Was sind Computerspiele? (c) 2013, Peter Sturm, Universität Trier

Transkript

1 Was sind Computerspiele? 1

2 Das Ideal: Photorealistisch Anwendung der relevanten physikalischen Gesetze Lichtreflektion und brechung Samt u.a. Objekteigenschaften (Oberflächenbeschaffenheit) Viele Freiheitsgrade bei der räumlichen Modellierung Mengenorientierte Ansätze Raytracing und Radiosity 50 fps und mehr leider noch nicht erreichbar aber man arbeitet dran J Norbert Kern William Fawcett & Povray Team Grundidee: Raytracing 2

3 Die Realität Einfache Beschreibung der Objektoberfläche Durch Elementarobjekte wie z.b. Dreiecke Flexiblere Ansätze erkennbar Starke Einschränkungen bei Reflektions- und Refraktionsverhalten Viele Schummeleien und Tricks Texturen nähern Aussehen an Zusätzliche Maps simulieren Lichteinfluß, Oberflächenbeschaffenheit, Reflektionsverhalten, Ziel: Hinreichend realistische Wirkung mit vertretbarem Aufwand 3D- Pipeline Photorealismus häufig unnötig Vereinfachung Keine exakte Lichtberechnung Keine Reflektionen/Refraktionen Tricks Reine Softwarelösung CPU berechnet alle Schritte Leistungsfähige CPU notwendig Hardware-Beschleunigung Wesentliche Schritte übernimmt Spezial-Hardware 3D- Modell Verschiebungen Drehungen Bewegungen Clipping Triangulation Licht und Schatten 2D- Projektion Finish Shading Z- Buffer Texturen Perspektivenkorrektur Nebel Alpha- Blending... Darstellung 3

4 Aufgabe der Graphikkarte Dreiecke (2D) 3D Modell Dreiecke (3D) Pixel CPU GPU Parallelarbeit Gleiche Arbeit für jedes Dreieck Moderne GPU schaffen mehrere Milliarde Dreiecke / s Gleiche Arbeit für viele Pixel Moderne GPU über 48 Milliarden Pixel / s (Pixelfüllrate) Keine Abhängigkeiten Gut Parallelisierbar 4

5 3D- Hardware GPUs sind extrem leistungsfähige SIMD- Prozessoren Ziel: Arbeitsteilung mit CPU Stand 2013 Geforce GTX Titan 2699 Prozessoren Rechenleistung 1.3 TFLOPS (double) 4.5 TFLOPS (float) 6 GB 364- bit GDDR5 6 GHz effektiver Takt 288 GB/s Durchsatz 5

6 Die ca. 7.7 Milliarden Transistoren auf 551mm 2 (23x23) 6

7 Interdisziplinär Graphik Design Mathematik Physik VWL Psychologie Informatik Audio Musik Sprache Text BWL Regie Kamera Schauspiel 7

8 Informatik Kernbereiche Programmiersprachen Effiziente Datenstrukturen Parallelität Computergraphik Echtzeitgraphik, Animation Verteilte Systeme Netzwerke Künstliche Intelligenz Physik Verhalten und Wechselwirkungen der Objekte Beschleunigung, Trägheit Starrheit, Flexibilität, Deformierbarkeit Zunehmend komplexere Schadensmodelle Rückwirkungen auf Graphikdarstellung Wesentliches Spielelement 8

9 Nicht jeder will Online spielen Gewinnchancen gegen Computergegner manchmal höher J Leistungsfähigkeit der Computergegner beeinflußt stark die Spielqualität Gleiche Ausgangsposition Gleiche Bedingungen Vielfalt in der Reaktion Maß an Dummheit Bisher wenig CPU- Zeit zugeteilt KI Spezialfall verteilter Systeme Skalierbarkeit Performanz Robustheit Konsistenz Virtual Reality Interessante Herausforderungen Technisch Kulturell Ökonomisch Menschlich Multiplayer 9

10 Beispiel: Verteilte Systeme Alle gängigen Anforderungen Skalierbarkeit Konsistenz Verfügbarkeit Sicherheit Das Netzwerk Client Internet Server Client Clients überwiegend hinter dünnen Leitungen Begrenzte Bandbreite Minimale Datenmenge, Komprimierung, Verbindungsabbrüche (Disconnects) Latenz = Lag 10

