Viel Wert legt id Software bei der Programmierung von Doom 3 auch auf eine möglichst realistische Spielwelt. So ist das GUI (Graphical User Interface) nahtlos ins Spielgeschehen eingebunden. Dies wird dadurch erreicht, dass sich Flash-ähnliche Animationen auf jede Oberfläche im Spiel projizieren lassen. Während in anderen Ego-Shootern allenfalls einzelne Buttons betätigt werden können, lassen sich mit Hilfe des Flash-Animations-Systems ganze Schaltkonsolen realistisch simulieren. Somit sind Computer und Tastaturen im Spiel nicht nur Dekoration, sondern können tatsächlich bedient werden. Sogar ein Spiel-internes Netzwerk mit einer HTML-ähnlichen Oberfläche ist auf den Computer-Displays vorhanden.
Ähnlich viel Augenmerk gilt dem Physik-System, also der Kollisionsabfrage und dem Verhalten von Objekten innerhalb der Spielwelt. Obwohl sich viele Titel rühmen, in dieser Hinsicht besonders realistisch zu sein, ist der Spieler in seiner Aktionsfreiheit meist dennoch stark eingeschränkt. In Doom 3 ist dagegen die Manipulation fast jedes Objektes möglich – und das innerhalb der physikalischen Gesetze. Fällt beispielsweise ein unvorsichtiger Gegner die Treppe runter, prallt er von einer Stufe zur nächsten und überschlägt sich dabei mehrmals, wie man es aus der Realität erwarten würde. Ähnliches gilt für aufbrechende Kisten bei Beschuss, zersplitternde Glasscheiben und den Körper angreifender Monster im Kugelhagel.
Außer Grafik und Spielphysik investiert id Software auch viel Zeit in eine stimmige Sound-Kulisse. Während auf musikalischer Seite voraussichtlich wieder die Heavy-Metal-Band Nine Inch Nils für rockige Hintergrundklänge sorgt, werden alle Soundeffekte im Dolby-Digital-5.1-Format ausgegeben. Das von Kinofilmen und DVDs bekannte Tonformat erlaubt echten Raumklang, indem fünf verschiedene Boxen sowie ein zusätzlicher Subwoofer für die Sound-Ausgabe verwendet werden. Somit lässt sich zum Beispiel ein schlecht gelaunter Mutant, der sich von hinten anschleicht, direkt über die Geräusche seiner Schritte orten.
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