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10.06.2013, 10:00 Uhr | 0 |

Künstliche Intelligenz Virtuelle und reale Welten verschmelzen

Physikalische Gesetzmäßigkeiten werden in Spielen mittlerweile sehr realitätsnah wiedergegeben. Auf der Computerspielemesse E3 in Los Angeles (11. bis 13. Juni) zeigen die Hersteller, dass die optischen Unterschiede zwischen Spiel und Realität schrumpfen.

Das Computerspiel "Fifa 14" kann die Welt der Physik wirklichkeitsgetreuer abbilden als bisher.
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Weitgehend korrekte physikalische Gesetzmäßigkeiten – die neue Version "Fifa 14" soll Maßstäbe setzen in Sachen Realitätsnähe. Wer genau hinsieht, kann im Spiel Schweinsteiger, Badstuber, Müller, Reus & Co. erkennen. 

Foto: Electronic Arts

Realität und Virtualität verschmelzen zusehends – der Spieleindustrie sei Dank. Christiano Ronaldo beispielsweise, einer der besten Fußballspieler der Welt, hat eine ganz besondere Schusstechnik: Er kann bei einem Freistoß den Ball so schießen, dass er zunächst eine lange Flugbahn fliegt, um dann direkt hinter der Freistoßmauer unberechenbar vom Himmel und direkt ins gegnerische Tor zu fallen. Der britische Physiker Ken Bray hat es untersucht: Ronaldo schafft es, den Ball so zu schießen, dass er sich während des Fluges nicht dreht und Luft vor sich her schiebt. Dadurch entstehen Verwirbelungen an den Seiten des Balls, die dafür sorgen, dass der Ball unversehens die Richtung ändert.

Dieser Effekt lässt sich nun auch am Computer nacherleben – mit der richtigen Schusstechnik. Wenn in der kommenden Woche in Los Angeles die wohl wichtigste Computerspielmesse E3 vom 11. bis 13. Juni öffnet, kann man das neue Fußballspiel "Fifa 14" von Electronic Arts auf der neuen Spielkonsole Xbox One von Microsoft ausprobieren – und Ronaldo nacheifern. Denn das Spiel kann die Welt der Physik wirklichkeitsgetreuer abbilden als bisher.

Virtuelles Kicken erscheint beinahe lebensecht

"Wo sich früher die Spieler nur gegenseitig die Bälle zuspielten, herrschen nun weitgehend korrekte physikalische Gesetzmäßigkeiten", sagt Ralf Anheier von EA Sports, einer Unterabteilung des "Fifa"-Herstellers Electronic Arts. Das virtuelle Kicken soll damit künftig so lebensecht erscheinen, als würde man nicht mehr Pixel-Spielern zuschauen, sondern echten Profis. Vorbei sind damit die Zeiten, als man noch eindeutig merkte, dass sich Spielerfiguren auf definierten Schienen bewegten, und fast jede Bewegung vorherzusehen war.

Im Gegenteil: Moderne Spiele leisten heute nicht nur grandiose Rechenarbeit bei der grafischen Darstellung virtueller Welten, sondern vor allem auch bei der Berechnung ihrer physikalischen Gesetzmäßigkeiten: Geworfene Bälle springen oder rollen realistisch durch die Gegend, Glasscheiben zerspringen realistisch in Tausende Teile, Bäume und Zweige wiegen sich in malerischen Landschaften im Wind. Im Alltag selbstverständliche Abläufe sind in einem Computerspiel dabei aber das Ergebnis aufwendiger Berechnungen – möglich machen dies sogenannte "Physik-Engines".

Physik-Engines sorgen für mehr Nähe zur Realität

Ausgangspunkt ist hier die Mechanik starrer Körper, das heißt, alle Objekte werden in einzelne Elemente zerlegt. Für diese Elemente gilt es, basierend auf der Newtonschen Mechanik, sehr viele Bewegungsgleichungen pro Sekunde zu lösen und dabei so viele Kräfte wie nötig zu berücksichtigen, zum Beispiel Schwerkraft oder Reibung.

