3d-grafikkarten

Einleitung: 3D-Grafikkarten haben in erster Linie den Zweck, den Hauptprozessor beim Darstellen aufwendiger dreidimensionaler Szenarien zu entlasten. Sie übernehmen dabei einen Großteil der Berechnungen, für die sonst die CPU zuständig wäre und sorgen somit für wesentlich schnellere Berechnungen. Die Karten haben sich bislang in zwei differente Gruppen unterteilt:
1. In die reinen Addon-Karten (Alte GK bleibt im Rechner, 3D-Karte wird dazu gesteckt und über ein sog. "Loop-Kabel" ( Durchschleifkabel) mit ihr verbunden). Zu diesen Vertretern gehören die schon etwas älteren Karten von 3dfx mit VooDoo I und VooDoo2 Chipsatz
2. Die 2D/3D-Kombikarten. Wie der Name sagt, beinhalten sie sowohl einen 2D- als auch einen 3D-Teil. Ihnen gehört wegen der einfacheren Handhabung die Zukunft. Zu den bekanntesten Vertretern zählen Karten mit VooDoo3- und Riva TNT/TNT2 Chipsatz.

Geschichte - Heute - Morgen:

Geschichte:
Bis zum Jahre 1996 tat sich in der Branche kaum etwas. Dann nämlich kam der VooDoo I auf den Markt und war ein riesiger Erfolg. Er war so beliebt und gut, dass er gleich 2 folgende Generationen übersprang. Es folgten immer wieder klägliche Versuche von anderen Herstellern, den Erfolg von 3dfx' VooDoo I nachzumachen. Die meisten scheiterten. Aber nVidia konnte mit seinem Riva128 doch einen wirklich guten Chip auf den Markt bringen, der - anders als sein 3dfx-Konkurrent - eine 2D/3D-Kombikarte war. 1998 war der Durchbruch der 3D-Beschleuniger: In diesem Jahr erschienen der VooDoo2 (3D), der Banshee (2D/3D) und der sehr erfolgreiche Riva TNT (2D/3D). All diese Karten bestachen durch enorme Bildqualität und nie zuvor gewesener Geschwindigkeit. Doch es würde nicht lange dauern, bis noch viel bessere Karten auf den Markt kämen...

Heute:
Nach VooDoo3 und Riva TNT2 sind die momentan innovativsten 3D-Beschleuniger jene mit nVidia's Geforce 256 Chip. Dieser versteht es, dem Hauptprozessor noch weitere Arbeiten, wie das Berechnen von Licht- u. Spiegelungseffekten oder die von der Geometrie eines Körpers, abzunehmen. Daraus folgt eine noch schnellere Darstellung bei gleichzeitig geringerer Anforderung an den Hauptprozessor.

Morgen:
In Zukunft werden sich die Chips so weiterentwickeln, dass es möglich sein wird, noch komplexere und noch echtere Szenarien virtuell zu erschaffen. Erstaunlich ist allerdings, wie schnell sich der 3D-Karten-Markt weiterentwickelt: ca. alle 6 Monate kommen neue Chips heraus, die wieder viel schneller sind und neue Features beherrschen, wobei es bei diesen ca. ein Jahr dauert, bis sie von Software überhaupt unterstützt werden. Man kann aber wirklich viel erwarten!

Die wichtigsten 3d-begriffe (alphabetisch geordnet):

Alpha Blending
Eine Technik zur Darstellung transparenter Flächen. Dazu wird Pixeln neben dem Farbwert auch ein Alpha-Wert zugewiesen, der die Transparenz bestimmt. So lassen sich Strukturen wie Glas oder Wasser sehr realistisch darstellen.
Anisotropic Filtering
Im Gegensatz zu den anderen Filtermethoden wird hier in X- und Y- Richtung unterschiedlich stark weichgezeichnet. Dadurch sind Schriften auf schrägen Flächen besser lesbar.
Anti Aliasing
Verhindert die Pixeltreppen bei schrägen Linien. Dazu vermischt der 3D-Chip am Rand der beiden angrenzenden Pixel deren Farben.
Bilineares Filtering
Verhindert, dass Texturen allzu grob wirken, indem die Farben der nebeneinander liegenden Pixel vermischt werden.
Bumb Mapping
Simuliert 3-dimensionale Texturen, die bei relativ geringem Rechenaufwand sehr realistisch wirken.
Double/Triple Buffering
Sorgt für einen flüssigeren Ablauf, indem 2 oder 3 vorgerenderte Bilder schon im Speicher abgelegt werden. Sobald das eine Bild am Monitor ausgegeben wurde, wird das nächste in den Speicher geladen.
Dithering
Simuliert nicht vorhandene Farben durch das Nebeneinandersetzen zweier verschiedenfarbiger Pixel, die sich dann im menschlichen Auge mischen.
Environment Mapping

