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Alles, Was Man Über Spiele-Engines Wissen Muss

Die moderne Videospielbranche erzielt Umsätze in Milliardenhöhe und bringt echte Meisterwerke auf den Markt. Lebensechte Grafik, grandiose Soundeffekte, interaktives Storytelling und immersives Gameplay machen Videospiele zu den nahezu sinnlichen 3D-Erlebnissen. Hinter jedem Spieletitel stehen also mehrere Stunden harter Arbeit der Programmierer, Game Designer, Game Artists, Game Producer und Spieletester. Außerdem übernehmen oft Schauspieler Rollen in modernen Spielen: Denken Sie nur an Keanu Reeves als Rockmusiker und Rebelle Johnny Silverhand im „Cyberpunk 2077„. 

In der neuen Erweiterung von Cyberpunk 2077 Phantom Liberty kann man auch Idris Elba in der Rolle des Geheimagenten Solomon Reed sehen. Spiele sind also so fortgeschritten geworden, dass die Film- und Gaming-Ebene verschwimmen. Und offensichtlich benötigen Spieleentwickler und Game Designer komplexe technische Tools, Programme und Plugins dafür. Ein Texteditor unter Windows wird nicht reichen, wenn man großartige Spiele erstellen möchte. Wenn man moderne Videospiele oder Glücksspiele (Blackjack, virtuelle Spielautomaten, roulette online echtgeld, etc.) erstellen möchte, wird man schon das Grundgerüst benötigen. Und hier kommen die sogenannten Spiel-Engines ins Spiel. Eine ‚Spiel-Engine‘ (abgeleitet vom Engl.: ‚Game Engine‚) ist daher ein Begriff aus der Spieleentwicklung, der eine spezielle Spieleentwicklungssoftware bezeichnet. 

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Diese Software bietet den Spieleentwicklern eine ganze Palette an Tools rund um Erstellung der Bilder (Rendering), Physik-Simulation, eigentliche Programmierung (Editor), Sound, Animationen, Verarbeitung des Userinputs, Laden und Speichern von Dateien, Scripte und KI an. Und alle diese Module sind in einer Software vereint,die  die Arbeit der Spielehersteller erleichtert und das Spiel zum Leben erweckt. Eine Spiele-Engine kann mit dem Fundament eines Gebäudes verglichen werden: Auf dieser Grundlage können die Entwickler „Stockwerke“ aufbauen und „Dekorationen“ nach ihrem eigenen Geschmack hinzufügen. Wenn jemand anderes dieses Fundament verwendet, wird er ein ähnliches, aber dennoch einzigartiges Produkt erhalten.Gehen wir ein wenig näher auf die Funktionsweise der Spiele-Engines ein. 

Funktionsweise von Spiele-Engines erklärt

Eine Spiele-Engine ist also das komplizierte Set an Modulen in einer Software-Entwicklungsumgebung. Zentrale Komponenten des Engines sind Hauptspielprogramm, Grafik-Rendering-Engine, Kollisionserkennung und Physik-Engine. Das Hauptspielprogramm enthält die Spielelogik. Es ist der Ablaufplan  des Spiels. 

Bild von StockSnap auf Pixabay

Grafik-Rendering-Engine

Wie der Name des zweiten Komponenten sagt, ist eine Grafik-Rendering-Engine für Rendering zuständig. Rendering ist die Erzeugung eines zweidimensionalen oder dreidimensionalen Bildes (Films) aus einem zweidimensionalen Modell. In den Videospielen erfolgt dieser Prozess zumeist in Echtzeit (Echtzeit-Rendering). 

Das zweidimensionale Modell ist nichts anderes als ein Datensatz mit bestimmten Eigenschaften. Es gibt viele Rendering-Algorithmen, aber alle lassen sich nach dem Prinzip der Bilderfassung in zwei Gruppen einteilen: Rasterung von 3D-Modellen und Raytracing. Beide Methoden werden in Videospielen verwendet. Raytracing wird jedoch häufiger verwendet, nicht um Bilder in Echtzeit zu erhalten, sondern um sogenannte Lightmaps vorzubereiten – Lichtkarten, die während der Entwicklung vorberechnet werden, und die Ergebnisse der Vorberechnung werden dann während der Ausführung verwendet. Zu erwähnen sind auch verschiedene Beleuchtungstechnologien und -Effekte, Geländebildung, Post-Processing-Effekte, die moderne Spiele-Engines anbieten. 

Ein Objekt besteht immer aus kleineren Elementen (Segmenten, Dreiecken), und die Rendering Engine muss aus diesen Elementen die Pixel des resultierenden Bildes ermitteln. Das Raytracing hingegen funktioniert auf komplexere Weise: Es basiert auf Strahlen, die auf Bildobjekte treffen und realistische Pixel Farben erzeugen.

