Preview & Engine Interview: Bodenverformung

Es ist kein Geheimnis mehr, dass sich der Boden im Landwirtschafts-Simulator 25 verformt. Aber ihr wollt Details, nicht wahr? 

Neben neuen Screenshots, die veranschaulichen, wie sich der Boden verformt, erklärt unser Senior Software Engineer Eddie Edwards mehr dazu, wie es tatsächlich funktioniert.

Eddie, erzähl etwas über dich und deine Position - was ist deine Aufgabe?

Ich bin einer der Senior Engine Programmers für den Landwirtschafts-Simulator. Ich bin seit den frühen Tagen des LS13 bei GIANTS. Ich habe die ursprüngliche PlayStation 3-Portierung entwickelt und war für andere Portierungen der GIANTS-Engine auf PS4, PS5, Switch und iOS verantwortlich. Ich bin der "PlayStation-Mann" im Unternehmen, aber ich arbeite auch an plattformübergreifender Engine-Technologie wie Density Maps, Rendering, Shader-Compiler, etwas Physik, Audio usw.  

Es gibt nicht viel in der GIANTS Engine, an dem ich in den letzten 12 Jahren nicht in gewissem Maße mitgearbeitet habe! Und insbesondere habe ich natürlich die neuen Technologien entwickelt, die uns die Bodenverformung für FS25 ermöglichen - das verbesserte Density Map System, das neue Terrain Geometry System und das Terrain Virtual Texturing System.

Festigkeit & Viskosität

Wie sich der Boden verformt

Je nach Bodenart ist die Verformung und Verdichtung des Bodens von mehreren Faktoren abhängig. Werfen wir ein Blick auf ein paar Szenarien:

Welche Faktoren bestimmen, wie sich der Boden verformt?

Hierfür gibt es mehrere Faktoren. Erstens hat jede Bodenart einen anderen Grad an "Festigkeit" und "Viskosität". Asphalt kann zum Beispiel überhaupt nicht verformt werden, während Schlamm stark verformt werden kann (aufgrund der unterschiedlichen "Festigkeit"), und das Fahren auf Schnee zermalmt ihn sofort, während das Fahren auf Schlamm ihn über eine längere Zeit komprimiert (aufgrund der unterschiedlichen "Viskosität").  Wenn der Boden nass ist, wirkt sich dies ebenfalls auf die Verformung aus.

Auch das Fahrzeug, das man fährt, wirkt sich auf die Verformung aus - das Gewicht des Traktors und die Breite seiner Reifen beeinflussen die Reaktion des Bodens. Und ein langsamer fahrendes Fahrzeug sinkt schneller ein als ein schnell fahrendes Fahrzeug.

Wie wirkt sich die Bodenverformung auf das Gameplay aus? Was werden die Spieler "spüren"?

Zum ersten Mal gibt es in LS25 eine echte physische Reaktion des Geländes - man spürt, wie der Traktor über den Boden fährt, und man sieht, wie er Spurrillen und Spuren hinterlässt, und wenn man zurückfährt und über diese Spurrillen und Spuren fährt, spürt man auch die Auswirkungen.

Es ist auch schwieriger zu lenken, wenn sie sich in den Boden eingegraben haben, genau wie im richtigen Leben. Das Fahren bei Regen wird schwieriger sein als bei Sonnenschein.  Auch Ihre Reifenkonfiguration hat jetzt einen größeren Einfluss, und man muss sich überlegen, welche Reifen für die verschiedenen Jahreszeiten und die verschiedenen Arten von Feldarbeit am besten geeignet sind.

Der Spaß des Pflügens

Next Level Plowing

Während die Verformung des Bodens von den Maschinen, ihrem Gewicht und anderen Faktoren abhängt, wird sich eine bestimmte Feldaktivität vermutlich ganz neu anfühlen.

Welche Art von Maschinen/Ausrüstung bringt die Bodenverformung am besten zur Geltung?

Das Pflügen ist jetzt eine neue Erfahrung - der Pflug erzeugt echte physische Furchen, die nicht nur auf dem Bildschirm deutlicher zu sehen sind, sondern sich auch auf den Traktor auswirken, wenn er über sie fährt. Auch Maschinen mit Raupenfahrwerk kommen jetzt voll zur Geltung, weil sie so gut mit Bodenunebenheiten umgehen können.

Ihr möchtet mehr Info?

Performance und Herausforderungen...

Was waren die technischen Herausforderungen bei der Implementierung der Bodenverformung?

Die Bodenverformung arbeitet mit einem Raster von 12,5 cm, was bei einer Karte von 2 km Länge einer Größe von 16K x 16K entspricht (das sind 256 Megapixel - die Karte selbst hat 4 Megapixel). Es gab verschiedene technische Herausforderungen bei der effizienten Speicherung dieser Daten und auch bei der effizienten Verarbeitung der Daten, z. B. wenn Werkzeuge wie Grubber oder Pflüge auf den Feldern arbeiten, und wenn Fahrzeuge über die Felder fahren und auf diese feinen Unebenheiten und Erhebungen reagieren.

