Insbesondere die neue Generation der Windows-Spiele, Lernsoftware, Präsentationsprogramme und CAD-Programme benötigen erstklassige und schnelle 3D-Darstellung. Um der ständig steigenden 3D-Funktionalität der Applikationen gerecht zu werden, muß eine Beschleunigung durch geeignetet Hardware erfolgen. Eine dynamische 3D-Animation in Echtzeit ist auf herkömmlichen 2D-Grafikkarten wegen der limitierten Hardwareleistung nicht möglich, daher haben aktuelle Grafikkarten eine hardwaremäßige 3D-Unterstützung implementiert.
Zur flüssigen 3D-Darstellung ist weiterhin genügend Grafikspeicher notwendig. Ein Vorteil von AGP-Karten ist, daß der Hauptspeicher des Rechners zur Berechnung aufwendiger 3D-Texturen von der AGP-Karte mitverwendet werden kann. Spiele und Animationen benötigen Double Buffering oder Page Flipping, für die Tiefeninformation wird der Z-Buffer benötigt und die Texturen müssen ebenfalls im unsichtbaren Teil des Frame Buffers (Bildschirmspeicher) abgelegt werden.
Durch die 3D-Hardware-Unterstützung wird der Software-Aufwand bei 3D-Berechnungen verringert, d.h. ein wesentlicher Teil der Arbeit zur grafischen Berechnung verlagert sich vom Hauptprozessor auf die Grafikkarte. Die beiden wichtigsten Beschleunigungen sind die schnelle Darstellung Gouraud-schattierter Dreiecke und das Texture Mapping mit verschiedenen Filtermethoden.
Um gekrümmte Flächen darzustellen, werden sie rechnerisch in viele kleine Dreiecke aufgeteilt. Mit diesen Dreiecken werden gekrümmte Flächen schattiert dargestellt (Shading). Je mehr Dreiecke benutzt werden, desto feiner ist die Darstellung, aber um so höher ist auch der Rechenaufwand. Die 3D-Shading-Methoden (Flat Shading und Gouraud Shading) unterscheiden sich darin, wie die Farbverläufe innerhalb dieser Dreiecke dargestellt werden.
Begriffserklärungen
Double Buffering oder Page Flipping
das nächste Bild wird im Hintergrund gezeichnet, während das letzte Bild dargestellt wird (wird von 3D-Spielen und Animationen benötigt)
Flat Shading
Dreiecke mit Tiefeninformation pro Ecke, die Dreiecke sind einheitlich gefärbt, ergibt eine facettierte Darstellung.
Gouraud Shading
Dreiecke mit Tiefen- und Farbinformation pro Ecke, der Farbverlauf ergibt sich aus der Interpolation der Eck-Farbwerte und ergibt einen sehr weichen Verlauf (sogar mit weniger Dreiecken als beim Flat Shading).
Z-Buffer
Tiefeninformation eines Pixels (Position in der dritten Dimension)
Fog
Entfernungsabhängige atmosphärische Effekte (z.B. Nebel).
Alpha Blending
Zusatzinformation zum Erzeugen transparenter Materialien. Damit können z.B. Gegenstände hinter einer getönten Glasscheibe durchschimmerd dargestellt werden.
Clipping
Begrenzen des Zeichenbereichs auf ein beliebiges Rechteck durch Hardware.
Texture Mapping
(Multum In Parvo) Beim MIP Mapping wird die Textur nicht nur in einer Vergrößerungsstufe, sondern in vielen bis hinunter zur Größe von einem Pixel gespeichert. Dabei wird folgendes den Speicher optimal nutzendes Verfahren verwendet: drei Viertel des Textur-Speichers werden für den Bildanteil in den drei Grundfarben Rot/Grün/Blau benutzt. Im letzten Viertel wird die gesamte Textur wiederholt, aber in nur einem Viertel der vorherigen Größe. Dort wird eine nochmal geviertelte Darstellung gespeichert u.s.w. Die Hardware wählt abhängig von der Entfernung des zu zeichnenen Objekts automatisch die geeignete Texturgröße aus.
Bi-lineare Filterung
Um eine Textur in einer anderen Größe darzustellen, wird der Farbwert des zu zeichnenden Pixels hardware-unterstützt aus der Textur interpoliert.
Tri-lineare Filterung
Um aus zwei das gleiche Muster repräsentierenden verschieden großen Texturen (z.B. MIP Mapping) eine Zwischengröße zu bilden, wird der Farbwert des zu zeichnenden Pixels hardware-unterstützt aus beiden Texturen interpoliert. So werden Klötzcheneffekte bei Vergrößerung und Aliasing-Effekte bei Verkleinerung vermieden.
Texture Filtering
Der Texturfilter entfernt die Treppenbildung auf Texturen. Das Texture Filtering hängt eng mit der bi- und tri-linearen Filterung zusammen.
Perspective Correction
Diese Funktion korrigiert perspektivische Verzerrungen bei sich verkürzenden Grafikelementen.
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