Kollisionserkennung

Was die Kollisionserkennung angeht, sollte diese Komponente auf Schnittpunkt zwei gerenderten Objekte reagieren. In einem Spiel wird beispielsweise eine Wand mit Kollisionserkennungseinstellungen den Spieler daran hindern, durch sie hindurchzugehen, da die Engine eine Kollision an dieser Stelle erkennt, aber das ist ihre einzige Funktion, sofern keine zusätzlichen Parameter hinzugefügt werden.So kann man Prinzip der Kollisionserkennung in Videospielen verstehen. 

Game Engines haben auch die Möglichkeit, einem Objekt (z.B. einer Figur eines anderen Charakters, einer Wand) bestimmte Eigenschaften zu geben. So kann die Engine die Geschwindigkeit des Aufpralls, die Berührungspunkte mit dem Objekt auslesen und darauf reagieren (Ereignisse auslösen), wenn dies vom Spielprozess vorgesehen ist. Wenn zum Beispiel eine Spielfigur auf eine andere Spielfigur trifft, muss der Level erneut gespielt werden. Jedes Objekt im Spiel hat eine „transparente“ Hülle, die dafür verantwortlich ist, wie die Engine darauf reagiert und ob sie es überhaupt tut. Es ist wichtig, die Kollisionen immer im Auge zu behalten und nicht zu vernachlässigen, denn sie sind extrem wichtig für das Endergebnis und dafür, wie sehr der Spieler an das Geschehen „glauben“ wird.

Physik-Engine

Die Physik-Engine befasst sich mit den mathematischen Berechnungen der Physik im Spiel. Sie kümmert sich um Kollisionen, Schwerkraft und allgemein um das Verhalten von Objekten. Je nach Zielsetzung können Sie eine realistische Physik erreichen oder umgekehrt. Außer diesen drei Kernkomponenten hat die Spiele-Engine natürlich auch weitere Komponenten. Es ist wichtig, Physik von Rendering zu unterscheiden: ein realistisch aussehende Objekt (z. B. Baum im Spiel) hat noch keine Physik-Eigenschaften. Erst wenn man den Objekt zusätzliche Physik-Eigenschaften gibt, wird der Baum im Spiel auf Wind, Schwerkraft reagieren, etc.

Eingabesteuerung

Die Eingabesteuerung ist eine Komponente, bei der der Name für sich selbst spricht. Sie sammelt Daten von Eingabegeräten (Tastatur, Maus oder Gamepad) und setzt sie dann in Aktionen im Spiel um. Für Bearbeitung der Eingabe-Ereignisse verwenden Spiele-Engines meistens Polling und Events. Beim Polling wird ein bestimmter Code dann ausgelöst, wenn die Software Änderung der Positionswerte des Gamepads oder der Maus fixiert hat. Bei den Events reagiert die Software auf genaue Aktionen (Eingaben). 

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Sound-Engine 

Die Sound-Engine ist für das Sounddesign des Spiels verantwortlich, einschließlich Musik und Soundeffekte. Ein Beispiel für eine exzellente Sound-Engine ist Returnal mit seiner reichhaltigen, atmosphärischen Sprachausgabe. Sound-Engine gibt Spielern die Möglichkeit, verschiedene Sounds und Soundeffekte mitten im Spiel zu platzieren. Wichtig ist, dass Sounds auch mit Objekten und Kollisionen verbunden sind: oft ist es ja so, dass ein bestimmter Sound in Spielen nach einem bestimmten Ereignis ausgelöst wird. 

Behavior der Objekte und Skripte

Wir werden darauf nicht näher eingehen, aber moderne Spiele-Engines verfügen über vorgefertigte Skripte, die verschiedene Ereignisse im Spiel bestimmen. Jede Software hat ihre eigene Funktionen dafür, aber es können Funktionen sein, mit denen man den Spieler bewegen kann und 3D-Modelle hinzufügen kann. Mit diesen eingebauten Optionen spart der Entwickler eine Menge Zeit: der muss nicht jede einzelne Funktion manuell schreiben, sondern einfach auf die entsprechende Funktion im Programm klicken und zum Projekt hinzufügen. 

Künstliche Intelligenz

Künstliche Intelligenz hat auch in der Spieleentwicklung Einzug gehalten. Hier steuert sie Nicht-Spieler-Charaktere und andere Elemente der Spielwelt, erweckt NSCs zum Leben und diktiert ihr Verhalten, ihre Entscheidungen und ihre Interaktion mit dem Spieler. 

