PCGH-Plus Label [PLUS] Wissen: So funktioniert Physik in Computerspielen

PCGH Plus: Fast alle modernen Spiele setzen auf eine Physik-Engine, welche die Interaktionen des Spielers mit der Umgebung verantwortet. Wir erklären, wie das funktioniert. Der Artikel stammt aus PC Games Hardware 10/2023.

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 Wissen: So funktioniert Physik in Computerspielen
Quelle: Square Enix

Komplexe Bewegungen

Physikalische Interaktionen in Spielen sind schon lange nichts Neues mehr: Spieler laufen über die Karte, springen und schieben Gegenstände umher. Möglich ist das durch die Physik-Engine, die sich um glaubwürdige Bewegungsabläufe und Kollisionen in Echtzeit kümmert. Dazu sind viele Abstraktionen notwendig, bewegliche Objekte werden etwa vereinfacht als einzelner Punkt aufgefasst. Dieser stellt das gesamte Gewicht des Objekts dar und kann durch Kräfte beschleunigt werden. Aus dieser Beschleunigung resultiert wiederum eine Geschwindigkeit, durch die sich mit der Zeit die Position verändert - der Punkt bewegt sich. Und damit Spieler das Ganze mitbekommen, bewegt sich gleichzeitig das sichtbare 3D-Modell, das mit diesem Punkt verbunden ist.

Der Spielewelt können ständig neue Physikobjekte hinzugefügt werden, die zum Beispiel eine Startgeschwindigkeit und ein vom Entwickler vorgegebenes Gewicht haben. Während der Bewegung können sie auf weitere andere Objekte oder einwirkende Kräfte treffen. Letztere können global vorhanden sein, wie eine simulierte Gewichtskraft, auf ein Gebiet beschränkt oder je nach Abstand zu einem Punkt angewendet werden. Als einfaches Beispiel für die physikalischen Abläufe in einem Spiel kann man einen Ball nehmen, den man in die Luft wirft. Der Arm bringt eine Kraft auf, die den Ball nach oben beschleunigt. Verlässt er die Hand, hat er dadurch eine gewisse Geschwindigkeit, mit der er nach oben und vielleicht noch in eine Richtung fliegt. Die ganze Zeit wirkt dabei auch die Gewichtskraft, die den Ball nach unten zieht und dadurch seine Geschwindigkeit ändert. Der Ball fliegt also zuerst immer langsamer nach oben, und schließlich immer schneller nach unten. Irgendwann kommt er dann auf dem Boden an und hüpft entweder noch einige Male, oder er rollt weg.

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Folgende Themen finden Sie im Artikel: 

  • Simulation in Schritten
  • Kollisionen abschätzen
  • Intelligente Vorsortierung
  • Probleme und Vereinfachungen: Präzision
  • Weitere Tools
  • Bewegte Stoffe
  • Viele Möglichkeiten
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