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Die dritte Dimension

09.09.2008 | 08:12 Uhr |

3D-Grafikkarten sind vor allem für Spieler unverzichtbar. Aber was genau wird von der Grafikkarte gesteuert, was der Prozessor nicht vermag? Die Grundlagen der 3D-Grafik werden hier einmal genauer erklärt.

Neben der normalen 2D-Darstellung von Desktop-Anwendungen beherrschen alle modernen Grafikkarten mehr oder weniger gut die Darstellung von 3D-Inhalten. Eigentlich ist diese Begrifflichkeit falsch, da eine Grafikkarte natürlich keine echten 3D-Inhalte errechnet und sie auch nicht darstellen kann. Passender wäre eher 2,5D. Korrekter müsste man sagen, dass eine Grafikkarte im 3D-Modus eine virtuelle Umgebung in Echtzeit so für den Anwender aufbereitet, dass er einen scheinbaren Eindruck von Räumlichkeit gewinnt.

Dies wird durch eine Kombination verschiedener Faktoren erreicht, zu denen als simpelster ein schon vom Zeichnen im Kindergarten her bekannter Trick zählt: Was in der virtuellen Welt weit weg erscheinen soll, wird klein dargestellt. Kommt man näher heran, wird es größer. Dieser und viele weitere Tricks ermöglichen es dem Gehirn, einer Abbildung auf einem flachen, zweidimensionalen Bildschirm den Eindruck von Räumlichkeit abzugewinnen.

Bildfrequenz
Damit das menschliche Gehirn eine solche virtuelle Umgebung flüssig und nicht als stockende Aneinanderreihung einzelner Bilder wahrnehmen kann, muss ein Bild pro Sekunde mindestens 25 mal (je mehr, desto besser) neu aufgebaut werden – immer unter Berücksichtigung der sich ändernden Position des Spielers im Spiel. Der Rahmen dazu wird durch die von den Programmieren für die jeweilige Spielsequenz festgesetzten Umgebungswerte gestellt.

So setzen die Programmierer beispielsweise für eine Schlucht mit lichtem Baumbestand bestimmte Werte, die die wahrnehmbare Form aller Objekte – Berge, Felsen, Bäume – anhand von Punkten, Linien und Dreiecken beschreiben. Dazu wird noch eine Lichtquelle in Form einer virtuellen Sonne gesetzt und schon hat die Grafikkarte zu tun: Sie muss aus diesen Grundbedingungen nun eine innerhalb des Modells stimmige virtuelle Umgebung schaffen.

Texturen, Schatten & Co.
Die Gittermodelle der Berge wollen mit einer realitätsnahen Textur überzogen, Farben und Farbverläufe richtig gesetzt, Oberflächeneigenschaften und Materialeigenschaften simuliert, Beleuchtungen und Schattenwürfe korrekt angewandt und nicht zuletzt Verdeckungsberechnungen ausgeführt werden. Denn der Anwender soll ja nur das sehen, was er auch im wirklichen Leben sähe – und ohne Supermans Röntgenaugen lässt sich schwer durch einen Berg hindurchsehen.

Für alle diese Operationen ist die Grafikkarte zuständig. Je leistungsstärker ihre Chip-Architektur, je höher ihre Chip- und Speichertaktung und je größer ihr Grafikspeicher ist, desto besser kann sie diese Aufgabe erfüllen. So kann man mit einer leistungsstärkeren Grafikkarte entweder bei gleicher Detailstufe eine höhere Bildwiederholfrequenz erzielen (wichtig bei Spielen mit schnell bewegten Inhalten, z.B. Ego-Shootern) oder bei gleicher Bildwiederholfrequenz mehr Details zuschalten oder das Spiel in einer feineren Auflösung spielen (angenehm in stimmungsvollen Rollenspielen).

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