Vorteile und Nachteile der Game-Engines

Spiele-Engines gibt es erst seit Mitte der 1990er Jahre, und es ist auf 3D-Spiele zurückzuführen: 2D-Spiele waren leichter zu erstellen. Ob es ein 2D- oder 3D-Spiel ist, kann eine Spiele-Engine beides realisieren (mit Sprites oder Modellen). Moderne Spiele-Engines arbeiten mit Modellen und können daher Rendering bereitstellen. Die ersten Spiele-Engines auf dem Markt waren Source Engine, Doom-Engine, und die Unreal Engine. Die Verwendung einer Spiel-Engine ermöglicht es den Entwicklern, sich auf einzigartige Inhalte und das Gameplay zu konzentrieren. Ohne einen solchen Rahmen würde die Entwicklung selbst des einfachsten Spiels enorm viel Zeit in Anspruch nehmen, und die Entwickler müssten viel Zeit für Aufgaben aufwenden, die wenig mit dem eigentlichen Spielgeschehen zu tun haben. Entwickler müssen nicht das Rad neu erfinden und Routinearbeit der Spieleentwicklung wird für sie automatisch erledigt. Außerdem ermöglichen Spiele-Engines, auch den Menschen Einstieg in die Spieleentwicklung zu erleichtern, die wenig oder sogar keine Programmierkenntnisse haben. Und auf einer Engine gebaute Spiele lassen sich leicht auf andere Plattformen exportieren. 

Allerdings haben Spiele-Engines auch einen entscheidenden Nachteil: Verwendung von ihnen homogenisiert die Spiele. Die Spiele, die auf der gleichen Engine laufen, weisen immer gewisse Ähnlichkeiten auf und behindern daher den kreativen Ausdruck der Entwickler. Viele Spieleentwickler haben dieses Problem so gelöst, dass sie eigene Spiele-Engines erstellen. So laufen z.B. bekannte AAA-Titeln Red Dead Redemption, Cyberpunk 2077 und Baldur’s Gate 3 auf Engines, die Spieleentwickler selbst entwickelt haben. 

Lohnt es sich, selber eine Spiele-Engine zu erstellen? 

Wie wir bereits erwähnt haben, nutzen oft Entwickler und Studios eigene Spiele-Engines. Auch bei der überzeugenden Funktionalität der fertigen Spiele-Engines wie z. B. Unreal Engine 5 setzen sie gewisse Grenzen für die Kreativität der Entwickler. Beispiele dafür sind Luminous Engine (Square Enix), Decima Engine (Guerilla Games), Fox Engine (Hideo Kojima), Snowdrop Engine (Ubisoft), Aurora Engine (CD Projekt Red), RedEngine (CD Projekt Red). Ob die Entwickler eine eigene Engine oder die Engine von anderen Unternehmen nutzen sollten, steht ihnen überlassen. Um die bestmögliche Performance des Spiels zu erreichen, braucht man schon eine von Grund auf neu entwickelte Spiele-Engine, die perfekt auf das konkrete Spiel zugeschnitten ist. Allerdings sind eigene Spiele-Engine mit hohen Kosten verbunden, und die Entwicklung der  eigenen Engine kann mehrere Jahre in Anspruch nehmen. 

Top 5 Spiele-Engines 2023-2024

Es gibt keine einheitliche Antwort auf die Frage, welche Spiele-Engine die Beste ist. Bevor wir die besten modernen Spiele-Engines auflisten, möchten wir darauf eingehen, welche Engines es überhaupt gibt. Es gibt vor allem frei verfügbare Open Source Engines ohne direkten Support und die, die man für eine bestimmten Preis nutzen kann. Wichtig ist auch die Wahl der Plattform: Wird man das Spiel für den Computer oder Smartphone entwickeln? Außerdem muss man auch  Programmiersprache berücksichtigen. Einige Engines kann man sogar ohne fortgeschrittene Kenntnisse verwenden.  

Wichtig ist natürlich auch, dass man außer der Engine gute Hardware für die Spieleentwicklung hat. Während die meisten frühen Spiele-Engines ausschließlich für einzelne Spiele entwickelt wurden, sind moderne Engines echte Allrounder, mit denen man eine Vielzahl von Spielen erstellen kann. Entscheidend ist immer die Aufgabe: Welchen Bedarf muss das Spiel decken? Welche Funktionen sollte es geben? Entsprechen die grafische Qualität, die Systemgeschwindigkeit der Aufgabe?  Für einen besseren Überblick über die verschiedenen Spiele-Engines haben wir die Liste der fünf beliebtesten Programme aufgestellt. 

