Konzepte: LOD

LOD ist die Abkürzung des englischen Begriffs "Level of Detail" (übersetzt etwa: Detaillierungsgrad).

Entfernung vom Betrachter

Je weiter ein Modell vom Betrachter (der Kamera) entfernt ist, desto kleiner erscheint es.

Die Feinheiten eines Modells sind von Nahem immer erkennbar. Wenn das Modell aber weiter entfernt ist, sind solche Feinheiten nicht mehr sichtbar. Trotzdem besteht das Modell aus derselben Menge an Flächen, deren Abbildung von der Graphikkarte berechnet werden muss. Kleinere Flächen können mit zunehmender Entfernung so klein werden, dass sie überhaupt nicht dargestellt werden (kleiner als ein Pixel auf dem Bildschirm).

LODs im Sprachgebrauch des Home-Nostruktors sind vereinfachte Modelle, die bei zunehmender Entfernung das detailreichere Grundmodell ersetzen.

LODs hinzufügen

LODs werden nicht für das Modell als Ganzes, sondern für die Objekte des Modells definiert.

Für ein Objekt können bis zu 4 Vereinfachungen erstellt werden. Jede Vereinfachung ist ein eigenständiges Objekt. Die Zuordnung zwischen dem Grundobjekt und seinen LOD-Stufen erfolgt über die Namensgebung.

• Das Objekt der ersten LOD-Stufe muss den Namen des Grundobjekt mit dem Zusatz _LOD1 haben.
• Das Objekt der zweiten LOD-Stufe erhält den Zusatz _LOD2.
• Das Objekt der dritten LOD-Stufe erhält den Zusatz _LOD3.
• Das Objekt der vierten LOD-Stufe erhält den Zusatz _LOD4.

Grundobjekte werden teilweise auch als LOD0 bezeichnet, obwohl sie keinen entsprechenden Namenszusatz haben dürfen.

Grundobjekte mit mehr als 300 Dreiecken müssen zwingend mindestens eine LOD-Stufe besitzen.

Die Objekte der LOD-Stufen können auch leer sein. Dann werden solche Modellteile ab einer entsprechenden Entfernung überhaupt nicht mehr dargestellt. Für kleine Modellteile (z.B. Anzeigen von Fahrzielen) ist das durchaus zulässig und auch sinnvoll.

Effekte des Umschaltens zwischen LOD-Stufen

Die LOD-Technik hat folgende Nebeneffekte oder Nachteile, die zu beachten sind:

Popping

Da es bei der LOD-Technik immer eine endliche Anzahl von Qualitätsstufen gibt, führt dies bei einem Übergang zwischen 2 Stufen unweigerlich zu einer (mehr oder weniger) groben Veränderung von einem Bild zum anderen. Insbesondere wenn die Umschaltung in zu geringer Entfernung erfolgt, ist dieser Effekt deutlich wahrnehmbar und ggf. störend.

Einfluss auf die Ausleuchtung

Durch die Vereinfachung der Polygone können andere Normal-Vektoren der Flächen entstehen, was zu Unterschieden in der Ausleuchtung der LODs führen kann. Dabei können manche Dreiecke (weil sie im Verhältnis zu anderen viel größer geworden sind) viel mehr das Licht aufnehmen und wirken dadurch unter einigen Betrachtungswinkeln heller.

Auch der Wegfall von Modellteilen, die andere Teile beschattet haben (z.B. Regenrinnen), führt auf den verbleibenden Teilen zu mehr Helligkeit.

In vielen Fällen müssen die gelöschten Modellteile stattdessen in die Textur der verbleibenden Modellteile eingearbeitet werden, beispielsweise Griffstangen an Rollmaterialien.

Aufwand

Der dritte Nachteil der LOD-Technik liegt für den Konstrukteur im erhöhten Arbeitsaufwand, der betrieben werden muss, um die Modelle der einzelnen Qualitätsstufen zu erstellen und deren adäquate Umschalt-Entfernung zu bestimmen, die oft nur durch Tests bzw. direkte Vergleiche in EEP bestimmt werden kann.

Entfernung des Umschaltens festlegen

In welcher Entfernung vom Betrachter welche LOD-Stufe des Modells dargestellt wird, wird beim Export des Modells festgelegt.

