Flight Simulator: Eine Welt aus unvollständigen Daten

Es gibt Massen an Daten, dennoch mussten die Entwickler für die Darstellung der Erde in Flight Simulator zu aufwendigen Tricks greifen.

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Flight Simulator über San Francisco
Flight Simulator über San Francisco (Bild: Microsoft/Screenshot: Golem.de)

"Wir haben viele tolle Entwickler, aber die konnten selbst bei bestem Willen nicht die ganze Erde von Hand aufbauen", sagt Lionel Fuentes gleich zu Beginn seines Vortrags auf der Games Developers Conference (GDC) 22.

Es geht um den Flight Simulator: Fuentes ist Technical Director bei Asobo Studio, das den Flugsimulator zusammen mit Microsoft produziert hat.

Den Angaben von Fuentes zufolge geht es immerhin um eine Fläche von 510 Millionen Quadratkilometern, mehr als zwei Millionen Städte und rund 1,5 Milliarden Gebäude - plus 37.000 Flughäfen.

Angesichts dieser Masse kann man verstehen, dass die Erde nicht manuell erstellt werden konnte. Stattdessen musste die Arbeit zum großen Teil von Algorithmen übernommen werden. Die Herausforderung: "Wir wollten die bestmögliche 3D-Darstellung der Welt, so dass man etwa über sein Haus fliegen kann", sagt Lionel Fuentes.

Und das, obwohl der Flight Simulator zwar auf Massen an Daten zugreifen kann - die aber alle eigene Probleme haben. Wichtigste Basis ist das Kartenmaterial von Bing Maps, das Microsoft bereitgestellt hat.

Dazu kommen Daten von Openstreetmap sowie von Flugzeugen und Satelliten erstellte Fotografien der Erdoberfläche. Hier wurde es bei der Entwicklung herausfordernd: Auf den Fotos sei längst nicht immer klar erkennbar gewesen, ob es sich bei einem vermeintlichen Detail am Boden um eine Wolke oder sogar nur um den Schatten einer Wolke handelt.

Die Erdoberfläche in Flight Simulator besteht je nach Gebiet und Detailstufe aus unterschiedlichen Datentypen, die kombiniert werden. Das eine sind laut Fuentes die TIN-Daten - das steht für Triangulated Irregular Network.

Das sind Daten, die auf Basis von Fotogrammetrie entstehen und mit denen auf Basis von zweidimensionalen Bildern etwa ein dreidimensionales Gebäude generiert wird. Das Programm orientiert sich dabei unter anderem am Schattenwurf und an der Dachfarbe.

Dazu kommen DEM-Daten: Das steht für Digital Elevaton Map, was die Höhe oder Tiefe von Land und Wasser beschreibt. Dazu gesellen sich die schon angesprochenen Luftaufnahmen sowie zusätzlich Vektordaten, die ganz konkrete Straßen, Flüsse und Ähnliches beschreiben.

Auf Basis dieser oft sehr unvollständigen Daten errechnet Flight Simulator nach Angaben von Fuentes so gut es geht die Landschaft, die Hobbypiloten mit ihrem Airbus oder der Boeing überfliegen.

Eine Welt aus Kacheln

Eine Herausforderung für die Entwickler ist, dass die Weltdaten immer wieder aktualisiert werden müssen. Etwa wegen Änderungen an der Welt durch Baumaßnahmen am Boden, aber auch wegen unterschiedlicher Jahreszeiten und sogar wegen Bewegungen der Erdplatten.

Die eigentliche Welt besteht im Flight Simulator aus großen Kacheln (Tiles), die unter anderem auf Basis der Daten von Bing und Openstreeetmap in den Azure-Rechenzentren von Microsoft generiert werden.

Das Ergebnis wird dann auf den PC oder die Konsole des Spielers gestreamt - und zwar immer in sehr großen Stücken, damit es bei Änderungen der Kameraperspektive keine Ruckler beim Nachladen gibt.

Das eigentlich Besondere ist allerdings, dass bei diesen Kacheln immer geprüft werden muss: Welche DEM- und welche TIN-Dateien liegen vor? Was liefert Bing? Gibt es verwendbare Vektorinformationen - und so weiter.

Die Algorithmen rechnen das laut Fuentes immer wieder neu durch und erzeugen dann entweder eine Kachel auf Basis von DEM-Dateien oder eben auf Basis von TIN. In einer flachen Landschaft wie den Bermudas seien die DEM-Daten mit ihren Höhenangaben etwa kaum relevant, erklärt Fuentes.

Wenn in einem Gebiet nicht ausreichend Daten vorhanden sind, muss das Programm die Lücken möglichst sinnvoll füllen, indem es etwa die Farbe des Grases von den benachbarten Kacheln übernimmt.

Dieses Prinzip der Annäherung an umliegende Kacheln wird auch bei anderen Gebietsarten ohne genaue Daten verwendet: bei einfachem Boden sowie bei Bäumen - die allerdings für den Großteil der Welt per Machine Learning im Voraus berechnet werden.

Immerhin gibt es auf dem Planeten von Flight Simulator rund 23 Millionen Bäume - zu viel, um sie bei Asobo Studios per Hand von den Entwicklern pflanzen zu lassen.

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