich in Relation zur Lichtquelle bewegt.
Aus diesem Grunde können sie nicht vom
Computer vorgefertigt oder statisch sein.
Specular Lighting ist besonders für zwei
Dinge in einer 3D-Szene wichtig. Um simple
Frontansichten zu vermeiden und um das
Erscheinungsbild von verschiedenen Materialien
für Objekte zu erstellen. Specular Lighting
ist auch wichtig, um verschiedene Materialien
für Objekte in einer 3D-Szene darzustellen.
Ein Seidenhemd sieht anders aus als ein
Baumwollhemd, selbst wenn beide die gleiche
Farbe haben. Der grundsätzliche Unterschied
liegt darin, wie die beiden Materialien
das Licht reflektieren, dies wird durch
Specular Lighting eingefangen. Specular
Lighting zusammen mit Texture Mapping
erschafft realistischere Objekte, weil
sie die visuellen Eigenschaften realer
Materialien wiedergeben. Nur ein GPU mit
Hardware Lighting kann Specular Lighting
ohne schwerwiegende Leistungsverluste
unterstützen. Wenn Entwickler eventuell
Texture Mapping für einige Specular Lighting-Effekte
nutzen, werden sie die Maps für die Umgebung
neu berechnen müssen, wenn sich der Betrachter
bewegt – das ist ein zeitaufwendiger Prozess,
es sei denn die Grafik-Hardware unterstützt
Cube Environment Mapping.
www.nvidia.de
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