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Making Games Report - CryEngine 3: Stereoskopie für Spieleentwickler

Stereoskopie in Spielen ist eine komplexe Angelegenheit, die Balance zwischen beeindruckender Tiefenwirkung und störungsfreiem Gameplay eine schwierige Herausforderung. Alexander Taube erklärt, was man über die zukunftsweisende 3D-Technik wissen muss und mit welchen Tricks sie in der CryEngine 3 zum Einsatz kommt.

Von Yassin Chakhchoukh |

Datum: 19.02.2011; 11:12 Uhr

Alexander Taube, Project Lead bei Crytek: »Das Jahr 2009 hat mit »Avatar« eine neue Ära des 3D Booms eingeläutet. Der Kinofilm hat höchst eindrucksvoll an der Kinokasse bewiesen, wie viel Geld man mit 3D machen kann. Ob letzten Endes wirklich nur der 3D-Effekt dafür verantwortlich ist, sei dahin gestellt. Fakt ist, dass nun viele Branchen die Chance sehen, mit der 3D-Technologie Kasse zu machen. Ist das neue 3D nur ein kurzer Marketinghype wie die berüchtigte »neue Rezeptur« oder tatsächlich ein echter Zugewinn? Und lässt sich der Kinoerfolg auch auf andere Medien übertragen, eben gerade auf Games?

Die Technik dahinter

Als Technologie ist »3D« schon ein alter Hut und hat bereits vor mehr als 100 Jahren als Stereoskopie die Menschen begeistert. Erste Filme in 3D sind ebenfalls deutlich älter als die Welle, die in den 50er/60er Jahren startete. Vor rund 60 Jahren sah man in den dreidimensionalen Filmen eine Chance, sich vom aufkommenden Fernsehen abzusetzen. Leider war die Technik zu aufwendig und unpräzise, die Filme zu effektgeladen, um ein anhaltendes Genre zu stützen. Als Jahrmarktattraktion (in Form von 4D, 5D und auch 6D...) haben sich diverse stereoskopische Filme zwar irgendwo gehalten, aber die Marktanteile waren bescheiden.

Woher kommt jetzt der Wandel? Ganz klar, das digitale Zeitalter macht’s möglich. Die CGI-Filme haben es vorgemacht, dass moderne Digital-Kinoprojektoren zwar teuer in der Anschaffung sind, aber dem Kino (mit einem Adapter) ermöglichen, vergleichsweise günstig die Investition in die digitale Technik in einen echten Mehrwert zu verwandeln. Erst die weite Verbreitung von digitalen Projektoren plus Zubehör hat den Erfolg von Avatar ermöglicht. Also der richtige Film zur richtigen Zeit, um ein klares Statement zu setzen: 3D ist angekommen und hat vor, auch zu bleiben.

Ein verbleibender Kraftakt stellt für das Kino allerdings noch die Produktion von realen Filmszenen in 3D dar. Hier ist der Aufwand immer noch deutlich höher, weshalb wir in naher Zukunft auch weiterhin mehr CGI-3D-Filme sehen werden als Nicht-CGI-Filme. Am Rande sei erwähnt, dass einige Studios ihre Filme auch aufwendig nachträglich »dreidimensionalisieren« lassen, was aber zu einer fragwürdigen Qualität führt.

Games jetzt auch in 3D?

Games in 3D sind eigentlich nichts Neues. Spiele sind spätestens seit dem Erfolg von Doom oder Quake in den 90er Jahren in der Lage, in 3D zu laufen. Der große Unterschied ist hier die Präsentation für den Spieler -- bisher wurden uns diese Spiele in 2D geliefert. Ein klassischer PC-Monitor oder Fernseher erlaubt uns nur einen zweidimensionalen Blick in eine dreidimensionale Welt.
Der Vorteil für Spieleentwickler ist hier, dass die technische Umstellung der Produktion eines »3D«-Games gar nicht so kompliziert ist. Einige Punkte muss man aber doch beachten, wie weiter unten beschrieben.
Für die Spielebranche hat der »Umstieg« von 3D auf stereoskopes 3D (S3D) ähnliche Konsequenzen wie im CGI-Filmbereich. Das Grundmaterial liegt bereits digital vor und ist grundsätzlich für einen Einsatz stereoskopischer Darstellungen vorbereitet. Die erste Hürde ist es, einen Überblick über die unterschiedlichen Möglichkeiten des S3Ds zu gewinnen.

Das HUD war bei der 3D-Entwicklung eine Herausforderung, weil es normalerweise als Fläche auf einer einzigen Ebene liegt und im S3D-Raum deplatziert wirkt. Im Bild ist das HUD zu sehen, wie es nun in Crysis 2 zum Einsatz kommt.

