Computerspiele

Wirklichkeit auf Knopfdruck

Von Andreas Brand

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Täuschend echte Bilder: Computerspiel "Herr der Ringe"

23. August 2007 Daniel führt mit seiner Computer-Maus die Monster in die Schlacht. Auf Dinosauriern reiten sie, mit Keulen in den Pranken. Bei dem Computerspiel zu der Fantasy-Saga „Herr der Ringe“ von Electronic Arts ist die Spinne Kankra sein Endgegner. Ihre haarigen Beine lassen ihn erschauern, sein Puls jagt beim Anblick der vielen Augen.

Einen großen Aufwand haben die Programmierer getrieben, um diesen realistischen Eindruck zu erwecken. Beim aktuellen Science Fiction-Ego-Shooter Crysis etwa saßen 120 bis 150 Leute an der Entwicklung des Spiels, erklärt Idir Ben-Mamer vom Spiele-Verlag Electronic Arts. Die Monster sind mittlerweile zwar schnell gebaut, und die Bewegung zu programmieren ist auch kein großes Hindernis mehr. Schwierigkeiten machen den Programmieren aber so banale Dinge wie ein realistischer Schatten oder das Glänzen der eisernen Schilde. Um diese Effekte zu simulieren müssen sie viele aufwendige Tricks beherrschen. An einer einzelnen Szene sitzen mehrere Spiel-Designer schon mal zwei Wochen.

Sechzig Bilder pro Sekunde

Entwurfsstudie des VW Beetles: Die Spiegeleffekte werden im Computer berechnet

Das Problem der Spiele-Entwickler liegt in der Bildberechnung. Sie arbeiten mit einem System, das keine „Strahlenverfolgung“ zulässt: Sie können keine Sonne in die Szene setzen, die dann automatisch Schatten auf den Boden wirft.

So ein System gibt es zwar, das so genannte „Ray-Tracing“. Architekten benutzen dieses Verfahren schon seit vielen Jahren, um ihre Entwürfe für den Bauherren möglichst realitätsnah zu präsentieren. Mitunter dauert die Berechnung eines Bildes aber mehrere Stunden. Und ein Computerspiel braucht bis zu 60 Bilder pro Sekunde.

Die neueste Chip-Generation

Bei einer echten Kamera fällt das Licht auf die Linse und erzeugt das Bild auf dem Film. Beim Ray-Tracing ist es umgekehrt. Dort berechnet der Computer den Weg des Lichtes rückwärts, also von der Kamera zum Objekt und von dort zur Lichtquelle. Verdeckt etwas den Weg, weiß das Programm, hier muss Schatten sein. Gibt es gar keine Lichtquelle in einer Ray-Tracing-Szene, bleibt alles schwarz. Den Oberflächen der dreidimensionalen Körper werden Materialeigenschaften zugewiesen. Man kann bestimmen ob ein Körper glänzt oder durchsichtig ist. So entstehen Bilder von gläsernen Hochhäusern, in denen sich die Skyline von Frankfurt spiegelt - das ganze auf Knopfdruck. Doch bewegen konnte man sich in diesen Schattenlandschaften bislang nicht. Denn der Computer konnte dann die Schatten und Oberflächen nicht schnell genug berechnen.

Jetzt aber kam Philipp Slusallek, Informatiker der Universität des Saarlandes, auf die Idee, die Vorzüge der neuesten Chip-Generationen voll auszunutzen: das parallele Rechnen - ihre Fähigkeit zum Multi-Tasking. Statt nur jeweils einen Strahl zu berechnen, verarbeitet die neue Technik gleich ein ganzes Paket. Mit diesem Verfahren berechnet ein Computer das Bild 30 mal schneller als mit dem herkömmlichen Ray-Tracing.

Aber auch das reichte noch nicht aus, um genügend Bilder für fließende Bewegungen zu erzeugen. „Die Hardware war einfach noch nicht leistungsfähig genug“, sagt Slusallek. Also entwickelte er in seinem Institut einen Chip, der seinen Vorstellungen entsprach. Nach sechs Monaten Entwicklungsarbeit war der RPU-Prozessor (Ray Processing Unit) fertig. Doch Chip-Hersteller wie Intel übernahmen das Produkt nicht in die Massenherstellung. Denn ohne die entsprechenden Spiele, die das neue Verfahren nutzen, gäbe es auch keinen Absatzmarkt für diesen Chip. Hier spricht Slusallek vom „Henne-Ei-Problem“. Ohne Chip werden auch nicht die entsprechenden Programme entwickelt. Was kommt zuerst?

Absurde Lösungen

Die Lösung sucht er nun in den neuesten Graphik-Karten, die flexibel programmierbar sind. Diese Programmierfähigkeit „missbraucht“ Slusallek, um den aufwendigen Rechenvorgang des Ray-Tracings zu beschleunigen. Aber für Echtzeit-Spiele reicht diese Beschleunigung immer noch nicht aus. „Wenn die Hardware noch ein wenig leistungsfähiger wird, sind wir vielleicht in ein bis zwei Jahren so weit“, prognostiziert Slusallek.

Das hätte weit reichende Folgen für die Spiele-Programmierer. Denn heute kämpfen sie noch die meiste Zeit mit den Tücken des Foto-Realismus. „Eine ansprechende Graphik zu erzeugen ist eine der größten Aufgaben bei der Spiele-Entwicklung“, sagt Ben-Mamer. Um Probleme zu umgehen, erdenken die Entwickler manchmal absurde Lösungen. Da werden dann Fehler, die sich nicht beheben lassen, einfach mit einem Papierkorb verdeckt. Doch wenn die Vision von Slusallek, „interaktives Ray-Tracing per Mausklick“, Wirklichkeit wird, können sich die Programmierer voll und ganz auf den Gestaltungsprozess konzentrieren.

„Wir langweilen die Leute zu Tode“

Und diese Konzentration brauchen die Entwickler auch dringend, um ihre Spieleideen zu verbessern. „Wir langweilen die Leute zu Tode“, sagte John Riccitiello, neuer Chef des weltgrößten Spiele-Verlags Electronic Arts, dem Onlineportal Heise. Wenn die Programmierer nicht mehr einen großen Teil der Arbeit in die Bildberechnung stecken, könnte sich das ändern.

Idee und Komposition könnten so wieder mehr Raum in der Spiele-Industrie bekommen. Virtuelle Bilder, die uns in Filmen wie Shrek heute noch zum Staunen bringen, würden dann in Zukunft im Computerspiel zur Selbstverständlichkeit. Der Kampf der Herren der Ringe wäre dann im Computer vielleicht beeindruckender als die Verfilmung von Peter Jackson.

Text: FAZ.NET
Bildmaterial: Electronic Arts, VW

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