Neue GPU-Technologie erzeugt dynamische 3D-Welten
Ein Forschungsteam der Hochschule Coburg hat in Kooperation mit AMD eine GPU-Technologie entwickelt, die komplexe virtuelle Szenen in Millisekunden erzeugt.
Vorbild Coburger Marktplatz: Die über GPU Work-Graphs generierte 3D-Welt verfügt über dynamische Vegetation und andere Objekte, die sich in Echtzeit verändern.
(Bild: Hochschule Coburg)
Die neue GPU-Technologie verändert die Möglichkeiten für die Erstellung von 3D-Grafiken nach Meinung der Entwickler grundlegend. Sie erlaubt es, komplexe Szenen in Millisekunden durch prozedurale Echtzeit-Generierung zu erzeugen. Hinter der Entwicklung steht ein Forschungsteam des Studiengangs Visual Computing der Hochschule Coburg in Zusammenarbeit mit dem Grafikkartenhersteller AMD. Das Team ist davon überzeugt, mit dem als GPU Work-Graphs bezeichneten System neue Maßstäbe für Gaming und Design sowie virtuelle Welten wie das Metaverse zu setzen.
Coburger Marktplatz als Vorlage
Auch wenn die Entwicklung von GPU Work-Graphs noch nicht abgeschlossen ist, können sich die Ergebnisse schon jetzt sehen lassen. Wie der Informationsdienst Wissenschaft meldet, ist es dabei erstmalig gelungen, mit der neuen Grafikkartentechnologie eine detaillierte 3D-Szene innerhalb von Millisekunden in allen Einzelheiten zu bestücken.
Dabei ist die gezeigte Marktplatzdarstellung nur ein Beispiel von vielen und geht über die zu sehende Vegetationsgenerierung hinaus: Das Team hat die Szene mit zahlreichen unterschiedlichen 3D-Modellen in wenigen Millisekunden bestückt, wie der Coburger Visual-Computing-Doktorand Bastian Kuth die Erzeugung des Marktplatzes mit Wegen, Buden, Girlanden und weiteren Requisiten erläutert.
„Für Teile unseres Modells haben wir uns vom Coburger Weihnachtsmarkt inspirieren lassen“, erklärt der Wissenschaftler. Die Arbeit entstand im Team rund um Prof. Dr. Quirin Meyer, Studiengangsleiter im Bachelor Visual Computing und Leiter des Labors für Computergrafik, zusammen mit Doktorand Bastian Kuth sowie Carsten Faber von der Hochschule Coburg. AMD beteiligt sich mit Dr. Matthäus Chajdas, Max Oberberger und Dominik Baumeister an dem Forschungsthema.
Über die neuen Algorithmen wurden inzwischen umfangreiche 3D-Welten mit einer bislang nie dagewesenen Menge an dynamischen Details wie wachsendem Efeu, Pilzen und wucherndem Gras generiert. Die Forscher verteilten dabei die Vegetation auf bestehende 3D-Modelle. Mit diesem System lassen sich 3D-Welten schneller und interaktiver gestalten, ist das Forschungsteam überzeugt. Carsten Faber, ein Masterand aus Coburg, hat maßgeblich zur Entwicklung des Grases beigetragen, worüber der Halbleiterhersteller AMD bereits in seinem internen Forschungs-Blog berichtete. Prof. Dr. Quirin Meyer freut sich: „Das zeigt die hervorragende Arbeit in Forschung und Lehre, die wir hier in Coburg im Bereich Visual Computing leisten!“. In einem Video zeigt das Team die Echtzeit-Möglichkeiten der neuen GPU-Technologie.
Internationaler Erfolg der Forschungsgruppe
Die Coburger Forschenden haben inzwischen auch international Anerkennung bekommen: Auf der Konferenz „High Performance Graphics 2024“ (HPG) in Denver, USA, präsentierte Doktorand Bastian Kuth seine Ergebnisse zur prozeduralen Echtzeit-Generierung mittels GPU Work-Graphs. Bei der HPG veröffentlichen Wissenschaftler jährlich ihre Erkenntnisse im Bereich Hochleistungscomputergrafik. Das internationale Fachpublikum ehrte die Coburger Gruppe mit dem Best-Paper Award, einer Auszeichnung der wissenschaftlichen Community für herausragende Leistungen. Gleichzeitig veröffentlichte die Gruppe ihren wissenschaftlichen Beitrag „Real-Time Procedural Generation with GPU Work Graphs“ im angesehenen Journal „Proceedings of the ACM on Computer Graphics and Interactive Techniques“.
Die Arbeiten finden großen Zuspruch. Nach dem Best-Paper Award 2020 auf der HPG und 2022 auf der I3D sicherten sie sich 2023 auf der HPG den dritten Platz. Im März 2024 präsentierten AMD und Microsoft den weltweit ersten Demonstrator, der im Rahmen dieser Zusammenarbeit maßgeblich von der Hochschule Coburg mitentwickelt wurde, auf der Spielentwicklungskonferenz GDC (Game Developer Conference) in San Francisco.
Im September brachte die Zusammenarbeit zwischen der Hochschule Coburg und dem Grafikkartenhersteller AMD eine weitere Auszeichnung: Die Wissenschaftler, geleitet von Prof. Dr. Quirin Meyer und Dr. Matthäus Chajdas, erhielten auf der wissenschaftlichen Konferenz „Vision Modelling and Visualisation 2025“ in Garching den Best-Paper Award.
Sie präsentierten eine neuartige Datenstruktur zur kompakten Darstellung von Dreiecksnetzen, die gemeinsam mit AMD entwickelt wurde. Außerdem entwickelten sie einen parallelen Algorithmus zur schnellen Dekompression. Dadurch benötigen 3D-Modelle deutlich weniger Speicher ohne erkennbaren Qualitätsverlust. Messungen zeigten, dass die Wissenschaftler die 3D-Modelle bis zu 80 Prozent schneller anzeigen konnten als mit früheren Methoden.
