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  • War Thunder und Waveworks: Alles geben für die perfekte Welle - Hintergrund

    War Thunder und Waveworks: Alles geben für die perfekte Welle - Hintergrund Quelle: Gajin

    Neben Feuer und Rauch finden sich in fast allen PC-Spielen Meere, Flüsse und Seen. Mit Nvidias Waveworks-API gibt der Hersteller Spielentwicklern ein mächtiges Werkzeug in die Hand, mit dem sie physikalisch korrekte Wellenbewegungen in ihre Titel einbauen können.

    Vor einem Jahr gab Nvidia uns auf der GTC einen Einblick in die Flameworks-API ihres Spielbaukastens Gameworks. Auf der diesjährigen GPU Technology Conference ging es statt Feuer und Rauch um naturgetreue Wellensimulation mit Waveworks. Tim Tcheblokov, der als Senior Developer Technology Engineer bei Nvidia arbeitet, präsentierte uns exemplarisch die Ergebnisse seiner Zusammenarbeit mit dem Spielentwickler Gaijin Entertainment. Dessen Free-to-Play-MMO War Thunder simuliert Boden- und Luftkämpfe mit Kriegsgerät wie Panzern und Flugzeugen. Die Grafik-Engine des Spiels muss dabei meisterlich skalieren: Die Darstellung der Details bei Panzerschlachten weicht nur um zwei bis drei Zentimeter von der Realität ab, während in der Luft eine Sichtweite von bis zu 160 Kilometern an der Tagesordnung ist.

    "Vom Toaster bis zur Titan"

    War Thunder läuft auf einer Heerschar von Systemen. "Vom Toaster bis zur Titan" beschreibt Tim Tcheblokov die Bandbreite der unterstützten Plattformen, die von Mobilgeräten und Konsolen bis hin zu PCs mit DirectX-11-kompatiblen Grafikkarten reicht. Seit Ende November 2012 ist das Spiel live - erst als offene PC-Beta, dann folgten in den letzten zwei Jahren viele weitere Systeme wie OS X, Linux und die PlayStation 4. Gaijins hauseigene Dagor-Engine wird von den Entwicklern im Laufe der Zeit immer weiter verbessert. Und die meldeten sich bei Tim Tcheblokov, weil sie eine schönere und realistischere Wasserdarstellung in ihr Spiel einbauen wollten. Seine Antwort: Waveworks, eine, wir zitieren, "Wassersimulation, die in der Frequenzdomäne läuft und dabei ein spektrales Wellendispersionsmodell nutzt". Vielleicht hätten wir in Physik doch besser aufpassen sollen? Vereinfacht ausgedrückt: Waveworks simuliert die Wasserbewegung physikalisch korrekt und erstellt dann mithilfe von Fourier-Transformationen realistische Wellentexturen, die sich nicht wiederholen und dadurch sehr natürlich wirken.

    Genauigkeit ist Trumpf

    Die Integration von Waveworks in die Dagor-Engine ging verblüffend schnell: Nur eine Mannwoche benötigten die Entwickler, um Meere, Seen und Flüsse mit Reflektionen, Refraktionen, Schatten, Atmosphäreneffekten, Displacement-Mapping, Oberflächenschaum, Luftblasen und der Brechung des einfallenden Sonnenlichts zu veredeln. Doch weil War Thunder auf so vielen verschiedenen Systemen laufen muss, zwang die naturgetreue Simulation langsamere Rechner in die Knie. Die Lösung der Programmierer: Sie fuhren zweigleisig. "Die Physik-Simulation wird jetzt auf den CPUs der Server und der Spieler durchgeführt und 48 Mal pro Sekunde aktualisiert", erklärt Tim Tcheblokov. "Deren Ergebnisse reicht die CPU dann an die GPU weiter. Je nach Geschwindigkeit des Spieler-PCs setzt die GPU dann die Ergebnisse in jedem Frame optisch um." Falls das System über keine Grafikkarte verfügt, die schnell genug ist beziehungsweise CUDA unterstützt, kann die grafische Simulation ebenfalls in der CPU berechnet werden. Per Downsampling wird in diesem Fall ein gröberes Raster bedient, damit die Grafik nicht ins Stottern kommt. Im Spiel ist das dennoch recht genau: "Die Darstellung einer drei Meter hohen Welle weicht um weniger als fünf Zentimeter von der berechneten Welle ab", freut sich Tcheblokov.

    01:43
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    Uferwellen und Schaumkronen

    Doch die hohe See ist nur einer der Spielschauplätze: Panzer haben im Wasser keine hohe Überlebenschance. Deswegen gibt es große Landmassen, deren Küstenufer beziehungsweise deren Ufer von Flüssen und Seen eine weitere Herausforderung bei der Integration von Waveworks darstellten. "Uferwellen bilden sich nur am Ufer, aber nicht auf allen Seiten einer Insel beziehungsweise an Flüssen", sagt Tim Tcheblokov. Deswegen legten die Entwickler einen "Offenheitswert" fest, der beschreibt, wie nah am Meer sich ein Ufer befindet und wie stark der Wind dort weht. Die eigentlichen Wellen beschreibt Waveworks mit Hilfe von Gerstnerwellen - Sinuswellen mit einer schärferen Spitze. Zwischen Meeres- und Uferwellen gab es aber noch keinen sanften Übergang. Daher fügten die Programmierer eine Wassertiefenkomponente in die Gleichungen ein: Im flachen Wasser bilden sich nun entsprechend flachere Uferwellen. Durch das Hinzufügen simulierter Reibungseffekte am Meeresboden hängen die Wellenkronen wie in der Wirklichkeit bei der Brechung "über" dem Rest der Welle. Außerdem sorgt eine Zufallskomponente dafür, dass die Wellen weniger gleichmäßig aufs Ufer lospreschen. In einem letzten Verschönerungsdurchgang erhält der Sand per Terrain-Shading eine feuchte, reflektierende Oberfläche, auf der sich die Schaumkronen sowie das ablaufende Wasser einen Moment lang aufhalten. Abbildungen dieser Schritte finden Sie in der Bilderstrecke dieses Artikels.

