Erfolgreiche Spieleentwicklung: OpenCL

Von Alexander Rudolph

Bei Besitzern von AMD-Grafikkarten herrscht regelmäßig dicke Luft, wenn das nächste Top-Spiel mit atemberaubenden Physik-Effekten beworben wird, aber nur auf NVIDIA-Grafikkarten lauffähig ist. Muss das so sein? Eigentlich nicht, denn die OpenCL-Technologie ermöglicht GPU-beschleunigte Berechnungen auf NVIDIA- und auf AMD-Grafikkarten sowie Multithread-optimierte Berechnungen auf allen gängigen CPU-Typen. Der erste Teil dieses shortcuts befasst sich mit den Grundlagen der OpenCL-Programmierung. Im Anschluss daran wird der Aufbau und die Funktionsweise einer OpenCL-basierten Physik-Engine vorgestellt und ein drittes Kapitel zeigt zusätzliche Simulationen von Luft-, Wasser- und Landfahrzeugen. Umfangreiche Beispielprogramme und die aktuellen Frameworks stehen zum Download bereit und erweitern den Praxisnutzen dieses shortcuts.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: entwickler.press
• Erscheinungsdatum: 15. Aug. 2012
• ISBN: 9783868024258

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Alexander Rudolph

Erfolgreiche Spieleentwicklung –

OpenCL

ISBN: 978-3-86802-425-8

© 2012 entwickler.press

Ein Imprint der Software & Support Media GmbH

Einleitung

OpenCL in der Spieleentwicklung – eine gute Idee?

Bei Besitzern von AMD-Grafikkarten herrscht regelmäßig dicke Luft, wenn das nächste Top-Spiel mit atemberaubenden Physik-Effekten beworben wird, aber nur auf NVIDIA-Grafikkarten lauffähig ist. Muss das so sein? Eigentlich nicht, denn die OpenCL-Technologie ermöglicht GPU-beschleunigte Berechnungen auf NVIDIA- und auf AMD-Grafikkarten sowie Multithread-optimierte Berechnungen auf allen gängigen CPU-Typen.

Im ersten Teil dieses shortcuts befassen wir uns mit den Grundlagen der OpenCL-Programmierung. Im Anschluss daran erörtern wir den Aufbau und die Funktionsweise einer OpenCL-basierten Physik-Engine und erweitern diese im dritten Kapitel durch zusätzliche Simulationen von Luft-, Wasser- und Landfahrzeugen.

Das aktuelle OpenGL/OpenCL-basierte Grafik- und Physik-Framework, das diesem shortcut zugrunde liegt, sowie eine große Zahl interessanter Beispielprogramme stehen auf den folgenden Internetseiten zum Download bereit:

http://www.graphics-and-physics-framework.spieleprogrammierung.net/

http://www.entwickler-press.de/shortcuts/opencl

Weiterführende Artikel über 3D-Programmierung, Spielephysik, KI-Programmierung, etc. finden Sie unter:

http://www.spieleprogrammierung.net/

1 Asteroidenhagel selbst gemacht

Seit der Integration des PhysX-Frameworks in die NVIDIA-Produktfamilie im Jahr 2008 und der Entwicklung einer GPU-beschleunigten Physikbibliothek (kurz GPU PhysX) auf Basis des von NVIDIA bereitgestellten CUDA APIs, zählt die Berechnung von Physikeffekten auf der GPU sowohl bei Entwicklern als auch bei Spielern zu einem der meistdiskutierten Themen. Realistisches Verhalten von Wasser auf Basis einer GPU-Fluidsimulation oder GPU-Partikeleffekten mit Tausenden von Partikeln stellen nur zwei der Möglichkeiten dar, wie aktuelle Spiele von der Leistungsfähigkeit moderner Grafikkarten profitieren können. Besitzer einer AMD-Grafikkarte müssen jedoch momentan in der Regel auf solche zusätzlichen GPU-Physikeffekte verzichten, da das dem GPU-PhysX-Framework zugrunde liegende CUDA API nur auf NVIDIA-Grafikkarten lauffähig ist.

OpenCL (Open Computing Language) könnte nun einen möglichen Ausweg aus diesem Dilemma bieten, denn es handelt sich hierbei um die zurzeit einzig verfügbare, gleichermaßen von Intel, AMD und NVIDIA unterstützte Technologie, mit deren Hilfe sich komplexe Berechnungen wahlweise auf der CPU oder der GPU durchführen lassen. Entwickelt wurde die OpenCL-Schnittstelle samt der zugehörigen Sprache OpenCL C von der Firma Apple in Zusammenarbeit mit IBM, AMD, Intel und NVIDIA. Am 8. Dezember 2008 erfolgte die Bekanntgabe der OpenCL-Spezifikation 1.0 durch die Khronos-Gruppe [1]. Die aktuelle Spezifikation 1.2, die nach wie vor vollständige Abwärtskompatibilität gewährleistet, wurde am 16. November 2011 veröffentlicht. Der grundlegende Aufbau einer OpenCL-Anwendung ist in Abbildung 1.1 skizziert.

Abbildung 1.1: Aufbau einer OpenCL-Anwendung

Die heutige und zukünftige Bedeutung der OpenCL-Technologie bemisst sich nicht zuletzt daran, dass sowohl Intel [2] als auch AMD [3] und NVIDIA [4] mittlerweile jeweils ein eigenes Software Development Kit (SDK) zum kostenlosen Download anbieten. Die Programmbeispiele auf der Verlagshomepage [6] wurden beispielsweise mit dem AMD APP SDK entwickelt, da dieses sowohl die Programmierung von OpenCL-Anwendungen für AMD-GPUs als auch für AMD und Intel CPUs ermöglicht. Hinzu kommt, dass die von AMD zur