Es gibt auch eine "prozedurale" Ebene der Bodenverformung, die mit Geometrie in ähnlicher Weise abgebildet wird, wie das Terrain mit Bildern texturiert wird, außer dass sie auf der CPU und nicht auf der schnelleren GPU läuft, so dass wir diesen Code stark optimieren mussten.

Wie werden Bodenverformungsdaten gespeichert und verwaltet?

Da die Bodenverformung mit einer höheren Auflösung arbeitet als bisher, wollten wir in Bereichen, die nicht verformt sind (z. B. auf felsigen Bergen oder an Orten, an denen der Spieler noch nicht gewesen ist), Speicherplatz sparen, also haben wir eine "spärliche" Version der Dichtekarten erstellt. Diese speichert Datenkacheln nur in Regionen, in denen tatsächlich eine Verformung vorliegt. Um den Speicherbedarf noch weiter zu reduzieren, werden alle Kacheln komprimiert, wobei eine fortschrittlichere Version der bestehenden Density-Map-Komprimierung verwendet wird, die wir in der Vergangenheit eingesetzt haben.

Um schnelle Vorgänge auf diesen hochauflösenden Daten zu unterstützen, haben wir außerdem eine Density Map Processing Unit (DPU) entwickelt, die wie ein kleiner GPU-Emulator auf der CPU läuft und in der Lage ist, sie auf Density Maps mit viel höherer Geschwindigkeit als bisher durchzuführen. Sie kann mit unserer hauseigenen Shader-Sprache programmiert werden, obwohl diese Funktion im LS25 noch nicht verwendet wird.

Um die Geschwindigkeit zu erhöhen, wurde das gesamte System (Datenkompression, DPU-Operationen und prozedurale Generierung) mit nativen SIMD-Befehlen geschrieben (SSE4.1 oder AVX2 auf PC und Konsolen und NEON auf ARM-basierten Macs).  Diese Version des Landwirtschafts-Simulators enthält weitaus mehr SIMD-optimierten Code als je zuvor.

Erzähle uns, wie ihr die Deformationsphysik für die Leistung optimiert habt.

In früheren Versionen des Landwirtschafts-Simulators hatte die benutzerdefinierte Fahrzeugphysik mit einer Auflösung von 0,5 m zu tun. Mit der Geländeverformung und -verschiebung beträgt die Auflösung jetzt 0,125 m - 4x größer in jeder Richtung oder 16x so viele Dreiecke. 

Das machte unsere Rad-gegen-Gelände-Kollisionserkennung 16x langsamer, also haben wir eine eigene Implementierung für LS25 geschrieben, die etwa 30 mal schneller ist als der alte Code, sodass unsere Fahrzeugphysik jetzt insgesamt etwa doppelt so schnell ist wie vorher - sogar mit all den neuen Funktionen!

Der neue Physik-Code erforderte einige recht umfangreiche mathematische und numerische Analysen - glücklicherweise habe ich einen Master-Abschluss in Mathematik, was mir bei dieser Aufgabe sehr geholfen hat!

 

Wie handhabt das Spiel visuelle Übergänge bei der Bodenverformung?

Eine weitere Neuerung in FS25 ist das Terrain-Quadtree-Mesh, das in der Nähe des Spielers ein hochauflösendes Rendering von Dreiecken ermöglicht, während in größerer Entfernung eine geringere Auflösung verwendet wird - es besteht keine Notwendigkeit, die verformte Geometrie zu rendern, wenn sie Hunderte von Metern entfernt ist.

Die Geometrie geht in einiger Entfernung vom Spieler fließend von deformiert zu nicht-deformiert über.  Dieser Übergang ist jedoch aufgrund einer anderen neuen Technologie in LS25, nämlich dem System der virtuellen Geländetextur, recht gut versteckt.

Obwohl die Verformung in der Ferne nicht mit Dreiecken gerendert wird, wird sie dennoch schattiert und in die Geländetextur gerendert (mit einer Grafiktechnik namens Normal Mapping). So ist die Verformung auch in entfernten Bereichen, in denen die Anzahl der gerenderten Dreiecke sehr gering ist, noch deutlich sichtbar.

Was gefällt dir persönlich am meisten an der Bodenverformung?

Es war eine sehr belohnende Erfahrung, all diese neuen Technologien zu implementieren. Ich liebe die Tatsache, dass das Ergebnis nicht nur ein besseres visuelles Erlebnis für den Spieler ist. Sondern auch, dass es auf so interessante Weise mit der Physik und dem Gameplay interagiert und LS25 zu einem viel interessanteren und realistischeren "Simulator" macht als je zuvor!

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