Techniken und Algorithmen

Was hier hinein gehört

Hier kommen, wie der Name vermuten lässt Erklärungen zu in der 3D-Echtzeitprogrammierung verwendeten Techniken hin. Z.B. verschiedene Schattentechniken, Bump-Mapping, etc.

Hintergrundwissen gehört hier nicht rein, also solche Sachen wie "was ist ein Tiefenpuffer und wofür ist er gut" haben hier nichts zu suchen.
Sollte es für eine Technik/Thematik (siehe unten für Beispiel) mehrere "Lösungswege" geben, sollte eine kleine Überschrift eingefügt werden.

Wenn ihr einen Technik oder Alorithmus Artikel erstellt, so solltet ihr unter den Artikel ein

[[Kategorie:Technik_oder_Algorithmus]]

stellen. Damit wird der Artikel der Kategorie:Technik_oder_Algorithmus zugeordnet. Falls dieser Artikel nicht nur erklärt was der Begriff bedeutet, sondern auch noch eine Anleitung ist, wie man die entsprechende Technik realisiert, so könnt ihr den Artikel auch noch der Kategorie Anleitung zuweisen.

Übersicht

Nützliche Helfer

In dieser Rubrik findet sich all das, was ein OpenGL/Graphikprogrammierer immer brauch oder schnell mal zur Hand haben muss:

• Framecounter (Wie schnell läuft mein Programm?)
• Texture Loader (Laden und verwalten von Texturen)
• Model Loader (Laden von Modellen die mit Programmen wie 3D Studio Max, Lightwave, Milkshape usw. erstellt wurden.)
• Eine Möglichkeit zum Text ausgeben
• Kamera
  • Kamera (1) (Szene in drei Ebenen verschieben und drehen)
  • Kamera (2) (Kamera Source)
  • Kamera (3) (Für die Kamera benötigte Utilities)

Licht und Schatten

Das Beleuchtungsmodell von OpenGL besitzt von Haus aus keine Möglichkeit zur Darstellung von Schatten (nicht zuletzt weil es dafür immernoch keine einheitliche Methode gibt), allerdings haben sich über die Jahre hinweg einige Techniken mehr oder weniger durchgesetzt :

• Lightmaps
• Projezierte Shadowmaps / Projezierte Texturen
• Volumetrische Stencilschatten
• Silhouette

Statische Umgebungen

Besonders in Aussenszenen ist es oft nötig dem Betrachter den Eindruck zu vermitteln, er befinde sich in einer unendlich großen Umgebung. Da man dies jedoch schlecht über speziell dafür erstellte Geometrie lösen kann (weil das schlichtweg zu viel Aufwand und zu leistungsintensiv wäre), haben sich einige Techniken eingebürgert, mit denen man dem Betrachter eine solche unendliche Landschaft mit wenig Geometrie und einigen Tricks vorgaugeln kann :

• Skyboxen
• Skydome
• Skysphere

Dynamische Effekte

Das Auge ißt bekanntlich mit. Auch bei 3D Anwendungen, vor allem in der Unterhaltungsindustrie, spielen gigantische Effekte, die dem User ein "Ohhh" und "Ahhh" und vor allem "Wow!" entlocken eine immer größere Rolle. Wie man solche Effekte am besten implementiert finden Sie in den Artikeln dieses Abschnitts.
(Befassen Sie sich zuerst mit den Grundlagen von Partikelsystemen.)

• Explosionen (Allseits gern gesehen. Außer in direkter Nachbarschaft)
• Lichtsäulen (Bekannt für die magischen Momente in diversen Rollenspielen.)
• Partikelsysteme (Grundlage für viele Effekte)

Natürliche Phänomene

Ziel vieler Echtzeit 3D-Anwendung (auch wenn genau der gegenteilige Trend manchmal interessant sein dürfte) ist eine zumindest optische Annäherung an die Realität, also Szenen möglichst "naturgetreu" (auch urbane Szenen können "naturgetreu" sein, auch wenn diese wenig natürlich sind) darzustellen. Dazu gehören auch natürliche Phänomene, wie z.B. realistisch spiegelndes Wasser, Wetterbedingungen (Regen, Schnee, Nebel), Feuer, etc. Oft gibt es für ein natürliches Phänomen recht fortgeschrittene Umsetzungsmöglichkeiten, manchmal liegt die Lösung aber auch recht nahe :

• Bäume
• Blitz
• Feuer
• Himmel
• Nebel
• Staub
• Wasser
• Wettereffekte (Regen, Schnee)
• Wolken (als Ergänzung zu den statischen Umgebungen)

Raumunterteilungstechniken

Moderne 3D-Anwendungen müssen immer größere und komplexere 3D-Umgebungen darstellen, wobei oft jedoch große Teile eben dieser nicht sichtbar sind, aber ohne entsprechende Optimierungen trotzdem über den Datenbus geschoben (und von der Grafikkarte geclippt) werden müssen. Deshalb finden diverse Raumunterteilungstechniken (die u.a. aus anderen Bereichen stammen) in modernen 3D-Programmen Anwendung :

• BSP-Bäume (Binary Space Partitioning = Binäre Raumunterteilung)
• Octrees (Dreidimensionale Erweiterung eines Quadtrees)
• Portale (Logische Sichtbegrenzung an Durchgängen)
• PVS (Potentially Visible Sets = Mögliche sichtbare Sets)

Terrain Darstellung

In vielen 3D Anwendungen, vom Flugsimulator über Egoshooter bis zum Strategiespiel, muss die Umgebung visualisiert werden. Welche Techniken bei der Speicherung (siehe auch Raumunterteilungstechniken), Bildaufbau und Texturierung zum Einsatz kommen, findet ihr hier:

Level of Detail Algorithmen für Landschaften

• VDPM (View-Dependent Progressive Meshes)
• ROAM (Real-time Optimally Adapting Meshes)
• Geometrical Mipmapping
• VIPMs (View Independent Progressive Meshes)

Texturierung

• Texture Splatting (Kombination von Texturen mittels Blending und Multitexturing)
• Texture Backing (Dynamisches erstellen von Texturen)

Prozeduale Grafiken

Prozeduale Grafiken werden häufig verwendet um

• eine vielfältige Umgebung zu gewährleisten
• Speicherplatz auf der Festplatte zu sparen
• den Grafikern die Arbeit zu erleichtern (und teilweise sogar erst zu ermöglichen)

Die Algorithmen und Möglichkeiten die sich dabei bieten sind hier aufgelistet:

• Perlin Noise (Algorithmus für Texturen, Landschaft und vieles mehr)
• L-Systems (aus wenig mach viel, Landschaftsgenerierung, Baumgenerierung, ...)
• Midpoint Displacement (primär zur Landschaftsgenerierung)
• Fault Formation (primär zur Landschaftsgenerierung)
• Prozeduale Landschaft (Spezielle Hinweise und Techniken zur Landschaftsgenerierung
• Prozeduale Bäume (Techniken und Algorithmen speziell zur Baumgenerierung)
• Prozeduale Texturen (Spezielle Hinweise zu Wasser, Lava und ähnliches)

Sonstiges

• Screenshots von OpenGL Ausgaben