Technologie im Train Simulator NEXT

Auf dieser Seite stellen wir Ihnen einige technische Facetten des neuen Zugsimulators vor. Der Train Simulator NEXT ist eine sehr neue Plattform und löst technische Probleme mittels moderner Verfahren in der Computertechnik.

Diese Plattform nutzt DirectX 12

Train Simulator nutzt Direct3D 12 nativ und ist in der verwendeten Game Engine kein Aufsatz: damit erhalten das volle Feature-Set und erleben das volle Spektrum an möglicher Leistung mit dieser neuen Grafikschnittstelle. Das Rendern von dutzend Millionen von Dreiecken und zehntausenden Objekten stellt in der neuen Plattform kein Problem dar.

Im Programm wird eine Game Engine entwickelt, die vom Hause aus von Grund auf selbst entwickelt worden ist. Damit wird das Bestmögliche an Leistung speziell für offene Welten herausgeholt. Durch moderne Verfahren zur Weltverwaltung kann eine Sichtweite von 4 Kilometer für detaillierte Geometrie verwendet werden. Weiter können hochqualitative Texturen mit modernen Kompressionstechniken und Speicherverfahren verwendet werden.

Physikalisch-basiertes Material

In der hauseigenen Engine kommen physikalisch-basierte Materialien basierend auf filmische GGX-Beschreibung zum Einsatz: in diesem System beschreiben Artisten die Eigenschaften einer Oberfläche über eine Rauigkeit und Metalligkeit. Dieses Modell kommt damit natürlichen und realen Materialeigenschaften unglaublich nahe.

Die interne Technologie zur Darstellung ist auf die Anforderungen von Raytracing optimal angepasst: so nutzt das System die Helligkeit und Farbe der Umgebung unter Nutzung atmosphärischer Daten zur Beschreibung des Himmels. Weiter werden für metallische Materialien Echtzeitreflektionen genutzt: damit spiegelt die Metalloberfläche das, was wirklich zu sehen ist.

Im Programm werten weitere spezielle Materialeigenschaften abgebildet, die für eine gute Zugsimulation nicht wegzudenken sind: dazu gehören emissive Oberflächen um beleuchtete Materialen vorberechnet darzustellen. Dabei werden physikalisch-basierte Umweltparameter wie die Helligkeit des Materials und die Umgebungshelligkeit genutzt. Weiter wird Sub-Surface-Scattering berücksichtigt: ein nicht-durchsichtiges Material kann damit einen teiltransparenten Schatten werfen. Weitere beliebte Techniken sind Alpha-Masken, welche im Programm unterstützt werden. Mithilfe der Materialeigenschaften ist es sogar möglich, spekulare Reflektionen anzupassen.

Ein automatisches System für verwitternde Materialien und ein Textursystem, welches für die Jahreszeit, das Wetter oder die Tageszeit eine passende Texturdatei wählt, gehört zum Paket dazu.

Selbstschattierung mit Ray tracing

Ältere Technologieplattformen nutzen pixelbasierte Lösungen, um die Selbstschattierung eines Objektes zu emulieren. In Train Simulator NEXT wird eine echte Selbstschattierung mittels Ray Tracing berechnet – und damit korrekt wie in Natura.

In der Abbildung oben wurden bewusst für die Oberflächen keine Texturen angewendet, um die Fähigkeiten dieser relativ jungen Technologie mit den heutigen Möglichkeiten der Hardware zu zeigen. Zwar ist Ray Tracing eine echte Herausforderung für die Hardware, aber hinsichtlich der Qualität in der Darstellung ist der Sprung deutlich wahrnehmbar. Deshalb setzen wir auf diese Technologie. Weiter von Vorteil: das lästige „baken“ von Ambient Occlusion Maps mit all seinen Problemfeldern gehören der Vergangenheit an.

Weiter ist die Qualität der Schatten zu beachten. Ältere Hilfsverfahren mit ihren matschigen und klobigen Schatten gehören der Vergangenheit an. Mit steigender Hardwareleistung wollen wir in der Zukunft diese Technologie noch weiter ausbauen und denken bereits jetzt an globale Beleuchtung für Oberflächen.

