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The Vanishing of Ethan Carter - Fast fotorealistisch dank Photogrammetrie

Hinter der äußerst stimmigen und beinahe lebensecht wirkenden Spielwelt von The Vanishing of Ethan Carter steckt eine spezielle Technik. Wir erklären, wie sie funktioniert, aber auch, welche Probleme sie mit sich bringt.

von Nils Raettig,
16.07.2014 17:30 Uhr

Die Programmierer von The Vanishing of Ethan Carter nutzen die so genannte »Photogrammetrie«, um möglichst realistische 3D-Modelle erstellen zu können.Die Programmierer von The Vanishing of Ethan Carter nutzen die so genannte »Photogrammetrie«, um möglichst realistische 3D-Modelle erstellen zu können.

The Vanishing of Ethan Carter will nicht nur spielerisch, sondern auch mit einer besonders authentischen Atmosphäre überzeugen. Dazu soll die Grafik auf Basis der Unreal Engine 3 einen großen Teil beitragen, was den ersten Trailern und Screenshots nach durchaus gelingen dürfte: Der Ort des Spielgeschehens - ein düsterer Wald zur Herbstzeit - wirkt äußerst stimmig, was er vor allem der sehr realistisch gestalteten Umgebung zu verdanken hat: Moosbewachsene Brücken, rostige Gleise und zerfallene Häuser wirken wie aus dem echten Leben und sorgen für eine beklemmende Stimmung.

Um diese Objekte zu erschaffen, bedient sich der Entwickler The Astronauts einer arbeitsintensiven, aber auch sehr überzeugenden Technik namens »Photogrammetrie«, die in einem lesenswerten Blog-Eintrag inklusive dreh- und zoombarer 3D-Modelle ausführlich vorgstellt wird. Vereinfacht ausgedrückt, werden dabei möglichst viele 2D-Fotos von einem echten Objekt geschossen und anschließend in ein 3D-Modell auf dem PC umgewandelt. Der Aufwand ist ziemlich groß, auch weil beim Fotografieren auf vieles geachtet werden muss, die fertig gerenderten Objekte, sehen dafür allerdings äußerst beeindruckend aus.

Lebensecht statt künstlich

Die Idee der räumlichen Erfassung von Objekten und Landschaften mittels Fotografie ist schon über 150 Jahre alt, auf PC-Spiele angewandt, könnte sie dem oft bemühten Begriff der fotorealistischen Grafik jetzt aber neues Leben einhauchen. Andrzej Poznanski, Mitbegründer von The Astronauts, betont im Falle von The Vanishing of Ethan Carter allerdings, dass es sich dabei immer noch um ein Computerspiel und nicht um eine Dokumentation handelt.

Mit anderen Worten: Bis zu einem gewissen Maß ist fotorealistische Grafik sehr wünschenswert, zum Erzeugen einer bestimmten Atmosphäre müssen viele der mittels Photogrammetrie erstellten Objekte aber nachträglich überarbeitet werden. Ein möglichst hoher Grad an Realismus ist also nicht das oberste Ziel, die Grafik soll sich stattdessen laut Poznanski vor allem »richtig« anfühlen. Doch was genau kann die Photogrammetrie dazu beitragen?

Ein sehr entscheidender Aspekt ist dabei die natürliche Ungleichmäßigkeit, die durch Photogrammetrie erstellte Objekte aufweisen. Sie steht in starkem Kontrast zu der oft sehr einheitlichen Optik von rein künstlich erzeugten 3D-Modellen und Texturen. So hat zum Beispiel ein Esstisch zwar auch in der Realität zunächst überall die annähernd gleiche Struktur, diese Gleichmäßigkeit wird mit der Zeit aber durch bestimmte Faktoren durchbrochen. An manchen Stellen kommen etwa Kratzer in den Tisch und die Oberfläche verfärbt sich je nach Abnutzung unterschiedlich stark, was bei einem Gebrauchsgegenstand ja ganz normal ist.

The Vanishing of Ethan Carter - Photogrammetrie ansehen

Solche individuellen Merkmale finden sich bei komplett künstlich erzeugten Objekten in PC-Spielen aber kaum, weil der Gestaltungsaufwand viel zu groß wäre - und das Fehlen dieser Merkmale registriert unser Gehirn laut Poznanski. Boden- und Wandtexturen, die an nahezu jeder Stelle exakt gleich aussehen, wirken einfach unecht und erschweren so das Eintauchen in die Spielwelt unterbewusst, aber spürbar. Die Lösung des Problems beschreibt Adam Bryla von The Astronauts charmant mit den Worten »Wenn du eine natürliche Umgebung erschaffen willst, die Sinn macht und sich richtig anfühlt, dann schaffst du das am ehesten, wenn du deinen Hintern hoch kriegst und da raus gehst.«

Viele Fotos, ein 3D-Modell

Um dieses »Raus gehen« kommt man bei der Photogrammetrie nicht herum, denn der erste Schritt besteht immer darin, möglichst viele Aufnahmen von einem realen Objekt zu machen. Im Falle eines beispielhaft im genannten Blog-Eintrag gezeigten Felsens, sind es etwa 26 Fotos aus verschiedenen Blickwinkeln, auf denen sich all die Ungleichmäßigkeiten wiederfinden, die in der echten Welt nun mal vorkommen. Um sie von den Bildern ins Spiel zu übertragen, werden die Aufnahmen in eine spezielle Photogrammetrie-Software eingespeist (The Astronauts benutzen Photoscan von der Firma Agisoft), die alle Fotos analysiert und sie anschließend Punkten in einem dreidimensionalen Raum zuweist.

Anhand dieser Punkte berechnet die Software ein 3D-Modell des fotografierten Objekts, auf das die Pixel der verschiedenen Bilder über Texturen möglichst genau aufgetragen werden. Photoscan nimmt Astronauts allerdings nicht alle Programmierarbeit ab, weil die so erstellten 3D-Objekte und Texturen zwar extrem detailliert, aber gleichzeitg sehr ineffizient sind und sich damit nicht für eine in Echtzeit gerenderte Spielgrafik eignen. Doch auch nach dem Verschlanken und Bearbeiten wirken die komprimierten 3D-Objekte und Texturen, die die Programmierer aus den Photoscan-Vorlagen erstellen, immer noch deutlich realistischer als rein im Computer gemachte Objekte, die ohne Mithilfe der Photogrammetrie entstanden sind.

Probleme bei der Bild-Analyse Wenn das Ausgangsmaterial nicht gut genug ist, kommt bei der Analyse der Bilder über die Photogrammetrie-Software oft so etwas heraus.

Fertiges 3D-Modell Die Programmierer müssen dann selbst Hand anlegen oder neue Fotos schießen, um ein korrektes 3D-Modell zu erhalten, der Aufwand kann sich aber durchaus lohnen.

Platzierung in der Spielwelt Über die Photogrammetrie erstellte Objekte, müssen stark komprimiert werden, bevor man sie in der Spielwelt nutzen kann, da sie sonst zu viel Rechenleistung benötigen.


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