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Die Voxel-Grafik eignet sich auch für Konstrukte wie diese Skischanze.
Die Voxel-Grafik eignet sich auch für Konstrukte wie diese Skischanze. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)

Upvoid Engine: Algorithmen für prozedurale Minecrafts

Die Voxel-Grafik eignet sich auch für Konstrukte wie diese Skischanze.
Die Voxel-Grafik eignet sich auch für Konstrukte wie diese Skischanze. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)

Eines der größten und teuersten Probleme heutiger Spiele ist die aufwendige Erstellung der Spielwelt. Ein Gruppe Informatikstudenten aus Aachen entwickelt als Lösungsansatz eine Voxel-Engine, die Spielwelten und Geschichten dynamisch in Echtzeit gestalten soll.

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Weg von statischen Inhalten, hin zu einer Spielwelt, in der alles dynamisch berechnet und angepasst wird und sich selbst die Geschichte prozedural weiterentwickelt - das ist die Vision von Philip Trettner. Hinter dem Begriff "prozedural" verbirgt sich das dynamische Erstellen von Inhalten in Echtzeit durch mathematische Formeln. Statt beispielsweise Rinde als Textur in ein Spiel zu laden, wird diese per festgelegtem Algorithmus berechnet.

Die prozedurale Generierung oder auch Synthese genannt ist fast so alt wie die Spieleprogrammierung selbst, bisher scheiterte sie aber an der Rechenleistung. Erst seit wenigen Jahren werden aufwendige Formeln genutzt, um bestimmte Spielinhalte zu erschaffen, die ansonsten herkömmlich - also von Hand - erstellt werden müssten. Besonders in der Demoszene sind Algorithmen beliebt, da diese Speicherplatz sparen und die Vorgaben bei den Wettbewerben oft Dateigrößen von beispielsweise 64 Kilobyte vorschreiben. Eine komplette Welt prozedural zu kreieren haben bisher aber nur wenige versucht.

Philip Trettner, einer der Ersten, studiert Computer Science an der RWTH Aachen, arbeitet an seinem Master-Abschluss und ist der Geschäftsführer von Upvoid. Die Firma besteht aus sechs Studenten, die sich bei einer Spieleprogrammier-AG des Computergrafiklehrstuhls kennengelernt haben. Eines der gemeinsamen Projekte haben sie auf der Gamescom gezeigt, aus dem nächsten wurde die Upvoid Engine, eine Technologie für Spieleentwickler: "Ich wollte ausprobieren, ob ein Voxel-Terrain gut funktioniert und ein früher Prototyp passte von der Technik her", sagt Trettner.

Aus einer Arbeit für das Studium entwickelte das kleine Team seit Anfang 2013 vorrangig unter Linux eine prozedurale Engine auf Basis der OpenGL-Schnittstelle, die später einmal kommerziell angeboten werden soll.

Ein Voxel-Hybrid

Um den Fortschritt der Technik zu demonstrieren, haben die Aachener Upvoid Miner programmiert, eine Art Techdemo für die Upvoid Engine. Der Code ist unter GPL bei Github verfügbar, die Physik wird durch die Open-Source-Bibliothek Bullet berechnet. Im derzeitigen Zustand fehlen Upvoid Miner noch einige Aspekte wie Punktlichter oder der Tag- und Nachtzyklus, die bereits entwickelt wurden, die grundlegenden Ideen aber sind vorhanden.

  • Die Upvoid Engine generiert aus dieser öden Landschaft ... (Screenshot: Marc Sauter/Golem.de)
  • ... bewaldete Anhöhen mit grasbewachsenen Hügeln. (Screenshot: Marc Sauter/Golem.de)
  • Die Bullet-Physik ermöglicht Konstrukte wie eine Schanze für Kugeln. (Screenshot: Marc Sauter/Golem.de)
  • Graben per Knopfdruck - wie in Minecraft. (Screenshot: Marc Sauter/Golem.de)
  • Die Gänge versieht die Engine mit zusätzlichen Polygonen. (Screenshot: Marc Sauter/Golem.de)
  • Die Beleuchtung beherrscht Blend- und Linseneffekte. (Screenshot: Marc Sauter/Golem.de)
  • Das Gras wird mittels Geometry Instancing berechnet. (Screenshot: Marc Sauter/Golem.de)
  • Bäume und Gelände werfen weiche, hochauflösende Schatten. (Screenshot: Marc Sauter/Golem.de)
Die Upvoid Engine generiert aus dieser öden Landschaft ... (Screenshot: Marc Sauter/Golem.de)

Das Terrain wird prozedural aus Voxeln statt aus Polygonen generiert, auch die Wolken entstehen aus Algorithmen. Voxel (von "Volume" und "Pixel") sind anders als Pixel nicht zwei-, sondern dreidimensional; durch die zusätzliche Tiefeninformation eignen sie sich gut für die Geländedarstellungen.

Der per Schaufel oder Hacke abbaubare Untergrund erinnert an Minecraft, ist jedoch viel ausgefeilter: Upvoid hat die Cubical Marching Squares, eine von der National Taiwan University erdachte Technik, weiterentwickelt und angepasst. Dadurch sind scharfe Kanten und Überhänge möglich, später soll eine Flüssigkeitssimulation folgen.

Die Technik in Upvoid Miner 

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hw75 23. Feb 2014

Na versuch doch mal eine Story, ein Adventure, oder Rätsel prozedural zu erzeugen. Sowas...

Guardian 19. Feb 2014

Das bringt doch alles nichts! Diesen totalen überflüssigen quatsch gab es schon vor...

xmaniac 15. Feb 2014

Hier hast du doch auch nur eine Techdemo. Und weiter kommen die alle nicht, dass ist ja...

xmaniac 15. Feb 2014

Wozu brauchst du einen Geometry-Shader, der teil einer Scanline-Pipeline ist um Voxel zu...

Gl3b 13. Feb 2014

Bestes thread xD

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