Starfield’s riesiger Haufen von 20.000 Kartoffeln, erklärt von den Spieleentwicklern – GameTopic
Starfield's massive pile of 20,000 potatoes, explained by the game developers - GameTopic
Letzte Woche hat ein Starfield-Spieler 20.000 Kartoffeln in das Cockpit seines Raumschiffs gestopft und dann versucht, die Tür zu schließen. Der Clip wurde viral, mit ehrfürchtigen Reaktionen von Spielern und Spieleentwicklern gleichermaßen.
Aber wir waren nicht nur beeindruckt von der Dreistigkeit, sich die Mühe zu machen, so viele Kartoffeln zu sammeln. John Linneman von Digital Foundry nannte den Clip “atemberaubend”, weil alle Kartoffeln “Physik haben”. Aber was bedeutet es, wenn etwas “Physik hat”? Warum machen sich alle so viel Gedanken über einen Haufen von 20.000 purzelnden Kartoffeln in einem Spiel, das sich um das coole Erforschen des Weltraums dreht?
Wir haben mit einer Reihe von Spieleentwicklern gesprochen, um ihre Einsicht darüber zu bekommen, was wirklich in dem Kartoffel-Clip passiert, warum es in mehr Spielen nicht möglich ist, solche Dinge zu tun, und ob 20.000 purzelnde Kartoffeln wirklich so beeindruckend sind, wie es scheint.
20.000 Kartoffeln unter dem Motor
Nikita Luzhanskyi, ein Unreal Engine Entwickler bei Pingle Studio, hat mir eine detaillierte Erklärung gegeben, was passiert, wenn sich zwei Objekte in einem Spiel gegenseitig berühren. Hier ist die super einfache Version davon: Im echten Leben passiert einfach die ganze Zeit Physik. Aber in virtuellen Räumen dauert es Zeit, dass Computer alle Physik berechnen, die zu jedem gegebenen Zeitpunkt auf alle Objekte wirkt. Je mehr Kartoffeln (oder was auch immer) man in die Mischung wirft, desto mehr Berechnungen müssen durchgeführt werden und desto komplexer wird es.
“Wenn gesagt wird, dass ein Spiel 60fps hat, bedeutet dies, dass die Spiel-Engine in einer Sekunde Eingabedaten vom Spieler verarbeiten, sie auf die Spielwelt anwenden, die Wechselwirkung von Objekten und Systemen im Spiel berechnen und das Bild auf dem Bildschirm rendern muss”, erklärt Luzhanskyi. “Und das alles muss sie sechzigmal in einer Sekunde tun. Wenn wir über die physikalische Wechselwirkung von Objekten in der Spielwelt sprechen, müssen wir uns immer daran erinnern, dass je mehr Objekte es gibt, desto mehr Prüfungen die Engine durchführen muss, um das Ergebnis der Wechselwirkung zu erhalten. Aber das ist ein zweischneidiges Schwert. Einerseits möchten wir das realistischste Ergebnis erhalten, was viele Berechnungen erfordert, aber andererseits sind wir durch die Framerate begrenzt, denn wenn wir die obere Grenze überschreiten, wird das Spiel langsamer und das gefällt den Spielern nicht.”
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Luzhanskyi erklärt weiter, dass Computer mit Zeitintervallen oder Prozessorticks arbeiten und es daher notwendig ist, mehrere Algorithmen zu verwenden, um die Bewegung eines Objekts zwischen diesen Ticks zu berechnen. Dabei bewegt sich jedes Objekt je nach Faktoren wie Beschleunigung, Geschwindigkeit und möglichen Kollisionen in jedem Intervall eine kleine Entfernung.
“Für Tausende von Objekten in einem Tick muss man die Position von allen von ihnen berechnen, für jedes Objektpaar prüfen, ob sie sich schneiden, und wenn ja, eines aus dem anderen herausdrücken. Allerdings gibt es keine Garantie, dass ein Objekt, wenn es aus einem anderen herausgedrückt wurde, nicht in einem anderen Objekt gelandet ist, also muss man mehrmals die Schnittstelle zwischen den Objekten überprüfen. Deshalb stellt sich heraus, dass man, um eine realistische Kollision von Hunderten und Tausenden von Objekten zu erreichen, Code schreiben muss, der schnell genug arbeitet und ein realistisches Bild in einem Frame erzeugt.”
Luzhanskyis Erklärung war sogar noch komplexer, und ich habe versucht, sie für diesen Artikel zu vereinfachen, aber wenn Sie eine noch einfachere Erklärung brauchen, hier ist sie: Mehr Kartoffeln = mehr Mathematik pro Sekunde = mehr Leistung von Engine und Computer erforderlich. Und es braucht beides. Luzhanskyi merkt an, dass zwar viel von der Rechenleistung eines einzelnen PCs oder einer Konsole abhängt, moderne Spiele-Engines selbst viel Arbeit leisten, um realistische Physiksimulationen zu ermöglichen. Und er fügt hinzu, dass es viel Entwicklerarbeit erfordert, diese Engines so anzupassen, dass sie das gewünschte Ergebnis liefern, insbesondere in einer Situation wie dieser, bei der nur sehr wenige Spieler wahrscheinlich auf die genau gleiche Situation stoßen werden.
Was könnte schiefgehen?
Also haben wir 20.000 einzelne Kartoffeln in einem großen Haufen, die alle gegeneinander, den Boden und eine sich bewegende Tür stoßen. Das bedeutet, dass wenn auch nur eine der von Luzhanskyi beschriebenen Berechnungen zu langsam ist oder auf irgendeine Weise nicht stimmt, plötzlich die 20.000 Kartoffeln seltsame, lustige physikalische Fehler aufweisen. Aber genau darin liegt die Genialität des Starfield-Clips. Die Kartoffeln könnten explodieren, ins All fliegen, sich schnell bewegen oder sich anderweitig unkartoffelhaft verhalten. Aber stattdessen rollen sie sanft herum wie, nun ja, Kartoffeln.
„Es ist beeindruckend, weil obwohl viele dieser Kartoffeln stationär aussehen, simulieren sie tatsächlich die Physik zu jeder Zeit“, sagt Liam Tart, leitender Künstler bei Unknown Worlds. „Traditionell führt eine große Anzahl von physikalischen Objekten, die sehr nahe beieinander liegen, dazu, dass sie alle ‚springen‘, wenn jede Kartoffel mit der benachbarten Kartoffel kollidiert. Ich würde also erwarten, dass alle Kartoffeln herumspringen und leicht wackeln. Aber sie scheinen sehr ruhig zu sein und bewegen sich nur, wenn die Tür sich öffnet. Es ist auch ziemlich beeindruckend, dass über 20.000 Kartoffeln gleichzeitig simuliert werden und die Bildrate nicht wesentlich abfällt.“
Megan Fox, Gründerin von Glass Bottom Games, war besonders von dem riesigen Kartoffelhaufen beeindruckt und half mir, all die verschiedenen Dinge zu verstehen, die hier schiefgehen könnten. In einem Gespräch mit GameTopic erklärt Fox zunächst den Unterschied zwischen CPU-Physik und GPU-Physik. Kurz gesagt, läuft CPU-Physik auf Ihrem Computer und ist im Allgemeinen besser für interaktivere Simulationen geeignet, bei denen der Spieler beteiligt ist. GPU-Physik läuft hingegen auf der Grafikkarte und eignet sich besser für eigenständige Dinge, die nur cool aussehen müssen, wie zum Beispiel aufwendige Partikelphysik oder Regentropfen. Es ist einfacher, viele GPU-Physikvorgänge gleichzeitig durchzuführen, da sie (meistens) nicht mit anderen Dingen interagieren müssen. Aber CPU-Physik ist schwieriger in großem Maßstab umzusetzen.
Deshalb könnte in einem Bethesda-Spiel ein Stapel von 20.000 Kartoffeln leicht schiefgehen: Alle 20.000 Kartoffeln müssen CPU-Physik verwenden, weil Bethesda „sich tatsächlich um Kartoffeln kümmert“, sagt Fox.
„Kartoffeln können die Spielerbewegung beeinflussen“, erklärt sie. „Kartoffeln können Ihren Weg blockieren. Es ist wichtig, dass Sie immer genau wissen, wo sich jede Kartoffel befindet, damit Sie die Kamera darauf richten können und das kleine Kontext-UI angezeigt wird, das sagt ‚Kartoffel ‘, und all die Dinge, die mit ihnen als logischen Entitäten verbunden sind, die spezifische Beutegegenstände mit spezifischen Eigenschaften und Interaktionen sind. Wenn Sie die Kartoffeln in GPU-Physik verschieben wollten, müssten Sie akzeptieren, dass Sie einfach 100.000 Kartoffeln in einen Raum werfen können, mit dem der Spieler außer durch das hindurchgehen und sie aus dem Weg springen lassen kann, nicht direkt interagieren kann, so wie Verpackungsmaterial.“
Havok Physics – das Starfield für seinen Physik-Engine verwendet – war historisch besonders gut bei CPU-Physiksimulationen und speziell gut bei etwas, das „depenetration“ genannt wird, erklärt Fox. Depenetration, sagt sie, ist das, was passiert, wenn Sie eine Kartoffel nehmen und dann an genau derselben Stelle eine andere Kartoffel erzeugen. Wenn die Depenetration gut ist, erscheint die zweite Kartoffel ordentlich und bleibt an der richtigen Stelle. Aber eine schlechte Depenetration kann zu Explosionen von Kollisionen führen oder dazu, dass die Kartoffeln plötzlich eine unendliche Geschwindigkeit erhalten und sich wie Poprocks herumfliegen.
Gutes „Stapelverhalten“, fährt Fox fort, erfordert viele verschiedene Elemente, die in einer leistungsstarken Physiksimulation zusammenarbeiten müssen, um sicherzustellen, dass die Simulation genau weiß, was mit 20.000 Kartoffeln zu tun ist.
„Das Problem ist, dass sich alles in einem Stapel die ganze Zeit etwas in einander versenkt. Die Schachtel oben sinkt (sehr leicht) in das Objekt, auf dem sie liegt, aufgrund der Schwerkraft. Bei jedem Bild korrigieren Sie dann die Kollision wieder nach oben, sodass sie weiterhin auf der Schachtel liegt und niemand etwas merkt“, sagt Fox. „Aber wenn Ihre Physik-Engine eine schlechte Depenetration hat, werden Sie wahrscheinlich nicht immer ein perfekt glattes Ergebnis erhalten. Es wird eine zusätzliche Kraft hinzugefügt. Stellen Sie sich nun vor, Sie haben 10.000 Kartoffeln, die alle zusammengepresst sind, und Sie können sich vorstellen, wie das Ganze wie eine Ansammlung von aufpoppenden Popcornkörnern aussehen könnte, oder?“
Im Grunde ist Havok, sagt Fox, anscheinend wirklich gut darin, viele Objekte auf diese Weise interagieren zu lassen. Sie fügt hinzu, dass die meisten CPU-Simulationen, mit denen sie arbeitet, „zusammenbrechen“ würden, wenn so viele Kartoffeln an einem Ort wären. Das bedeutet entweder, dass dies eine neuere oder bessere Version von Havok ist, als sie es gewohnt ist, oder… vielleicht gibt es dort tatsächlich keine 20.000 Kartoffeln!
Warte, was?
Ein Teil der Diskussion zwischen Fox und mir zu diesem Thema fand auf der Social-Media-Website Bluesky statt. Währenddessen meldete sich Dan Johnson, leitender GameTopicer bei Big Blue Sky Games, einem anderen Entwicklungsstudio, mit einer interessanten Beobachtung zu Wort: Was sind das für große Klumpen?
