VXGI als Teil der Cave-Demo in der Unreal Engine 4

Wichtiger Technik-Baustein für die Zukunft und damit auch Teil der aktuellen GeForce-Generation ist das sogenannte VXGI (Voxel Global Illumination). Bereits zum Launch der GeForce GTX 980 und GTX 970 (Hardwareluxx-Artikel) hatten wir einen Blick auf die Technik dahinter geworfen, da VXGI auch Teil der Hardware-Entwicklung ist bzw. die Architektur auf solche Software-Lösungen hin optimiert wurde.

Ein komplettes Raytracing, also die Nachverfolgung und Berechnung beliebig vieler Lichtstrahlen, ist das angestrebte Endziel einer jeden Beleuchtungstechnik. Bis dies in den aktuellen Auflösungen allerdings möglich sein wird, werden noch einige Jahre vergehen, da die Hardwareanforderungen enorm sind. Als Zwischenschritt hat NVIDIA VXGI entwickelt, welches auf den drei neuen Karten mit "Maxwell"-Architektur der zweiten Generation bereits lauffähig ist. VXGI beschreibt eine dynamische Berechnung eines Szenarios mit der Einbeziehung einer Reflexion einer direkten und indirekten Lichtquelle sowie von vorherigen Reflexionen und diffuser Beleuchtung. Wie genau dies funktioniert, erfährt man im dazugehörigen Artikel zur "Maxwell"-Architektur mit zahlreichen Illustrationen der Render-Technik.

VXGI in der Cave-Demo zur Unreal Engine 4 (links ohne VXGI - recht mit VXGI).

Eine erste Adaption der Technik, die einmal Teil der GameWorks-API werden soll bzw. schon ist, wurde auf Basis der Unreal Engine 4 entwickelt. Die Apollo 11 Lunar Landing Demo kann von jedermann heruntergeladen und ausprobiert werden. Dass sich aber auch erste Engine-Entwickler mit VXGI beschäftige, zeigt ein Beitrag im Forum zur Unreal Engine. Darin sind Screenshots zu sehen, die eine Umsetzung von VXGI auf der Unreal Engine 4 und hier genauer zur Cave-Demo zeigen. Die Unterschiede sind in der Ausleuchtung der 3D-Szenen recht deutlich zu erkennen, auch wenn noch etwas Feinschliff notwenig ist, damit die Szenen auch realistisch wirken.

VXGI in der Cave-Demo zur Unreal Engine 4 (links ohne VXGI - recht mit VXGI).

Der Nutzer Ad3ViLl liefert neben den Screenshots auch gleich die dazugehörige Voxel-Ansicht. VXGI verwendet 3D-Voxel, denen zwei Eigenschaften zugewiesen werden: Durchlässigkeit für das Licht und in welche Richtung sowie in welcher Farbe das Licht aus dem Voxel emittiert. Um den Raum in die Voxel aufzuteilen, sind bestimmte Sampling-Verfahren notwendig, die dedizierte Hardware voraussetzen, die ebenfalls nur in der "Maxwell"-Architektur vorhanden sind. Sie sind auch Teil des DirectX-12-Subsets, welches bereits von "Maxwell" beherrscht wird. Die Voxel repräsentieren in einer kompletten Renderszene die Lichtquellen. Abhängig vom Abstand der Oberfläche sind die Voxel unterschiedlich groß und werden in Trichtern unterschiedlicher Richtung, Länge und Dicke dargestellt. Durch die unterschiedliche Größe der Voxel in Abhängigkeit zur Oberfläche wird ein "Level of Detail" eingeführt.

VXGI in der Cave-Demo zur Unreal Engine 4 (links ohne VXGI - recht mit VXGI).

Derzeit noch im Hinterkopf behalten sollte man allerdings, dass ein Zuschalten von VXGI auf einer GeForce GTX 970 einen Einbruch bei den Bildraten von 86 auf 9 Bildern pro Sekunde nach sich zieht.

Dazu haben wir zum Launch der GeForce GTX 980 und GTX 970 auch eine Videoaufzeichnung der Technik-Demo, welche das Vorgehen der Berechnung noch einmal in bewegten Bildern zeigt: