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Universität Kassel, Fachgebiet Programmiersprachen und -methodik Wie kommt der Drache ins Computerspiel? Björn Knafla, [email protected] Hallo! Dies ist Firax, ein Drache aus einem Computer- spiel. Firax besteht nicht aus Fleisch, Blut und Feuer, sondern aus Bits und Bytes. Seine ganze Welt, Gold- schatz, Drachenhöhle und Prinzessin bestehen aus die- sen kleinsten Bausteinen von Computerprogrammen. Was die Bits und Bytes bedeuten und nach welchen Regeln das Spiel funktioniert, liegt ganz in den Händen des Spieleentwicklers. Da sind sehr viel Mathe und In- formatik im Spiel. Typische Bestandteile von Spielen und der Welt von Firax sind: Grafik, Anima- tion, Audio, Eingabe, Physik, Künstliche Intelligenz und die Hauptschleife, die alles organisiert. Grafik Damit Firax überhaupt auf dem Monitor zu sehen ist wird im Computer ein grafisches Modell von ihm ge- speichert: Bits und Bytes formen eine Menge von Dreiecken im drei dimensionalen Raum (die drei Di- mensionen sind: links-rechts, vorwärts-rückwärts und hoch-runter). Sie werden mit Farbe oder mit Bildern überzogen und bedecken die gesamte Oberfläche des Drachen wie eine Haut - darunter ist jedoch nichts. Dreiecke sind die "Lieblingsdaten" von Grafikkarten. Im Spiel wird eine Art Kamera aufgestellt und die Dreiecke dann so positioniert, dass Firax richtig zur Kamera steht. Diese Daten werden zur Grafikkarte geschickt und erschei- nen dann auf dem Bildschirm. Firax, bitte Lächeln! Animation Um eine Figur zu bewegen, zu animieren, werden 30 bis 60 mal in der Sekunde die Dreiecke verschoben oder verändert und diese Daten zur Grafikkarte geschickt und so auf dem Monitor angezeigt. Das menschliche Auge nimmt die kleinen Änderungen z.B. der Flügelstellung wahr und reiht automatisch die vie- len Bilder zu einer vollständigen Bewegung aneinander. Firax schlägt mit seinen Flügeln. Der gleiche Trick wird z.B. auch im Fernsehen benutzt. Hauptschleife Hinter diesen andauernden Veränderungen der Grafik steckt die Hauptschleife - ein fortwährender Kreislauf des Spiels. Bei jedem Durchlauf, min. 30 mal in der Sekunde, ändert sich die Lage der Dreiecke, äh, des Drachen. Aber in je- dem Hauptschleifen-Durchlauf passiert noch viel mehr! Audio Ein Drache wird es dann richtig beeindruckend, wenn er Brüllen kann. Alle Geräusche und die Musik des Spiels ist in Audio-Dateien gespeichert. So wie in einem MP3-Player. Alle paar Hauptschleifen- Durchläufe wird, je nach dem was der Drache macht, eine andere Audio-Datei abgespielt. Eingabe Firax ist sichtbar, kann sich bewegen und auch brüllen. Aber warum und vor allem wann macht er das? Immer wenn der Spieler die richtigen Tasten drückt oder die Maus bewegt werden diese Eingaben eingesammelt und daraus Befehle für den Drachen er- zeugt, z.B. "gehe nach links", "schlage mit den Flügeln", "wedel mit dem Schwanz" (hm, das ist wohl mehr für einen Hund als für einen Drachen geeig- net). Diese Befehle ändern die Lage des Grafikmodells und wählen die nächsten ab- zuspielenden Geräusche aus und werden am Ende des Hauptschleifen- Durchlaufs wieder auf dem Bildschirm oder den Lautsprechern ausgegeben. Physik Computer machen nur was man ihnen sagt bzw. ein- programmiert. Soll sich Firax auf seinen Goldschatz setzen würde er bis jetzt einfach hindurchlaufen - wie ein Geist durch Wände. Eine Reihe von mathematischen Regeln müssen pro- grammiert werden, um im Rechner die physikalischen Eigenschaften der echten Welt nachzubilden, zu simulieren. Drache und Goldschatz bestehen aus Dreiecken. In jedem Hauptschleifen- Durchlauf vergleicht nun die Physik-Komponente des Spiels, ob sich die Dreiecke überschneiden, ob sie kol- lidieren. Die Physik behandelt diese Kollisionen den vorgegebenen Regeln entsprechend und sorgt dafür, dass Firax nicht im Gold versinkt, sondern sich darauf legen kann. Künstliche Intelligenz Ok, aber wer steuert eigentlich die Prinzessin? KI heißt das Zauberwort: Künstliche Intelligenz. Computergesteuerte Charaktere, Fachleute sagen auch "Agenten", haben Augen und Ohren - Sensoren, mit denen sie ihre Spielumgebung wahr- nehmen. Die Prin- zessin erhält so In- formationen, wo sie ist, wo sich der Drache befindet und wo der Aus- gang aus der Höhle liegt. Alle paar Hauptschleifen- Durchläufe holt die KI diese Infor- mationen mithilfe der Sensoren und bearbeitet sie mit einer Reihe von programmierten Regeln, z.B. "wenn der Drache auf dem Gold schläft ist der Weg aus der Höhle frei". Dann wird der Weg aus der Höhle heraus berechnet und schon trippelt die Prinzessin auf ihren Prinzessinenfüßen , Programmierer sagen "Aktua- toren" (die führen Aktionen aus) dazu, los. Und jetzt alles zusammen - wieder die Hauptschleife Während eines Spiels wird die Spiele-Hauptschleife also 30-60 mal in der Sekunde durchlaufen und bei jedem Durchlauf: 1.die neuen Eingaben des Spielers gesammelt und daraus Befehle erzeugt 2.die KI nimmt über Sensoren wahr, wie die Spielewelt nach dem letzten Hauptschleifen-Durchlauf aussah und KI-Regeln erzeugen aufgrund dieser In- formationen Befehle für die Aktuatoren 3.basierend auf den Eingabe-Befehlen und den Aktionen der Aktuatoren wer- den die Spielefiguren bewegt und animiert 4.die Physik kontrolliert, ob durch die Bewegungen Kollisionen der Grafik- modelle auftreten und behandelt diese, so dass alles im Spiel physikalisch korrekt zugeht 5.falls durch die Eingabe-Befehle oder die KI-Aktuatoren neue Geräusche oder Musik abgespielt werden soll, so übernimmt das nun die Audio-Ausgabe 6.am Ende des Hauptschleifen-Durchlaufs werden die Grafikmodelle zur Grafikkarte geschickt und auf dem Monitor dar- gestellt ... und dann geht das ganze wieder von vorne los. So kommt also der Drache Firax und seine Welt ins Computerspiel. Gar nicht so schwer, oder? Universität Kassel, 2006