Für eine geeignete Wahl der Umschaltentfernung sollen folgende Überlegungen helfen:

• Generell gilt: Je früher, desto besser — solange das oben beschriebene Popping nicht auffällig wird.
• Werden Immobilien erstellt, die für ein Platzieren mit der Spline-Funktion entlang von Splines vorgesehen sind (z.B. Oberleitungsmasten), sollte berücksichtigt werden, dass Splines eine Standardlänge von 60m haben. Als Umschalt-Enfernung ist deshalb ein ganzzahliges Vielfaches von 60m besonders geeignet.
• Die Kameraperspektiven, welche in EEP an ein Rollmaterial gekoppelt sind und mit den Tasten 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 aufgerufen werden, weisen einen Standard-Abstand von 150 m zum Rollmaterial auf. Dieser Abstand kann zwar mit dem Mausrad variiert werden, aber größer als 150 m wird er nicht. Diesbezüglich sollte unbedingt geprüft werden, ob nicht die Inneneinrichtung von Rollmaterialien ab einer Entfernung von über 150 m komplett weggelassen werden kann. Möglicherweise können an Stelle der polygonlastigen Inneneinrichtung ganz einfache Attrappen oder gar Textur-Streifen platziert werden, welche die Inneneinrichtung ersetzen.
• Die Wahrnehmungsschwelle des Poppings kann auch dadurch reduziert werden, dass die Modelle eines Sets bewusst unterschiedliche Umschalt-Entfernungen haben. Beispiel: Wird eine Serie von Baum-Modellen erstellt, die sich vielleicht in ihrer Art, Farbe und Verästelung unterscheiden, so sollte für jedes Modell jeweils eine andere Entfernung für die Umschaltung der LODs gewählt werden, um einen möglichen Domino-Effekt zu kaschieren. Würden alle Modelle die gleiche Entfernung für die Umschaltung aufweisen, würde sich vor dem mobilen Betrachter eine eindeutig erkennbare Umschalt-Welle der LODs ausbreiten. Variiert man die Entfernungswerte von Modell zu Modell ein wenig, z.B. 130m, 140m, 160m, 170m, so ist das (in jedem Fall auftretende) Popping kaum, oder gar nicht festzustellen, weil die LODs in unterschiedlichen Abständen angesprochen werden.
• Bei kleinen Modellen (unter einem Kubikmeter Volumen) sollte grundsätzlich erwogen werden, ob der letzte LOD überhaupt noch eine Geometrie besitzen muss. Es gibt viele Beispiele für relativ kleine Modelle wie Hunde, Katzen, Hühner, aber auch andere "tote Materie" wie Eimer, Schüsseln, Pakete, Koffer usw., die ab einer Entfernung von beispielsweise 750m gar nicht mehr als solche wahrgenommen werden. In diesen Fällen sollte zumindest getestet werden, ob das letzte LOD-Objekt zwar erstellt, aber einfach leer, also ohne jegliche darin befindliche Geometrie belassen werden kann. Damit werden die Objekte im Nah- und im mittleren Bereich zwar dargestellt, aber in der Ferne nicht mehr berechnet.

Tipps zur Konstruktion

1. In aller Regel wird man mit der Konstruktion des detailliertesten Modells beginnen. Dies ist in der Regel einfacher, als nachträglich detaillierte Varianten zu konstruieren, obwohl auch dieses Vorgehen möglich ist.
2. Flare-Objekte dürfen ausschließlich auf das Grundmodell angewendet werden. Alle Parameter der Flare-Objekte aus dem Grundmodell werden dann automatisch auf alle LOD-Stufen übertragen, so dass man dort keine weiteres Flares zu definieren braucht.
3. Um das Modell für erste Tests überhaupt exportieren zu können, definiert man jeweils eine LOD1-Stufe für die Objekte, die mehr als 300 Dreiecke aufweisen, lässt diese LOD1-Objekte leer, und setzt dann die Entfernung des Umschaltens auf LOD1 vorläufig sehr hoch (z.B. 1000m). Man muss aber in der weiteren Konstruktion daran denken, diese Entfernung wieder auf einen angemessenen Wert zurückzusetzen, um die positive Wirkung der LODs auf die Performance zu erhalten.
4. Im 3D-Betrachter kann man gezielt eine LOD-Stufe anzeigen lassen, indem man die entsprechende F-Taste drückt: F1 stellt das LOD1 dar, F2 das LOD2 u.s.w. Lässt man die Taste wieder los, wird das Grundobjekt dargestellt.
5. Als Faustformel sollte jedes LOD nur halb so viele Dreiecke wie sein Vorgänger haben. Bei 4 LOD-Stufen ist das in Summe eine Reduktion um 94% der Flächen.

Siehe auch

• Konzepte: Modell
• Konzepte: Objekt
• Objekt hinzufügen
• Export des Modells