Innerhalb von Millisekunden kann eine neue GPU-Technologie Basisszenarien wie diesen Marktplatzen mit Objekten füllen: konkret sind das in diesen Fall neben den Marktständen auch das Gras und der Efeu im Hintergrund. (Bild: Hochschule Coburg)
Gute Grafik schafft die Atmosphäre, dieGamerInnen emotional und intellektuell in die Welt eines Videospiels zieht - und die auch für die künftigen "BewohnerInnen" des Industrial Metaverse von großer Bedeutung sein könnte. Was die Technik dahinter angeht, hat ein Forschungsteam rund um den Studiengang Visual Computing der Hochschule Coburg in Kooperation mit dem Grafikkartenhersteller AMD sensationelle Fortschritte erzielt: Unter anderem ist es mit der neuen Grafikkartentechnologie Work-Graphs erstmals gelungen, eine detaillierte 3D-Szene in einem Prototyp innerhalb von Millisekunden zu mit Objekten zu bestücken. Inspiration dafür war unter anderem der Coburger Weihnachtsmarkt.
Wie sorgt GPU Work-Graphs für bahnbrechende Fortschritte?
Work Graphs erlauben es, Grafikkarten (GPUs) mit einem hohen Grad an Flexibilität zu programmieren, was neuartige Algorithmen erfordert. So wurde eine neuartige Datenstruktur zur kompakten Darstellung von Dreiecksnetzen entwickelt, die aus der Kooperation zwischen Hochschule Coburg und AMD hervorgegangen ist. Dazu wurde ein paralleler Algorithmus zur schnellen Dekompression entwickelt. In Kombination benötigen 3D-Modelle substanziell weniger Speicher bei für den Menschen nicht erkennbaren Qualitätsverlust. Gleichzeitig ergaben Messungen der Wissenschaftler, dass die 3D-Modelle bis zu 80 Prozent schneller angezeigt werden können als mit bisherigen Ansätzen.
Warum ist die prozedurale Echtzeit-Generierung so wegweisend?
Mit dem System können 3D-Welten schneller und interaktiver gestaltet werden. Die neuen Algorithmen können ganze 3D-Computerwelten beispielsweise mit einer nie dagewesen Menge an Efeu, Pilzen und Gras überwuchern lassen. Dabei wird Vegetation auf einem bestehenden 3D Modell verteilt. Das Gras wurde maßgeblich von dem Coburg Masteranden Carsten Faber mitentwickelt, worüber der Halbleiterhersteller AMD bereits in seinem Forschungs-Blog berichtete. Sein Professor Dr. Quirin Meyer freut sich: „Das zeigt die hervorragende Arbeit in Forschung und Lehre, die wir hier in Coburg im Bereich Visual Computing leisten!“
Die Technologie beschränkt sich aber nicht auf die Generierung von Vegetation: Mit Work-Graphs ist es gelungen, eine 3D-Szene mit einer hohen Zahl an unterschiedlichen 3D-Modellen in wenigen Millisekunden zu bestücken. Als eines von vielen Beispielen führt der Coburger Visual-Computing-Doktorand Bastian Kuth die Erzeugung des 3D-Modells eines Marktplatzes mit Wegen, Buden, Girlanden und weiteren Requisiten an. Wie das quasi in Echtzeit vonstatten geht, zeigt ein beeindruckendes Video der Forschenden:
„Für Teile unserer Generierung haben wir uns vom Coburger Weihnachtsmarkt inspirieren lassen“, erklärt Bastian Kutz. Entstanden ist die Arbeit im Team rund um Prof. Dr. Quirin Meyer, Studiengangsleiter im Bachelor Visual Computing und Leiter des Labors für Computergrafik, Doktorand Bastian Kuth, sowie Carsten Faber von der Hochschule Coburg. Seitens AMD beteiligen sich Dr. Matthäus Chajdas, Max Oberberger und Dominik Baumeister an diesem Forschungsthema.
Arbeit der Forschenden erregt international Aufsehen
Auf der Konferenz „High Performance Graphics 2024“ (HPG) in Denver, USA, präsentierte Doktorand Bastian Kuth die Ergebnisse zum Thema Prozedurale Echtzeit-Generierung mittels GPU Work-Graphs. Bei der HPG werden jährlich wissenschaftliche Ergebnisse im Bereich Hochleistungscomputergrafik veröffentlicht. Das internationale Fachpublikum vergab der Coburger Gruppe den Best-Paper Award, eine Auszeichnung der wissenschaftlichen Community für hervorragende Leistungen.
Eine genauere Beschreibung der Technologie liefert das folgende Youtube-Video:
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