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Entwickler Magazin
Landschaftsdarstellung und prozedurale Landschaftsgestaltung

Die Tron-Legacy der virtuellen Terrains

Endlose Weiten in Flugsimulationen, urbane Kriegsgebiete, Insel-, Dschungel- und Wüstengebiete, Minecraft-Landschaften und Planetenoberflächen - die Erschaffung von virtuellen Welten ist facettenreich und eine Herausforderung für jeden Spieleentwickler. Im Fokus des folgenden Beitrags stehen prozedural erzeugte Landschaften und ihre Darstellung mithilfe von Height Maps, Texture-Array- und Texture-Buffer-Objekten.

Alexander Rudolph


Die Spezies des Spieleprogrammierers gilt als neugierig, kreativ und ist bestrebt, stets Neues auszuprobieren, um die eigenen Fähigkeiten kontinuierlich weiterzuentwickeln. So ist es denn auch nicht verwunderlich, wenn der Anblick einer malerischen Insellandschaft oder der virtuelle Flug über eine in Echtzeit prozedural generierte Planetenoberfläche zu einem Kribbeln in den Fingerspitzen führt und man versucht ist, ein solches Szenario selbst einmal im Rahmen eines Prototyps zu implementieren. Also, legen wir los!

Technik im Wandel der Zeiten

Als erster großer Meilenstein bei der Darstellung von weitläufigen Landschaften gilt die Präsentation des so genannten ROAM-Algorithmus (Realtime Optimally Adapting Mesh) im Jahr 1997. Im Unterschied zu herkömmlichen 3-D-Modellen wird das Terrain hierbei nicht in Form eines statischen Vertex-Gitters im Grafikspeicher gehalten; stattdessen werden alle benötigten Vertex-Daten in Echtzeit berechnet, wobei der Detailgrad (die Auflösung) des Terrains mit zunehmendem Kameraabstand kontinuierlich reduziert wird. Da jedoch dieses als Triangulierung bekannte Verfahren von der CPU durchgeführt wurde und alle berechneten Daten im Anschluss daran zur Grafikkarte transferiert werden mussten, gilt der ROAM-Algorithmus heutzutage als vollkommen ineffizient.

Mit zunehmender Verbreitung von DirectX-9-fähigen Grafikkarten in den Jahren 2002 und 2003 wurde die CPU für Durchführung von Grafikberechnungen praktisch bedeutungslos. Neue Verfahren waren gefragt, bei denen die immer leistungsfähiger werdenden GPUs ihre Stärken voll ausspielen konnten. Während sich zumindest kleinere Terrains mittlerweile dank des großzügig dimensionierten Grafikspeichers ohne aufwändige Triangulierungs-Berechnungen in Form eines einzelnen regulären Vertex-Gitters (Uniform Grid) rendern lassen, kommen bei weitläufigen Landschaften für die Darstellung der sichtbaren Terrain-Bereiche kleine Vertex-Gitter – so genannte Terrain Tiles bzw. Kacheln – zum Einsatz. Im Rahmen dieser Verfahren erfolgt die Darstellung des Terrains in unmittelbarer Nähe zur Kamera mit dem maximal möglichen Detailgrad, wobei dieser mit zunehmendem Kameraabstand schrittweise reduziert wird. Ein weithin bekannter und häufig genutzter Vertreter dieser Technik ist der im Jahr 2004 von Losasso und Hoppe vorgestellte Geometry-Clipmap-Algorithmus.

Moderne Render-Techniken bei der Terrain-Darstellung

Das Prinzip, abwechslungsreiche Spielewelten mithilfe von schachbrettartig aneinandergereihten Tiles...

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Landschaftsdarstellung und prozedurale Landschaftsgestaltung

Die Tron-Legacy der virtuellen Terrains

Endlose Weiten in Flugsimulationen, urbane Kriegsgebiete, Insel-, Dschungel- und Wüstengebiete, Minecraft-Landschaften und Planetenoberflächen - die Erschaffung von virtuellen Welten ist facettenreich und eine Herausforderung für jeden Spieleentwickler. Im Fokus des folgenden Beitrags stehen prozedural erzeugte Landschaften und ihre Darstellung mithilfe von Height Maps, Texture-Array- und Texture-Buffer-Objekten.

Alexander Rudolph


Die Spezies des Spieleprogrammierers gilt als neugierig, kreativ und ist bestrebt, stets Neues auszuprobieren, um die eigenen Fähigkeiten kontinuierlich weiterzuentwickeln. So ist es denn auch nicht verwunderlich, wenn der Anblick einer malerischen Insellandschaft oder der virtuelle Flug über eine in Echtzeit prozedural generierte Planetenoberfläche zu einem Kribbeln in den Fingerspitzen führt und man versucht ist, ein solches Szenario selbst einmal im Rahmen eines Prototyps zu implementieren. Also, legen wir los!

Technik im Wandel der Zeiten

Als erster großer Meilenstein bei der Darstellung von weitläufigen Landschaften gilt die Präsentation des so genannten ROAM-Algorithmus (Realtime Optimally Adapting Mesh) im Jahr 1997. Im Unterschied zu herkömmlichen 3-D-Modellen wird das Terrain hierbei nicht in Form eines statischen Vertex-Gitters im Grafikspeicher gehalten; stattdessen werden alle benötigten Vertex-Daten in Echtzeit berechnet, wobei der Detailgrad (die Auflösung) des Terrains mit zunehmendem Kameraabstand kontinuierlich reduziert wird. Da jedoch dieses als Triangulierung bekannte Verfahren von der CPU durchgeführt wurde und alle berechneten Daten im Anschluss daran zur Grafikkarte transferiert werden mussten, gilt der ROAM-Algorithmus heutzutage als vollkommen ineffizient.

Mit zunehmender Verbreitung von DirectX-9-fähigen Grafikkarten in den Jahren 2002 und 2003 wurde die CPU für Durchführung von Grafikberechnungen praktisch bedeutungslos. Neue Verfahren waren gefragt, bei denen die immer leistungsfähiger werdenden GPUs ihre Stärken voll ausspielen konnten. Während sich zumindest kleinere Terrains mittlerweile dank des großzügig dimensionierten Grafikspeichers ohne aufwändige Triangulierungs-Berechnungen in Form eines einzelnen regulären Vertex-Gitters (Uniform Grid) rendern lassen, kommen bei weitläufigen Landschaften für die Darstellung der sichtbaren Terrain-Bereiche kleine Vertex-Gitter – so genannte Terrain Tiles bzw. Kacheln – zum Einsatz. Im Rahmen dieser Verfahren erfolgt die Darstellung des Terrains in unmittelbarer Nähe zur Kamera mit dem maximal möglichen Detailgrad, wobei dieser mit zunehmendem Kameraabstand schrittweise reduziert wird. Ein weithin bekannter und häufig genutzter Vertreter dieser Technik ist der im Jahr 2004 von Losasso und Hoppe vorgestellte Geometry-Clipmap-Algorithmus.

Moderne Render-Techniken bei der Terrain-Darstellung

Das Prinzip, abwechslungsreiche Spielewelten mithilfe von schachbrettartig aneinandergereihten Tiles...

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