11 Rennerfahrungen Festrennen Pro Quartal ein Fest Alle 10 Minuten ein Rennen mit maximal 4 Teilnehmern Meist standen zwischen 4 und 10 Teilnehmer an (zu jedem beliebigen Zeitpunkt) Schickes Pferd im Tausch gegen alten Klepper Aufregung wie bei einem echten Rennen Hoher Puls, kalte Hände, Hohe Konzentration, 11

12 Glücklicher Gewinner 12

13 Warum? Echte (menschliche) Gegner bzw. Mitstreiter Zusammenspiel mit Menschen aus der ganzen Welt Virtuelle Freundschaften Flucht in eine virtuelle Welt Hinauswachsen über das reale Leben (RL) Macht, Erfolg, Bestätigung Bis hin zur Sucht Spieler formen Spiele Abbilder realer Umgangsformen Positive Aspekte Freundschaft Partnerschaften Negative Aspekte Diebstahl Vandalismus Beleidigung Verrat 13

14 Gefahren Soziale Verarmung fehlender persönlicher Kontakte Realitätsverlust mit physischen Folgen Spielsucht Vorteilnahme Ausbeutung 14

15 Chancen Wirtschaftsfaktor Innovationsmotor Technisch Wissenschftlich Virtuelle Realitäten Überwindung des Raums Serious Games Gesellschaftliche Akzeptanz Der Platzhirsch Beispiel MMORG World of Warcraft Blizzard Entertainment Seit Ende 2004 Ca. 11 Millionen Abonnenten 2. Quartal Millarde Dollar Umsatz 290 Millionen Dollar Gewinn Add-on Cataclysm (erscheint ) 3.3 Millionen Exemplare in den ersten 24 Stunden 4.8 Millionen Exempare im ersten Monat 15

16 Soziales & Gesellschaftliches Neue Räume für Randgruppen Die Welt wird ein Dorf Gemeinsamer Spielspaß Physische Räumlichkeit überwinden Virtuelle Freunde Soziale Netze Virtuelle Hochzeiten J Psychologische Hilfe für den Alltag Alternative Realitäten 16

17 Technisch Wachsende Teilnehmerzahlen Aktuelle Server verkraften einige tausend Spieler Immer größere Welten Eine Welt (keine Mehrfachinstanziierung) User- Generated Content Eigene Quests Rollenspiel Forschungsschwerpunkte Neurobiologie / Psychologie Wie wichtig ist der Körper? Mirror neurons Wirtschaftswissenschaften Virtuelle Güter und Transaktionen Rechtswissenschaften Virtuelle Besitztümer, Rechte, Pflichten, Steuersysteme Informationssysteme Skalierbarkeit, Verteilte Systeme Offene Standards, Open Source 17

18 Immersion Echte Gefühle bei guter Immersion Erhöhte Adrenalinproduktion Furcht, Wut, Zorn, Freude, usw. Ununterscheidbarkeit für Gehirn Spiegelneuronen Immerwährende philosophische Diskussion Alle psychischen und physischen Reaktionen 18

19 Spiele mit einem Zweck Serious Games Beispiele Simulationen (Militär, Politik, Ausbildung,...) Edutainment Game- based Learning Organizational- dynamic Games Games for Health Productivity Games... Hoher Entwicklungsaufwand Playful Design 19

20 Spielend Arbeiten? Bedienungsfreundlichkeit ZENTRALES Element der Spieleentwicklung Spiele- Software wird meist freiwillig genutzt J Spiele waren immer wichtig sind wichtig werden eher wichtiger Lernen Geistige & körperliche Fitness Soziale Interaktion Playful Design Erfolgreiche Ideen aus der Spielewelt auf herkömmliche Anwendungen übertragen Neudefinition konventioneller Anwendungen Realistisch betrachtet eher selten Sich inspirieren lassen Langfristig mehr Ideen als man vielleicht erwartet 20

21 Perspektiven Immersion Flow erhöhte Aufmerksamkeit / Konzentration Vergißt die reale Zeit Autonomie Mehr Kontrolle Abbau von Streß Soziale Interaktion und Reputation Lernen Belohnungssysteme (Reinforcement) 3D- Echtzeitgraphik (3) Mathematische Grundlagen Das Ideal: Raytracing und Radiosity DirektX und OpenGL Engines Physik (1) Outline Multiplayer (4) Verteilte Simulation Massive Multiplayer Online Games (insbesondere MORPGs) KI = Intelligenz der Computergegner (1) Weitere Themengebiete (3) 21

22 Literatur Michael Abrash Graphics Programming Watt Policarpo 3D Games (Volume I und II) Fernando bzw. Pharr GPU Gems 1, 2, und 3 nvidia The End 22