T&L - das nicht eingelöste Versprechen (Nachtrag)

17. September 2001 / von aths / Seite 2 von 3

      Nachtrag - Reaktionen auf den Artikel (Fortsetzung)

Das Gesetz des abnehmenden Ertrages

Es gibt bezüglich der Polygonzahlanhebung zwei Effekte, welche nachfolgend noch genauer behandelt werden. Zum Einstieg ein Beispiel ohne Betrachtung der Polygon-Zahl selber:

Winona Ryder sieht umso hübscher aus, je mehr Farben zum Einsatz kommen.

Dieses Bild ist einmal mit 2, dann 4 und zuletzt 8 Bit pro Farbkanal (also je Rot, Grün, Blau) dargestellt. Jeweils wurde die Farbauflösung verdoppelt. Vom ersten Bild zum zweiten ist eine erhebliche Qualitätszunahme festzustellen. Bild 1 ist "schlecht", Bild 2 schon "brauchbar". Das dritte Bild ist jedoch höchstens "etwas" besser als sein Vorgänger, obwohl der Aufwand erheblich, nämlich "doppelt" so hoch ist.

Zwei Dinge fallen auf:

    Fall A: Ist die Qualität noch schlecht, bringt eine Verdopplung grosse Vorteile.

    Fall B: Ist die Qualität schon ganz gut, bringt eine Verdopplung so gut wie nichts.

In diesem Kapitel soll die Anhebung der Qualität zunächst durch Steigerung der Polygonzahl an einem Objekt diskutiert werden. Dazu folgende Illustration:

Das Drahtgitter-Modell einer Kugel.

Die Zahl der Eckpunkte wurde pro Achse verdoppelt, so dass sich insgesamt eine Vervierfachung ergibt. Dabei steigt die durch Geometrie verursachte CPU-Last, T&L hin oder her, natürlich ebenfalls um Faktor 4. Mit einer schnellen T&L-Einheit alleine ist es trotz Entlastung nicht getan. Ebenfalls steigt die Geometrie-Bandbreiten-Anforderung um Faktor 4. Das einzige, was sinkt, ist die Effizient beim Rendern. Ob die Qualität zum Aufwand vertretbar ansteigt, steht auf einem anderen Blatt. Der Nutzen von T&L entscheidet sich also daran, ob mit der reinen CPU Fall A oder B zutrifft. Und natürlich, ob die Rendereinheit noch mitspielt.

Würden in heutigen Spielen nur sehr wenige Dreiecke genutzt, könnte mit einer Anhebung der Polygonzahl die Grafikqualität erheblich gesteigert werden. Quake3 sieht nun mit reinem Software T&L schon ziemlich passabel aus. T&L kann hier deshalb keine deutlich erhöhte Qualität unter vertretbarem Aufwand bringen, weil das Gesetz des abnehmenden Ertrages schon zum Tragen kommt. Lediglich ein Speed-Up ist drin, dessen Wichtigkeit mit der Zeit wegen immer schnelleren CPUs aber auch abnimmt.

Wenn man diese Kugeln schattiert betrachtet, ergibt sich folgendes Bild:

Gouraudschattierte Kugel-Modelle.

Die Beleuchtung ist im Bild rechts eindeutig am besten. Der Aufwand ist eine erneute Steigerung um Faktor 4. Das heisst, T&L-Einheit wie auch CPU sind bezüglich der Geometrie vierfach stärker gefordert.

Nun ist der abnehmende Qualitätsgewinn kein Grund, generell auf eine Steigerung der Polygonzahl zu verzichten. Es sollten zwei Dinge deutlich geworden sein:

• 1. Eine erhöhte Zahl an Dreiecken wird nicht allein durch T&L ermöglicht, da auch die CPU stärker belastet wird.

• 2. Ebenso steigt die benötigte Bandbreite. Weitere Flaschenhälse, wozu derzeit die Rendereinheit der Grafikkarte selbst noch zählt, verhindern eine signifikante Steigerungsmöglichkeit.

Die Verwendung von detaillierteren Modellen kann auch erhöhten Aufwand bei der Erstellung bedeuten. Das kostet dann extra Geld für die Spiele-Entwickler. Wegen dem abnehmenden Qualitätszuwachs profitiert der Anwender letztlich nur unterproportional. In Zukunft werden natürlich viel höher aufgelöste Modelle zum Einsatz kommen. Zumal man heute in der Regel die Modelle mit höherer Genauigkeit entwirft und für die Praxis dann vergröbert, werden über kurz oder lang echt scheinende Rundungen Standard. Aber dann sind auch die erforderlichen CPU-Leistungen, Bandbreiten und Renderleistungen verfügbar.

Ist das ein Grund, die heutige Brauchbarkeit von DirectX7 T&L anzuzweifeln? Folgende Überlegung: Dieses T&L kann die CPU-Entlastung nur bei starrer Geometrie voll ausspielen. Was lässt sich damit alles darstellen? Zum einen natürlich Gebäude. Wände kommen allerdings eh mit sehr wenigen Dreiecken aus. Problematisch, weil CPU-lastig, sind eher die vielen kleinen Objekte. Wie zum Beispiel die Bäume und Gräser in Landschaften. Nun fällt auf, dass diese Objekte in DirectX7 T&L-Demos starr sind. Ok, lieber unbewegliche Grashalme als keine, aber ob der Realismus auf diese Weise durch T&L gesteigert werden kann, wage ich zu bezweifeln. In Zukunft werden die geometrischen Modelle verstärkt den Gesetzen der Physik angepasst und das schreit nach einer programmierbaren T&L-Engine (DirectX8 compliant).

Wenn sich "richtige" Einschusskerben durchsetzen, muss dazu die Geometrie der Objekte geändert werden. Das bleibt auch mit DirectX7 T&L reine CPU-Arbeit, zumal sie kein Displacement Mapping unterstützt. Kurz, je höher die Anforderungen an den Realismusgrad der Geometrie, desto schlechter lässt sich herkömmliches T&L gebrauchen. Bestimmte Techdemos, die massenhaft Geometrie zeigen, wobei jene aber starr ist, halte ich für Effekthascherei, da sie einseitige Optimierungen ausnutzen. Spieleprogrammierer sind mit einer programmierbaren T&L-Einheit besser bedient. Eine unflexible Hardware T&L-Einheit ist natürlich trotzdem besser, als keine Hardware T&L-Einheit. Doch der Nachtrag ist noch nicht ganz zuende.