Täuscht Spiegelungen an Objekten vor.
Fogging
Stellt Nebel dar, wobei dazu jedem Pixel eine feste Farbe zugewiesen wird (meistens weiß), deren Anteil mit wachsender Entfernung zunimmt.
Mip Mapping
Wenn bei einem Objekt die gleiche Textur aus weiter Ferne sowie aus extremer Nähe verwendet wird, hat das 2 Nachteile: Aus großem Abstand sieht die Textur seltsam aus, da bei der Verkleinerung manche Teile "weggekürzt" werden, wobei die Textur aus nächster Nähe "aufpixelt" und somit sehr grob wirkt. Mip Mapping umgeht diese Probleme, indem einfach Texturen mit mehreren Detailstufen im Speicher abgelegt werden und dann je nach Entfernung eine Textur verwendet wird.
Rendern
Bezeichnet den Vorgang, bei dem ein 3-dimensionales Objekt in ein 2-dimensionales umgewandelt wird, um es dann am Monitor ausgeben zu können.
Shading
Dies bezeichnet die Schattierung von Polygonen. Man unterscheidet Flat Shading (das gesamte Polygon hat den gleichen Farbton) und Guroud Shading (jedem Eckpunkt wird ein eigener Farbwert zugewiesen).
Texture Mapping
Bezeichnet den Vorgang, bei dem einem Polygon Texturen "übergestülpt" werden.
Trilineares Filtering
Beim Mip Mapping ist der Übergang zwischen den Detailstufen aufgrund der Qualitätsunterschiede deutlich zu bemerken. Trilineares Filtering verhindert dies, indem für das zu zeichnende Pixel die Farbwerte, Position und Detailgrader der zwei Mip Maps berücksichtigt werden.

3D-Schnittstellen:

Verbindung zwischen Hard- und Software
Es ist noch nicht lange her, da kochte jeder Hardware- und Spielehersteller sein eigenes Süppchen. Unterschiedliche Schnittstellen sorgten dann dafür, daß sich der Konsument mit dem Kauf der Hardware auch gleich auf bestimmte Spieleanbieter festlegte. Heute haben sich zwei Systeme durchgesetzt: Open GL und Direct 3D.

Open GL ist eine Programmierschnittstelle innerhalb des Betriebssystems. Open GL ermöglicht es 3D-Anwendungen, bei möglichst guter Ausnutzung der Grafikhardware geräteunabhängig zu programmieren. Open GL wird bisher nur von Windows NT 4.0 direkt unterstützt.

Direct 3D (D3D innerhalb von Direct X) wiederum zielt nicht auf die Entwicklung, sondern auf den Konsumenten ab und hat sich daher als Schnittstelle unter Windows 95/98 durchgesetzt.

Open GL

Open GL wurde eher für professionelle Programme als für Spiele entwickelt. Allerdings gibt es auch einige Spielesoftware, die über Open GL läuft.

Direct 3D

Direct 3D ist Bestandteil von Direct X, wurde also primär für Windows 95/98 entwickelt. Die Aufgabe dieser Schnittstelle ist es, eine möglichst schnelle und funktionelle Verbindung zwischen Anwendung/Spiel und Grafikhardware zu bieten. So wie bei Open GL gibt es Routinen, die 3D auf den Bildschirm bringen und dabei die entsprechende D3D-Hardware (=Grafikkarte) möglichst effektiv und schnell ansprechen.

Schnittstellenvergleich
Während Open GL vornehmlich für professionelle Anwendungen unter NT konzipiert ist, hat der Schwerpunkt von D3D immer bei Spielen gelegen. Open GL hat sich jedoch durch Funktionalität und Handling ebenfalls in die Diskussion der Spieleschnittstellen gebracht. D3D befindet sich derzeit in der Release 7.