  1. Unreal Engine (BioShock Infinite, Dragon Ball Z, Batman Arkham-Serie, Fortnite, Gears of War) 

Eine leistungsstarke, plattformübergreifende Lösung von Epic Games, die nicht gesondert vorgestellt werden muss. Sie ist in vielen beliebten AAA-Spielen zu finden. Es ist die Engine, an die sich Entwickler wenden, wenn sie ein Produkt mit fortschrittlicher Grafik und hervorragender Leistung wünschen. Diese Engine wird in sehr beliebten Spielen wie Call of Cthulhu, BioShock Infinite, Fortnite Battle Royale, Gears of War, Borderlands 2, Batman Arkham-Serie, Dishonored, Street Fighter V und Dragon Ball Z verwendet. Unreal Engine gibt es bereits 1998 auf dem Markt. Unreal Engine hat viele Vorteile: diese Engine unterstützt viele Spiele, hat zahlreiche Rendering-Funktionen und kann kostenlos verwendet werden. Proprietäre Gaming-Sprache, intuitive Benutzeroberfläche, fortschrittliche Simulationen, Kreuzkompatibilität mit anderen Gaming-Engines, offene Plattformen machen Unreal Engine zu einem universellen Tool für alle Spieleentwickler. Außerdem muss man erst nach der Veröffentlichung des Spiels nur 5 Prozent Lizenzgebühren für Unreal Engine pro Spiel in einem Kalenderquartal zahlen. 

Die letzte (2020) Unreal Engine Version ist Unreal Engine 5. Zu erwähnen sind ihre Funktionen Lumen und Nanite, mit denen man realistische Szenen mit Polygonen und erstklassiger Beleuchtung erstellen kann. Für wen eignet sich diese Engine? Eigentlich für alle Spieleentwickler, sogar für die ohne große Erfahrung dank Blueprint Feature: die Spiellogik kann mittels grafischer Programmiersprache visualisiert werden. Und eines der großen Vorteile von Unreal Engine ist die hohe Anzahl der verfügbaren Tutorials: da die Engine so bekannt ist, kann man dazu im Internet viele Ressourcen finden. 

  1. Godot (Dome Keeper, The Case of the Golden Idol, Commander Keen in Keen Dreams, Carol Reed Mysteries, Cruelty Squad) 

Es handelt sich um eine relativ junge, aber vielversprechende Engine, die bereits für die Entwicklung erfolgreicher Spiele verwendet wurde. Sie zeichnet sich durch offenen Quellcode, Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit aus. Godot nutzt seine eigene Sprache GDScript, unterstützt aber auch andere Sprachen (C#, C++, visuelle Skriptsprache). Man kann Godot kostenlos und ohne jegliche Lizenzgebühren nutzen, was sein Vorteil ist. 

  1. CryEngine (Far Cry, Crysis Serie, Ryse: Son of Rome, Warface, Evolve) 

CryEngine V ist die letzte Version der Engine und bietet viele Rendering-Effekte und DirectX 12-Unterstützung an. Diese deutsche Spiele-Engine ist komplex und eignet sich daher nicht so gut für Einsteiger. Außerdem kann man sagen, dass diese Engine sich vor allem für die Shooter eignet. Ein großer Vorteil der Engine ist sein Lizenzmodell: man kann die frei verwenden. 

  1. Amazonas Holzplatz (Tiegel, Star Citizen, Sicher, Neue Welt, das Grand Tour-Spiel)

Diese relativ neue Spiele-Engine von Amazon wurde im Jahr 2016 als Fortsetzung der CryEngine veröffentlicht. Originaltitel der Engine auf Englisch lautet. Amazon Lumberyard. Diese Engine ist plattformübergreifend und nutzt seinen eigenen proprietären Animationseditor. Realistische Grafik, Cloud-Integration und kostenfreie Nutzung machen diese Engine zu einem der beliebtesten Spiele-Engines in der Gaming-Branche. 

  1. GameMaker-Studio 2 (Follow Me, Loretta, Nuclear Throne, Hyperlight Drifter, Katana Zero) 

Diese Engine ist eine plattformübergreifende 2D-Spieleentwicklungssoftware, die von YoYo Games entwickelt wurde. Diese Spiele-Engine ist etwas untypisch, aber trotzdem für ihre Benutzerfreundlichkeit beliebt. Um diese Software zu nutzen, muss man tatsächlich keine Programmierkenntnisse haben. Die Benutzeroberfläche macht es möglich, alle Elemente mit Drag & Drop-Funktion zu verschieben. Außerdem verfügt diese Engine über einen Raumeditor, mit dem man Räume hinzufügen kann. Andere Funktionen sind der Objekt-Editor und die Workspaces-Funktion. Man kann GameMaker Studio 2 kostenfrei nutzen und damit Spiele für mehrere Plattformen erstellen. 

Fazit

Ohne Spiele-Engines wäre die Welt der Videospiele definitiv anders gewesen. Mit diesen Tools können Entwickler schneller und effizienter Spiele auf den Markt bringen und Spieleentwicklung optimieren. 

Bild von u_gjgg1rv7p8 auf Pixabay

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