    Ein nasses Spielvergnügen

    Nach der Berechnung wird gerendert - und das je nach Entfernung des Betrachters mit radikal reduzierten Detailstufen. Hier kommt zum Tragen, dass ein PC-Titel eben auf einer Unmenge unterschiedlicher PCs funktionieren muss. "Wenn ihr eine flinke Grafikkarte besitzt, könnt ihr über einen Regler die Detailstufe weiter hochsetzen", sagt Tim Tcheblokov. Eine Frage können wir uns am Ende seines Vortrages nicht verkneifen. Wir schnappen uns das Zuschauermikrofon, beglückwünschen ihn zur wirklich schicken Optik, und wollen dann von ihm wissen: Bekommen die Spieler in der Hitze ihrer Luft- und Bodenkämpfe überhaupt mit, wie viel Arbeit die Entwickler in die realistische Wasserdarstellung gesteckt haben? "Das wollen wir hoffen", grinst Tcheblokov. "Schließlich befindet sich in der Hälfte aller Level irgendeine Form von Wasser."

  • War Thunder
    War Thunder
    Publisher
    Gaijin Entertainment (RU)
    Developer
    Gaijin Entertainment (RU)
    Release
    15.08.2013

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    Es gibt 3 Kommentare zum Artikel
    Von ukoG_noS
    Wenn ich da schon wieder Gameworks lese........ Finde ich ja ganz toll, dass man einen Großteil der Leute ausschließt,…
    Von McRoll
    Da bereitet sich wohl jemand drauf vor, das noch fehlende Schiffsegment ins Spiel einzubauen.Ich freue mich zwar auf…
    Von Greffetikill
    Ich finde es ja echt super, dass Gaijin da richtig was macht an den Spiel. Ich spiele es auch sehr gerne und das letzt…
      • Von ukoG_noS Komplett-PC-Käufer(in)
        Wenn ich da schon wieder Gameworks lese........ Finde ich ja ganz toll, dass man einen Großteil der Leute ausschließt, nur damit man "Nvidia" draufschreiben kann. Aber ok, mein Rechner wäre sowieso nicht schnell genug dafür. Wird echt mal Zeit für eine richtig gute Physik-Engine auf OpenCL-Basis mit allem Drum und Dran, am besten noch Open Source.

        Dennoch freue ich mich auch schon auf Schiffe in War Thunder. Das stelle ich mir schon richtig gut vor, besonders bei den realistischen Gefechten habe ich große Hoffnungen. Denn was ich bis jetzt bei World of Warships gesehen habe, überzeugt mich noch nicht so wirklich.
      • Von McRoll Freizeitschrauber(in)
        Da bereitet sich wohl jemand drauf vor, das noch fehlende Schiffsegment ins Spiel einzubauen.
        Ich freue mich zwar auf World of Warships, aber wenn ich die Wahl hab, gehe ich zu Gaijin weil die mehr Richtung Realismus tendieren. Das schönere Wasser ist wohl die Arbeitsfläche für die kommenden Seegefechte in 2-3 Jahren
      • Von Greffetikill Schraubenverwechsler(in)
        Ich finde es ja echt super, dass Gaijin da richtig was macht an den Spiel. Ich spiele es auch sehr gerne und das letzt Grafikupdate war auch super. Jedoch und das stoßt mir wieder einmal richtig sauer auf wird hier auf proprietären Mist gesetzt.

        Ich fand ja deren Ansätze super alles offen egal ob Konsole, Windows, OSX, Linux zudem sieht das Spiel für ein F2P richtig gelungen aus, auch das Konzept stimmt und es ist kein P2W (Bin jetzt auf Tier 4 Flugzeuge und Tier 3 Panzer). Jedoch jetzt hier Unterschiede zu machen und die AMD Nutzer von den neuen Grafikupdates auszuschließen heiße ich nicht gut.

        Naja mal sehen wie sie in der Zukunft weiter verfahren.
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War Thunder
War Thunder und Waveworks: Alles geben für die perfekte Welle - Hintergrund
Neben Feuer und Rauch finden sich in fast allen PC-Spielen Meere, Flüsse und Seen. Mit Nvidias Waveworks-API gibt der Hersteller Spielentwicklern ein mächtiges Werkzeug in die Hand, mit dem sie physikalisch korrekte Wellenbewegungen in ihre Titel einbauen können.
http://www.pcgameshardware.de/War-Thunder-Spiel-41888/Specials/Waveworks-1155021/
30.03.2015
http://www.pcgameshardware.de/screenshots/medium/2015/03/interceptors1_by_thecinnamonbun-d6kevwu-pcgh_b2teaser_169.jpg
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