Eine Neuheit: Technisch korrekte Lichter

Das Zusammenspiel von Licht mit der Umgebung spiegelt sich in der Game Engine des neuen Zugsimulators. Realistische Lichter sind hier möglich: sie werfen Schatten und verändern sich anhand der Umgebungshelligkeit.

Die Veränderung der Helligkeit setzt auf technische Angaben: dazu gehört zum Beispiel die Helligkeit des Strahlkörpers in Watt, die Art des Leuchtmaterials und wie weit das Licht in die Umgebung strahlt. Die Einstellungen sind komfortabel gestaltet: so können Designer den Farbton zum Beispiel über eine Farbtemperatur regeln und auf Luminanz maximieren. Alle gängigen Lichtarten können damit in einer 3D-Welt effektiv dargestellt werden.

Echte Reflektionen sind hier möglich

Die Nutzung echter Reflektionen ist in dem Programm möglich. Der Vektor der Reflektion trifft auf das Objekt, mit welchem es auch tatsächlich kollidiert. Damit werden nicht-sichtbare Objekte im Bild getroffen und alles ist wie in Natura korrekt. Nicht nur, das damit das Material noch natürlich wirkt: Systeme wie Bahnsteig- und Fahrzeugspiegel werden damit möglich.

Daten schnell laden? Ja, mit DirectStorage

Das Datensystem wurde im Programm von anfang an auf eine modding-fähige Performance getrimmt. Nicht nur, dass mittels moderner Kompressionsverfahren die Artefakte mittlerweile kaum wahrnehmbar sind: mittels DirectStorage und einer passenden SSD in ihrem Computer wandern die Texturen im Eiltempo direkt in den Grafikspeicher. Damit reduzieren wie Nachladeruckler und erhöhen die Geschwindigkeit beim Laden des Programms oder einer Strecke.

Zu den Editoren: Der Objekteditor

Mit dem Objekteditor können Sie 3D-Assets in den Train Simulator NEXT importieren und konfigurieren.

Der Objekteditor bietet folgende Hauptfunktionen:

• Importieren Sie 3D-Assets und Texturen aus einer vielzahl von Dateiformaten.
• Führen Sie Leistungsmessungen mithilfe von Tools wie die automatischen Platzierung aus.
• Erzeugen Sie automatisisiert Impostoren zur Erstellung vereinfachter Geometrie.
• Passen Sie physikalisch-basierte Materialien an und nutzen Sie spezielle Materialfunktionen.
• Konfigurierieren, kombinieren und trennen Sie Animationen nach Bedarf an.
• Binden Sie zusätzliche Kameras, Lichter, Sounds und Scripte in das Objekt ein.
• Verändern Sie die Umgebung nach ihren Vorstellungen.

Der Landdateneditor

Mit dem Landdateneditor erstellen Sie für eine Strecke die notwendige Welt. Dabei können Sie externe Ressourcen wie Verkehrsnetze, Höhen- und Satellitenbilder einbinden und vorbereitete Liniennetze aus KML-Daten importieren.

Der Landdateneditor bietet folgende Hauptfunktionen:

• Wählen Sie automatisiert die Weltdaten für eine Strecke aus und exportieren Sie die Daten.
• Lassen Sie sich selektiv das Eisenbahn-, Straßen-, Wasser- und Verkehrsnetz darstellen.
• Importieren Sie aus standardisierten Quellen Satellitenbilder, Höhendaten und Wasserflächen.
• Nutzen Sie die GPU-Berechnung zur Intensität der Luft- und Lichtverschmutzung und Umgebungsfeuchtigkeit.
• Importieren Sie Verkehrsnetze aus KML-Dateien, die Sie zum Beispiel online erstellt haben.

Eine offene Platform

Bei der Gestaltung des Dateisystems haben wir auf eine Offenheit für Entwickler und Nutzer geachtet, die gerne Modden möchten. Die Struktur ist leicht verständlich und Mods können ganz einfach installiert werden.

Ebenfalls bieten wir eine Dokumentation für Entwickler an. Diese ist noch in Arbeit.