Wer an Computerspiele denkt, denkt meist an spannende Geschichten, beeindruckende Grafiken oder mitreißende Wettkämpfe. Was dabei leicht in den Hintergrund rückt: Hinter jedem Spiel steckt ein komplexes Zusammenspiel aus Informatik, Mathematik, Physik und kreativem Design. Genau an dieser Schnittstelle forscht Annalena Ulschmid, Doktorandin am Forschungsbereich Computer Graphics. Sie beschäftigt sich mit der Frage, wie sich unsere reale Welt möglichst effizient und gleichzeitig glaubwürdig in Videospielen abbilden lässt.

Dabei geht es um weit mehr als schöne Bilder. Licht, Schatten, Materialien oder Oberflächen müssen mathematisch beschrieben werden, damit sie auf dem Bildschirm realistisch wirken. Dreidimensionale Objekte werden dafür in unzählige kleine Dreiecke zerlegt, aus denen schließlich ganze Landschaften, Gebäude oder Figuren entstehen.

Wenn jede Millisekunde zählt

eSport-Games, bei denen Spieler_innen in Echtzeit aufeinandertreffen, erfreuen sich großer Beliebtheit. Spiele wie League of Legends (LOL) werden pro Monat von mehr als 100 Mio. Personen gespielt. Für das Computerprogramm bedeutet dies, dass jede Mausbewegung und jeder Klick praktisch ohne Verzögerung in Echtzeit verarbeitet werden müssen. „Bei eSport-Spielen können schon wenige Millisekunden den Unterschied machen. Alles muss sofort reagieren“, erklärt Annalena Ulschmid. Anders als bei wissenschaftlichen Simulationen, die ebenfalls versuchen die reale Welt abzubilden, bleibt im Spiel keine Zeit für aufwendige Berechnungen.

Statt jede physikalische Bewegung exakt zu simulieren, arbeiten Entwickler_innen daher häufig mit mathematischen Näherungen. Das Ergebnis soll für die Spieler_innen überzeugend aussehen, gleichzeitig aber schnell genug berechnet werden können. Genau an solchen Fragestellungen wird auch an der TU Wien geforscht. „Je realistischer eine Szene wird, desto mehr Rechenleistung braucht sie. Unsere Aufgabe ist es, dafür intelligente Lösungen zu entwickeln“, sagt Annalena Ulschmid.

Werkzeuge für die Spieleentwicklung

Ein konkretes Beispiel, an dem Ulschmid arbeitet, ist ein Shader für Wolken. Unter einem Shader versteht man ein Programm, das in der Spielentwicklung eingesetzt wird, um Objekte, wie zum Beispiel Wolken, realistisch abzubilden. Dieses wird auf spezieller Grafik-Hardware ausgeführt, der sogenannten GPU. „Dabei geht es etwa um die interne Darstellung und Speicherung des Volumens der Wolken oder die Berechnung von Schatten, die Wolken realistischer wirken lassen“, erklärt Annalena Ulschmid. 

Der Shader für Wolken ist nur ein Beispiel dafür, wie die Forschung neue Werkzeuge für die Spielentwicklung schafft. Das an Universitäten generierte Wissen wird dann auf Konferenzen präsentiert und mit anderen Forschenden geteilt. „Forschung lebt davon, dass wir unsere Ergebnisse austauschen und andere darauf aufbauen können“, erklärt Annalena Ulschmid. So finden auch universitäre Innovationen aus der Computergrafik oft ihren Weg in Game-Engines und später in ganz unterschiedliche Spiele.

Games entwickeln heißt Teamarbeit

Die Entwicklung eines Games profitiert nicht nur vom Austausch zwischen Wissenschaft und Entwicklung, auch bei der Spielentwicklung selbst braucht es weit mehr als Programmierexpertise. Storytelling, Leveldesign, Animation, Sounddesign, Übersetzungen, Vermarktung und vieles mehr treffen hier aufeinander. „Man kann entsprechend aus ganz unterschiedlichen Richtungen in die Games-Branche einsteigen“, sagt Annalena Ulschmid. „Gerade das macht diesen Bereich so spannend.“

Hinzu kommt: Auch kleine Teams können heute erfolgreiche Spiele entwickeln. Moderne Game-Engines ermöglichen es, ohne große Studios komplexe Projekte umzusetzen. Gleichzeitig lebt die Indie-Szene vom offenen Austausch. Code wird geteilt, Ideen werden weiterentwickelt und neue Kooperationen entstehen.

Diesen Gedanken greift Annalena Ulschmid auch an der TU Wien auf. Gemeinsam mit Diana Marin vom Forschungsbereich Virtual and Augmented Reality organisiert sie regelmäßig sogenannte Game Jams. Rund 80 Teilnehmende entwickeln dabei innerhalb von 48 Stunden zu einem vorgegebenen Thema einen spielbaren Prototypen. Für viele ist das der erste Schritt in die Games-Entwicklung, und nicht selten entstehen dort Teams, die später gemeinsam eigene Projekte verwirklichen.

Begeisterung für Informatik wecken

Ein weiteres Anliegen von Ulschmid ist, Informatik für ein breites Publikum erlebbar zu machen. Deshalb präsentiert sie gemeinsam mit Kolleg_innen und Studierenden vom Forschungsbereich Computer Graphics ihre Arbeit regelmäßig auf Events, wo besonders Familien und junge Menschen erstmals mit Games-Forschung in Berührung kommen. Zuletzt war das Team aus 18 studentischen Freiwilligen, Diana Marin und Annalena Ulschmid auf dem Wiener eSports Festival, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster vertreten. „Games sind ein großartiger Zugang zur Informatik“, sagt sie. „Sie zeigen, wie viele unterschiedliche Disziplinen zusammenkommen und wie kreativ dieses Fachgebiet sein kann.“ Auch die studentischen Arbeiten, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster, die jedes Jahr im Forschungsbereich entstehen, zeigen, wie vielfältig Games sein können – in ihrer Grafik, aber auch in den Naturgesetzen, denen die fiktive Welt folgt. 

Genau diese Vielfalt macht Games für Ulschmid zu einem idealen Zugang zur Informatik. Hinter jedem Spiel, das Menschen begeistert, steckt weit mehr als Unterhaltung. Mathematische Modelle, intelligente Algorithmen und die Arbeit vieler unterschiedlicher Expert_innen machen virtuelle Welten überhaupt erst möglich. Für Ulschmid liegt genau darin die Faszination ihres Forschungsgebiets – und ist vielleicht auch der beste Beweis dafür, wie vielseitig Informatik sein kann.

Rückfragehinweis

Annalena Ulschmid
Technische Universität Wien
Forschungsbereich Computer Graphics
+43 1 58801 186 46
annalena.ulschmid@tuwien.ac.at 

Text:Sarah Link