Grafik-Filter: Bilinear bis Anisotrop im Detail

10. Dezember 2001 / von aths / Seite 9 von 9

Fazit und Schlusswort

Was bislang fehlte, waren vergleichende Beispiele direkt aus Spielen.

Serious Sam: Links bilinear, rechts trlinear. An der Wand links sind die einzelnen MIP-Stufen deutlich zu sehen. Der trilineare Filter zeichnet zwar sanfte Übergänge. Doch die MIP-Stufen bleiben erkennbar.

8 tap anisotrope Filterung. Links die bilineare, rechts die trilineare Version. Wegen der anisotropen Filterung wurde das LOD automatisch tiefer gesetzt, so dass die Texturen schärfer sind. Trotz der schrägen Ansicht an der Wand und auf dem Boden sind die Strukturen noch gut zu erkennen. An der Wand links ist auch der (im Spiel meistens kaum bemerkbare) Nachteil der bilinearen Variante zu erkennen.

Der bilineare anisotrope Filter würde in einer geringen Stufe (z.B. 2 tap) zu deutlich unschöneren Bildern führen. Neben Unschärfe gehört auch störendes MIP-Banding dazu. Zum Glück ist auf modernen Karten der Performance-Einbruch bei der bilinearen Version so gering, dass man problemlos eine hohe Einstellung wählen kann.

Wie man sieht, ist die Materie reichlich komplex. Deutlich schwieriger als das Verständnis stelle ich mir die Entwicklung von Filtern vor. Die Ingenieure, die 3D-Hardware entwickeln, sind allesamt seltene Spezialisten und in der Regel Mathe-Genies. Doch der Filter ist ja nur ein Teil der gesamten Rendering-Pipeline. Das heißt, ein zu sehr auf gute Filter optimierter Chip würde an anderer Stelle Nachteile mit sich bringen.

ATI zeigt hier, dass mit vielen TMUs auf der Pipeline übliche Filter sehr effizient umzusetzen sind. Zu viele TMUs machen den Chip jedoch auch teuer und senken die Effizienz.

Es war zu erkennen, dass die hier vorgestellten Filter logisch aufeinander aufbauen. Das ist Fluch und Segen zugleich. Einerseits gäbe es alternative Ansätze, die sich deutlich von den hier besprochenen Methoden unterscheiden. Andererseits ist klar, dass jedes Feature seine Zeit braucht, ehe es sich durchsetzt. Die hier vorgestellten Filter fügen sich nahtlos in die herkömmliche Renderpipeline ein, und sind deshalb so weit verbreitet.

Die besprochenen Filter wurden entwickelt, um Oberflächen von 3D-Modellen möglichst realistisch gefiltert darzustellen. Diese Oberflächen können durch Bump Mapping und in Zukunft Displacement Mapping einen Realitätsgewinn durch simulierte bzw. echte Rauheit gewinnen.

Nicht alle Filter, die als solche angepriesen werden, tun ihre Schuldigkeit. So bringen nVidias Quincunx und ATIs Smoothvision in der "Performance"-Einstellung Unschärfe in das Bild, die sich nicht durch eine LOD-Anpassung reduzieren lässt. Solche Algorithmen sollen die Tatsache kaschieren, dass für entsprechend aufwändige echte Filterung noch immer gewaltige Leistung von Nöten ist.

Die hervorragende anisotrope Filterung der GeForce3 bzw. die gute anisotrope Filterung der Radeon8500 sind die Features, die wirklich Qualität bringen. Doch auch das wird nicht der Weisheit letzter Schluss sein, da der anisotrope Filter nicht zu hundert Prozent korrekt arbeitet ...

Dank sagen möchte ich an dieser Stelle allen, die zur Verwirklichung des Artikels beitrugen. Insbesondere Xmas, der bei etlichen Fragen Hilfe gab, nggalai für die Bereitstellung der Serious-Sam-Screenshot-Serien und inhaltliche Hilfe, sowie Labberlippe für kritische Kommentare. Und natürlich Leonidas, der den Text in diese Form brachte.

Trotz sorgfältiger Prüfung sind Ungenauigkeiten natürlich nicht auszuschließen. In diesem Fall bitte eine Mail an mich.

(c) aths, 10. Dezember 2001 (Update 2. Mai 2002). Mehr Texte (nicht nur) von mir auf www.aths.de/attic.