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Echtzeit 3D, Unreal Engine Toolkit | 2024-01-08

Echtzeit-3D-Rendering: Ein "neuer" Durchbruch?

Unter dem Begriff "Rendering" versteht man die Berechnung von Bildern (oder Bildfolgen, also Videos) auf einem Computersystem. Obwohl Echtzeit-Rendering eine lange Geschichte hat und seit über einem halben Jahrhundert genutzt wird, veränderten sich die Prozesse beim modernen Echtzeit-3D-Rendering in den letzten Jahren doch stark.  Die ersten Innovationen tauchten in den 2000er Jahren auf, als GPU-Technologien (Graphics Processor Units, bzw. Grafikchips) auf breiter Basis verfügbar wurden. Diese ermöglichten komplexere Darstellungen im dreidimensionalen Raum durch Deferred-Rendering (eine effiziente Methode zur Handhabung von artifiziellem Licht), das innerhalb eines Jahrzehnts zu dynamischer Beleuchtung und Schatten, Global Illumination sowie Echtzeit-Physiksimulationen weiterentwickelt wurde.

3D-Visualisierung eines Apartments in Echtzeit mit Twinmotion, einem Echtzeit-3D-Werkzeug, welches auf der Unreal Engine basiert.

Warum wir über über die Geschichte sprechen? Weil ein weiterer, großer Durchbruch des 3D-Renderings bevorsteht. 
In den letzten zwei Jahrzehnten bestand eine ständige Herausforderung darin, immer mehr GPUs für die leistungshungrigen Render-Aufgaben einzusetzen, um diese schneller auszuführen. Die zunehmende GPU-Leistung führt jedoch zu zunehmenden Ansprüchen, denen Entwickler*innen mit höherer Qualität begegnen, wodurch wiederum die Render-Zeiten - relativ gesehen - konstant bleiben.
Das bedeutet, dass beispielsweise das Rendern von Licht in aufwendigen 3D-Visualisierungen mehrere Stunden bis hin zu einigen Wochen dauern kann. Zu diesem Zweck wurden Render-Farmen eingerichtet, die sich nur mit dem Verarbeiten von Szenen-Rendering-Iterationen beschäftigten.

 

So wie Michael Deering's Deferred-Rendering kann Epics Nanite als Wendepunkt verstanden werden. Sowohl in der Art und Weise wie wir über Echtzeit-Rendering denken, als auch im Vorgehen. Im Gegensatz zu Deering (1988) konnte Epic bei der Entwicklung von Nanite bereits vorhandene Hardware nutzen, um die Innovation zum Leben zu erwecken.

 

Doch wie genau funktioniert Nanite? Stark vereinfacht ausgedrückt, passt Nanite das Detailniveau jedes im Viewport sichtbaren 3D-Modells entsprechend seiner Größe im Viewport an. Das bedeutet, je weniger Platz ein 3D-Modell im Viewport einnimmt, desto weniger Detail benötigt es, was dazu führt, dass die Polygonanzahl einer 3D-Szene praktisch irrelevant wird. Zusammen mit NVIDIAs RTX-Technologie für Beleuchtung und Global Illumination erhalten wir nun Echtzeit-Rendering in höchster Qualität!

 

Die Möglichkeit, 3D-Szenen "on the fly" zu ändern und sofortige Änderungen in der Produktionsqualität zu sehen, ist beispiellos. Obwohl das System noch einige Einschränkungen haben mag, entwickelt es sich in den Bereichen Spiel, Animation, Film, Simulation und sogar Virtual Reality schnell zum Industriestandard.

 

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