Moderne 3D-Hardware

Wenn man die gesamte technologische Kette betrachtet, benötigt zunächst einmal der Spieler eine Plattform, die S3D-fähig ist (PC, Konsole). Hinzu kommt ein Ausgabegerät (Monitor, Fernseher), das S3D darstellen kann. Da viele unterschiedliche Standards existieren, müssen beide Einheiten auch noch miteinander kommunizieren können.

Die gängigen Darstellungsverfahren

Das Grundprinzip von S3D liegt darin, jedem Auge ein getrenntes Bild zu liefern, ganz wie es im »realen« Leben auch ist -- jedes Auge hat eine leicht verschobene Perspektive. Für einen 3D-Effekt benötigt man also ein Bild, das eigentlich zwei Bilder beinhaltet, die wiederum durch einen Filter oder durch ein Verfahren vor dem Auftreffen auf der Netzhaut getrennt bzw. verdeckt werden.

Anaglyphen
Dieses Verfahren wird den meisten schon irgendwo einmal begegnet sein. Man erkennt es an den typischen »bunten« Brillen, von denen ein Auge meist rot, das andere grün oder cyan ist. Andere Farbkombinationen sind möglich, diese haben sich aber aufgrund optischer Nachteile nicht durchgesetzt. Durch die Farbfilter werden jedem Auge nur Teile der Bildinformation übermittelt.
Dieses Verfahren ist günstig herzustellen und zurzeit das einzige, das auch im Printbereich eingesetzt oder auf Geräten dargestellt werden kann, die für andere Verfahren nicht speziell vorbereitet sind. So kann etwa jeder PC-Monitor oder Fernseher anaglyphe Bilder anzeigen. Die Qualität ist leider deutlich eingeschränkt, da bestimmte Farbinformationen verloren gehen, die vor allem für die Tiefenwirkung wichtig sind.
Ohne Brille sind die farblichen Abweichungen deutlich zu erkennen. Mit Brille ergibt sich ein überzeugender räumlicher Eindruck.

Erwähnt sei an dieser Stelle eine Verfeinerung des Verfahrens, genannt »Infitec«. Dabei werden nicht zwei Farben als Bildtrennung genutzt, sondern einzelne Bereiche des Lichtspektrums. Dadurch kann jedem Auge ein Anteil des roten, grünen und blauen Spektrums zugeordnet werden. Jedes Auge sieht also ein nahezu vollständiges Farbbild; ein Vergleich mit den klassischen Anaglyphen ist deswegen praktisch falsch, da das Infitec-Verfahren den Farbfehler behebt. Derzeit ist das System meines Wissens auf Projektionssysteme beschränkt.

Active Shutter
Mit dem Begriff des aktiven Shutters werden solche Systeme bezeichnet, die aktiv eine LCD-Brille ansteuern. Diese schließt alternierend ein Auge und öffnet parallel das andere, um ebenfalls alternierende Bilder am Monitor oder über Projektionen korrekt an das entsprechende Auge zu liefern.
Die derzeit erhältlichen LCD-TVs nutzen mehrheitlich diese Technologie. Der große Vorteil ist die gleichbleibende Auflösung, jedoch nimmt die Anzahl der Bilder pro Auge um die Hälfte ab, da jedes Bild nur von einem Auge gesehen wird. Aus diesem Grund laufen die Geräte alle mit 100 oder 120 Hertz, was halbiert auf die klassischen Bildwiederholraten der PAL-, SECAM- und NTSC-Sendeformate von 50 bzw. 60 Hertz zurückzuführen ist. Der Nachteil ist die zwingende Nutzung der aufwendigen Brillen, die verhältnismäßig teuer sind, relativ schwer und natürlich auch -- da kabellos -- irgendwann wieder geladen oder getauscht werden müssen (mittels Einwegbatterie oder wieder aufladbaren Akkus). Im Gegensatz zu den Brillen sind die TV-Geräte selbst inzwischen preislich in einem Bereich angekommen, in dem sich die Investition für eine breitere Masse lohnt.

Im Bereich der PC-Monitore sieht es ähnlich aus. Hier dominiert eine Lösung von Nvidia, die mit 120Hz-Monitoren arbeitet. Diese Lösung arbeitet unabhängig vom Spiel und greift direkt auf die Daten in der Grafikkarte zu, um sie stereoskopisch an den Monitor weiterzugeben.

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Dieser Artikel erschien in Ausgabe 01/2011 des Making Games Magazins.