In der Pressemitteilung wird folgende Szenerie beschrieben: Seitlich fährt ein leichter Wind durch die Baumkrone und bewegt Tausende Blätter – jedes ein wenig anders. Wer näher herantritt, erkennt die feinen Äderchen des einzelnen Blattes im Sonnenlicht. Ein paar Schritte zurück werden weitere Bäume sichtbar. Die Computerlandschaft verändert sich dabei ohne Zeitverzögerung.
Anhand dieser Szene demonstriert Prof. Dr. Quirin Meyer, Studiengangsleiter im Bachelor Visual Computing, wie eine detaillierte 3D-Szene innerhalb von Millisekunden entsteht. Sein Team an der Hochschule Coburg untersucht, wie sich solche Szenen mit möglichst wenig gespeicherten Geometriedaten berechnen lassen. Dafür setzt die Forschung auf sogenannte GPU Work Graphs: ein neues Programmiermodell, mit dem Grafikkarten bestimmte Berechnungsschritte selbstständig anstoßen können.
„Moderne Grafikkarten, sogenannte GPUs, können heute enorm viele parallele Berechnungen durchführen“, erklärt Meyer. „Aber neue Aufgaben, die von vorherigen Ergebnissen abhängen, werden normalerweise über den Hauptprozessor angestoßen.“ Dieser Umweg kostet Zeit und Rechenleistung, betonen die Wissenschaftler. Dies gelte besonders dann, wenn sich der nötige Detailgrad während der Berechnung verändert: Wenn beispielsweise ein ganzer Wald zu sehen ist, müssen nicht alle Blattadern bis ins kleinste Detail berechnet werden.
Meyer beschreibt noch ein weiteres Beispiel: „Wasser zu simulieren, ist eine Herausforderung“, sagt er. „Bei einer Kollision in einem Videospiel braucht es dort, wo Wasser spritzt, viel Rechenleistung. In ruhigen Bereichen dagegen kaum. Mit heutigen Programmiermodellen lässt sich diese Umverteilung in Echtzeit auf der GPU kaum effizient umsetzen.“ Zu GPU Work Graphs gebe es bisher nur wenige belastbare wissenschaftliche Erkenntnisse, so Meyer weiter. „Wir wollen herausfinden, wie sich damit komplexe Geometrie, Beleuchtung und Physik direkt auf der Grafikkarte berechnen lassen – und ob wir dadurch schneller werden oder Speicher und Energie sparen können.“
Neben Meyer sind sind der wissenschaftliche Mitarbeiter Carsten Faber und Dr. Bastian Kuth, der an der Hochschule zu Work Graphs promoviert hat und das Thema nun als AMD-Mitarbeiter weiterverfolgt, am Projekt beteiligt.
Auch für andere Bereiche interessant
Die Forschenden betonen, dass die Technologie nicht nur für Computerspiele interessant sein könnte. Auch in der Automobilentwicklung, etwa bei virtuellen Crashtests und digitalen Fabrikmodellen, sehen die Beteiligten mögliche Anwendungsfelder: Auch hier seien leistungsfähige Echtzeitberechnungen gefragt. Als weitere mögliche Einsatzfelder werden etwa die medizinische Visualisierung oder die digitale Darstellung historischer Objekte genannt.
Die Hochschule kündigt an, dass bis April 2029 drei funktionsfähige Demonstratoren für Geometrie, Beleuchtung und Physik entstehen sollen. Sie sollen zeigen, dass die neuen Verfahren schneller rechnen oder Speicher und Energie einsparen. Die Forschenden wollen ihre Ergebnisse auf internationalen Fachkonferenzen veröffentlichen und Quellcode sowie vergleichbare Leistungsdaten bereitstellen. Mittelfristig könnten die Erkenntnisse auch in Software und künftige Hardware von AMD einfließen.
Die Bayerische Transformations- und Forschungsstiftung fördert das Vorhaben mit etwa 430.000€.
