Battlefield 3 und Need for Speed - The Run: Frostbite Engine 2.0-Fakten - DICE erklärt Rendering- und Performance-Tricks [Bilder des Tages]

Kurz vorm Release von Battlefield 3 und Need for Speed: The Run sprachen DICE-Entwickler über die in beiden Electronic Arts-Spielen verwendete Frostbite Engine 2.0. Themenschwerpunkt auf der Siggraph 2011 (Special Interest Group on GRAPHics and Interactive Techniques) in Vancouver (Kanada) war der technische Aspekt. Im Speziellen referierten die Entwickler Colin Barré-Brisebos (Battlefield 3) und John White (Need for Speed - The Run) zu "ihren" Spielen und verschiedenen Tricks, mit denen die Frostbite Engine 2.0 eine bessere Grafik sowie eine höhere Performance erzielt. Die Präsentation begann mit den "Fünf Säulen der Frostbite Engine 2.0": Animation, Audio, Scale, Destruction und Rendering. Die Präsentation mit dem Titel "More Performance! Five Rendering Ideas from Battlefield 3 and Need For Speed The Run" beschäftige sich vordergründig mit dem Rendering.

Zuerst ging es um den sogenannten Bokeh-Filter, der für einen Tiefenunschärfe-Effekt sorgt. Dieser kommt häufig in Zwischensequenzen sowie bei offiziellen Screenshots zum Einsatz. Allerdings sorgt der Filter für einen Spielzeug-Look, den die Macher bei den EA-Spielen Battlefield 3 und Need for Speed: The Run mit einer "abgeänderten, schrägen Box-Version samt sechseckiger Weichzeichnung" umgehen. Die optische Qualität wird somit erhöht und die Performance steigt, da DICE auf die sehr füllratenlastige Point-Sprite-Variante des Bokeh-Filters verzichtet. Diese kommt beispielsweise in Crysis 2 mit DirectX 11 und in der Samaritan-Techdemo von Epic zum Einsatz, wie PC Games Hardware zum Rendering der Frostbite Engine 2.0 schreibt. Der folgende Vergleich demonstriert unterschiedliche Stufen des Filters.

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NfS The Run ohne BokehNfS The Run mit Bokeh (erster Pass)NfS The Run mit Bokeh (zweiter Pass)

Darüber hinaus thematisierte DICE das sogenannte Tile-based Deferred Lighting (TBDL). Dadurch zerlegen die Entwickler das Bild in Kacheln und speichern Beleuchtungsinformationen im G-Buffer bezeichneten Puffer. Anschließend berechnet die Frostbite Engine 2.0 die Ausleuchtung der Kacheln parallel und setzt diese danach zu einem Gesamtbild zusammen. Dieses Verfahren beweist seine Effizienz bei multiplen Lichtquellen inklusive Schatten und Geometrie. Eine Beispielsituation ist etwa, wenn Destruction 3.0 der Frostbite Engine 2.0 (Zerstörungssystem) Wände einstürzen lässt und Einzelteile dynamisch auf Lichteinfall reagieren sollen. Das TBDL-Verfahren ist übrigens in die Compute-Shader von DirectX 11 implementiert. Daraus ergibt sich eine höhere Performance gegenüber klassischen Beleuchtungstechniken wie Deferred Lighting. Der folgende Vergleich zeigt die verschiedenen Stufen von TBDL.

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Szene ohne BeleuchtungSzene mit BeleuchtungUnterteilung in KachelnLichter pro Kachel

Culling ist ein weiteres Verfahren um die Performance zu steigern. Die Technik verwirft Bildinformationen, die auf dem Monitor nicht sichtbar sind. Dadurch entstehen freie Ressourcen, die wiederum für andere Techniken eingesetzt werden können. Das gleiche gilt für die Farbuntertastung (Chroma Subsampling). Farbuntertastung untersucht ein Bild auf Helligkeits- und Farbinformationen. Die Engine reduziert Letztere und spart somit Bandbreite ein. Laut DICE wird nach diesem Schritt nur noch etwa 25 Prozent der Bandbreite benötigt. Bei Chroma Subsampling werden übrigens Shader-Einheiten ineffizient angesprochen. DICE löst das Problem damit, dass gleich vier Helligkeitsinformationen in einen Rechenvorgang gepackt werden. Außerdem kommt anschließend noch MLAA-Kantenglättung hinzu. Morphological Anti-Aliasing (MLAA) ist ein Kantenglättungsverfahren, das in Echtzeit Formen und Kanten analysiert, mögliche Treppchen-Bildung erkennt und diese entsprechend verhindert.

Abschließend erklärt DICE die Unterschiede zwischen Screen-Space Ambient Occlusion (SSAO) und dem "großartigen" Horizon-based Ambient Occlusion (HBAO): SSAO eignet sich für Mittelklasse-Rechner und Konsolen, letzteres für High-End-Rechner. HBAO benötigt die dreifache Rechenzeit und sorgt also für ein besseres Bild auf potenten Rechnern. Ambient Occlusion ist ein "Umgebungsverdeckungsverfahren": eine Shader-Technik, die für realistische Schatten sorgt. Der folgende Vergleich verdeutlicht die Techniken, die wiederum die globale Beleuchtung unterstützen. Darauf legt DICE bei Battlefield 3 und Need for Speed: The Run viel Wert.

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SSAO für Mittelklasse-PCs/KonsolenHBAO für High-End-PCsCulling/Hi-Z

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Auswertung

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