Weiterhin muss berechnet werden, was passiert, wenn sich zwei Objekte in die Quere kommen – also etwa ein Fass einen Berg hinunterrollt. Um zum Beispiel zu berechnen, ob ein Zylinderkopf einen anderen berührt, müssen lineare Gleichungen bis zur vierten Ordnung gelöst werden – bis zu dieser Ordnung lassen sich Probleme analytisch lösen, darüber hinaus greifen Programmierer auf Näherungsverfahren zurück.

Wie komplex die Aufgabe darüber hinaus ist, zeigt der Umstand, dass moderne Spiele Kräfte, Impulse, Drehmomente, Winkelge-
schwindigkeiten, Massenverteilung oder Reibungskoeffizienten berücksichtigen, berechnen und miteinander in Beziehung setzen.

Watch Dogs mit vollständiger Windsimulation

Ein Beispiel dafür ist das ebenfalls auf der E3-Messe zu sehende Action-Spiel "Watch Dogs". Es bietet etwa eine vollständige Windsimulation. So werden im Wind wehende Bäume, Blätter oder auch Kleidung im Spiel nicht mehr vorab animiert, sondern von in Echtzeit berechnetem Wind bewegt – eine hochkomplexe Aufgabe, schließlich besitzt ein Baum Tausende Blätter. Dennoch: Dem Entwicklerteam war eine natürliche Darstellung der Welt besonders wichtig – denn die Windsimulation soll zum Eindruck einer echten Stadt beitragen. Für das Spielerauge unsichtbar verlaufen in verschiedenen Höhen der Stadt vorgegebene Pfade, auf denen der Wind durch die Straßen fegt – in unterschiedlichen Windstärken und Richtungen. Obgleich die Windsimulation in erster Linie der Atmosphäre der Stadt dient, kann sie auch Einfluss auf den Spielverlauf haben. So sollen Spieler in extremen Wettersituationen Wind, der durch die riefen Straßenschluchten Chicagos peitscht, zum Beispiel in Fahrzeugen durchaus spüren können.

Enorme Weiterentwicklung in den vergangenen Jahren

Diese Beispiele zeigen: Die Realitätsanmutung der virtuellen Welt hat sich in den vergangenen Jahren enorm weiterentwickelt. Eine Wasser- und Wellenbewegung darzustellen, die sich physikalisch korrekt bewegt, war vor Jahren noch das Höchste des Vorstellbaren – mittlerweile durchschneiden aber auch hier prächtige Segelschiffe wie im kommenden Actionspiel "Assassin's Creed IV: Black Flag" von Ubisoft die Karibik. In dem Abenteuersetting rund um das Leben von Piraten werden die Spieler etwa 40 % der Spielmissionen auf und teilweise sogar unter dem Meer absolvieren. "Die Spieler merken direkt, wenn der Wind umschlägt und gegen die Segel bricht, wie das Schiff gegen hohe Wellen ankämpft und es an Fahrt gewinnt, wenn es einen Kamm überwindet und eine Welle hinunterrollt", erläutert Jean Guesdon, Creative Director des Spiels.

Auch eine neue Version des Kriegsspiels "Battlefield 4" von Electronic Arts wird auf der E3 zu sehen sein – mit verbesserten physikalischen Effekten. Bereits der noch aktuelle Vorgänger "Battlefield 3" bietet ballistische Flugbahnen der Projektile an, das heißt, dass abgefeuerte Geschosse physikalischen Gesetzmäßigkeiten unterliegen – in Abhängigkeit von Mündungsgeschwindigkeit und Schwerkraft muss man beim Zielen die ballistische Flugkurve beachten.

Gelegentlich aber auch übertriebene Effekte

Dabei übertreiben es Computerspiele aber auch: Wenn man etwa in Ego-Shootern einem Gegner in die Brust schießt, wird dieser teilweise mehrere Meter weit nach hinten geschleudert. Die Entwickler implementieren solch unrealistisches Verhalten mit übertriebenen Effekten aber absichtlich in das Spiel, da es so dramatischer aussieht. In der Realität ist ein solches Phänomen selbst mit starken Gewehren nicht möglich: Der Schütze müsste theoretisch aufgrund des Impulserhaltungssatzes dieselbe Strecke entgegen der Schussrichtung fliegen. Ganz so ernst nimmt man es mit der Physik in Computerspielen dann doch wieder nicht. 

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Von Oliver Klempert | Präsentiert von VDI Logo
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