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"Back to the Future - Reloaded"
Vorwort:
Bevor wir auf die technischen Feinheiten der LOD-Technik eingehen, müssen wir zunächst ein paar Grundlagen betrachten um das essentielle Problem zu erkennen, welches die anschließend beschriebene Aufbau- und Berechnungstechnik zwingend notwendig macht.
(Scherzhaft formulier...)
Gleich zu Anfang teilen wir Ihnen die erschütternde und für Sie bestimmt schockierende Erkenntnis mit: Zeit ihres Lebens werden Sie von ihrem Gehirn und dem Sehapparat auf ganz arglistige und gemeine Weise belogen! Wir verraten Ihnen hiermit die ganze Wahrheit und bitten dabei um Diskretion, nein, sogar um höchste Geheimhaltung...
Aber Spaß bei Seite, denn die Lage ist ernst...
Die Hauptaufgabe einer jeden 3D-Grafikengine besteht in der Verortung von Objekten im virtuellen Raum (in den drei Dimensionen: Breite X, Höhe Y und Tiefe Z) und deren geschickter Skalierung, so dass die "dreidimensionalen" Objektdaten auf ein zweidimensionales Medium (nur Breite X mal Höhe Y), wie z.B. den Computerbildschirm projiziert werden können. Durch die lineare Skalierung der Objekte selbst, aber auch die relative Skalierung der Objekte zueinander wird die - für den Menschen typische - Wahrnehmung erzeugt: aus der Nähe betrachtet erscheinen uns die "Dinge" groß und in der Ferne erscheinen sie uns klein.
Dieses Wahrnehmungs- und Berechnungsprinzip gilt natürlich auch in EEP:
Ein weiterer Faktor der menschlichen Wahrnehmung, der aus der konvexen Krümmung der Linse in unseren Augen resultiert, ist der sogenannte Blickwinkel. Schon das Wort "Blickwinkel" alleine besagt, dass es sich dabei nicht etwa um einen rechteckigen, in der Breite konstant bleibenden Blick-Streifen, sondern um einen Winkel handelt. Ein Winkel ist in der Geometrie ein Teil der Ebene, der von zwei in der Ebene liegenden Strahlen mit gemeinsamem Anfangspunkt, dem Scheitel (in unserem Fall dem Standort des Betrachters) begrenzt wird. Die Haupteigenschaft eines jeden Blickwinkels (egal ob klein, also eng, oder breit, also Weitwinkel) ist, dass mit zunehmender Raumtiefe auch die Breite des Sichtfeldes wächst und wir dadurch immer größere Fläche überblicken können, uns zugleich aber die Objekte (bedingt durch unsere Wahrnehmung) immer kleiner und somit "ungenauer" erscheinen.
Wenn wir diese beiden Aspekte mit einer Formel ausdrücken sollten, würde sie vermutlich so lauten: Je kleiner die Entfernung zwischen dem Betrachter und den Objekten, um so größer die Erscheinung der Objekte. Je größer die Entfernung zwischen dem Betrachter und den Objekten, desto größer auch das Sichtfeld (also die einsehbare Fläche) und umso höher die Anzahl der Objekte, die dadurch (wenn auch viel kleiner und ungenauer) wahrgenommen werden können.
Wenn wir die obigen Aussagen der Formel nun weiter vereinfachen, kommen wir zu folgendem Satz:
Je weiter die Objekte von uns entfernt sind, um so kleiner und ungenauer erscheinen sie uns, sie sind dafür aber um so zahlreicher!
Und genau diese Aussage beschreibt unser grundlegendes Problem. EEP bekommt (zumindest bisher) die volle Detaillierung aller Modelle zu berechnen - auch dann, wenn wir sie auf dem Bildschirm immer kleiner und dadurch viel ungenauer wahrnehmen können. Mehr noch; im Fernbereich sehen wir viel mehr Modelle als im Nahbereich und dennoch werden diese in einer gleichbleibend hohen Qualität, also mit gleichbleibender Anzahl der Dreiecke berechnet, was bei der Framerate zu erheblichen wenn nicht sogar katastrophalen Einbussen führt - die wir in Zukunft vermeiden möchten.
Um dieser Problematik entgegen zu wirken gibt es die Möglichkeit, vor der Darstellung von Objekten diese für die Grafikhardware bzw. Grafikengine zu optimieren. Bereits seit 1976 ist das wesentliche Prinzip bekannt, durch Reduzierung von überflüssigen Details Grafikleistung einzusparen, was auch im Ur-Programm Eisenbahn.exe european class (kurz EEEC) im Jahr 1998 verwirklicht wurde. Dabei wurde für jedes Rollmaterial jeweils die sogenannte "Simplex-Version" des Hauptmodells entworfen, welche bei zunehmender Raumtiefe automatisch ausgetauscht wurde. An diesem Prinzip wollen und müssen wir wieder anknüpfen, wobei die Methode nicht mehr ausschließlich auf Rollmaterialien, sondern auf alle in EEP vorkommenden Modellarten anzuwenden ist.