„Konsolidiert der Motor Kartoffeln unter der Oberfläche?“, fragt er. „Hat der Spieler den Haufen mit Säcken oder so etwas aufgefüllt, damit er nicht so viele Kartoffeln braucht? Wir brauchen eine Untersuchung.“
Fox denkt nicht, dass es Säcke sind, denn die Textur ist identisch mit den Kartoffeln, aber er hat auch keine gute Antwort darauf, was die riesigen Klumpen tun. “[Es] lässt mich darüber nachdenken, ob der Motor irgendwie Objekte in der Nähe aufbläht. Aber warum sollte man das tun? Es wäre nur relevant, wenn Spieler 3.000 von einer bestimmten Sache fallen lassen würden. Was selten ist? Es wäre sehr, sehr lustig, wenn Bethesda eine spezielle Optimierung für “den idiotischen Baby-Mann, der beschließt, 30.000 Käseräder an einem Ort fallen zu lassen” einbezogen hätte. Ich würde mich freuen, wenn das hier passiert wäre.”
Zwei-Minuten-Kugeln
Während Fox, Johnson, Tart und Luzhanskyi alle zumindest angemessen von Starfields Kartoffelphysik beeindruckt waren, waren Alex Ward, Alex Veal und Phil Maguire etwas weniger begeistert. Alle drei arbeiten bei Three Fields Entertainment Limited, dem Studio hinter Dangerous Golf und dem kommenden Open-World-Fahrspiel Wreckreation. Ihre Arbeitsgeschichte erklärt vielleicht, warum ein Stapel von 20.000 interagierenden physikalischen Kartoffeln für das Trio eine Art Alltagsphänomen ist.
“Was mein Interesse daran geweckt hat – und es ist nicht wirklich beeindruckend – ist, dass dies genau das ist, wie all diese erstaunlichen Wassersimulationen funktionieren, die man online sieht, aber in einem viel mikroskopischeren Maßstab – also jeder einzelne Wasserteilchen wird so simuliert – deshalb sieht es aus wie eine flüssige Sache, die aus der Tür fließt. In Bezug auf Beeindruckendheit – die Wassersimulationen, die man sieht, verwenden viele von ihnen dieselbe Technik und sie sind viel beeindruckender, weil es MILLIONEN von Dingen in ihnen gibt, während das nur ein paar Hundert sind.
“Und wenn wir uns für einen Moment selbst loben wollen, haben wir etwas von diesem glatten Partikel-Hydrodynamik-Kram in der PC-Version von Dangerous Golf verwendet, um die Farbkleckse zu erzeugen, die auf den Boden, die Wände und den Bildschirm geschwappt sind!”
Während sie plaudern, öffnet Maguire die Unreal Engine und versucht, etwas Ähnliches zu erschaffen. In zwei Minuten schafft er es, einen Haufen von 378 Kugeln zu machen, die realistisch zwischen 40 und 60 fps fallen und rollen. Nicht schlecht für eine zweiminütige Editor-Demo.
Aber Maguire gibt auch zu, dass er von der “schieren Anzahl der Dinge” im Bethesda-Video beeindruckt ist – 400 Kugeln im Editor sind eine Sache, aber 20.000 Kartoffeln im Spiel mit allem anderen im Schiff? Eine etwas größere Herausforderung und lobenswert.
Wir haben bereits über all die verschiedenen Elemente von Videospielen geschrieben – funktionierende Türen, bewegliche Plattformen, Zähne und so weiter – die von außen einfach erscheinen, aber eigentlich ziemlich komplex sind. Während Stapel von 20.000 Kartoffeln vielleicht nicht als “einfach erscheinen”, öffnet allein die Tatsache, dass jemand eine Kartoffel in Starfield von einem Ort aufnimmt und an einen anderen Ort legt, automatisch die Tür zu dieser viel komplexeren Möglichkeit, die Entwickler berücksichtigen müssen.
Sicher, Bethesda hätte die Kartoffeln nach einer bestimmten Anzahl von ihnen verschwinden lassen können, aber angesichts der Geschichte der Community mit Käserädern war das Ergebnis von 20.000 Kartoffeln wahrscheinlich unvermeidlich. Hut ab vor den Starfield-Entwicklern, die buchstäblich jede einzelne Kartoffel zählen lassen.
Rebekah Valentine ist eine leitende Reporterin für GameTopic. Haben Sie einen Nachrichtentipp? Schicken Sie ihn an [email protected].
