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Prozedurale Synthese oder prozedurale Generierung bezeichnet in der Informatik Methoden zur Erzeugung von Programminhalt

Prozedurale Synthese

Prozedurale Synthese oder prozedurale Generierung bezeichnet in der Informatik Methoden zur Erzeugung von Programminhalten wie Texturen, virtuellen Welten, 3D-Objekten und sogar Musik in Echtzeit und während der Ausführung des Computerprogramms, ohne dass diese Inhalte vor der Benutzung vom Entwickler fest angelegt und in ihrer endgültigen Form an den Nutzer weitergegeben werden. Dabei werden die Inhalte keineswegs zufällig erzeugt, sondern die Generierung folgt deterministischen Algorithmen, um bei gleichen Ausgangsbedingungen immer wieder dieselben Inhalte erzeugen zu können. Dadurch eröffnet sich dem Entwickler die Möglichkeit, äußerst umfangreiche und komplexe Inhalte zeit- und platzsparend zu entwickeln und weiterzugeben.

Prozedurale Synthese ist nicht mit prozeduraler Programmierung zu verwechseln.

Anwendungsbeispiele Bearbeiten

Besonders in Computerspielen findet die prozedurale Synthese Anwendung, um weitläufige und komplexe Welten und Landschaften zu erzeugen, die bei jedem Start des Spiels gleich aussehen, sich jedoch auch leicht über die Parameter der Synthese verändern und erweitern lassen.

Es seien im Folgenden einige exemplarische Beispiele genannt:

  • Frühe Beispiele für die Verwendung prozeduraler Synthese sind Elite (1984) und The Sentinel (1986). Die acht Spielgalaxien in Elite werden aus sechs Bytes prozedural generiert, inklusive Koordinaten, Planetennamen, Größe usw. In der Fortsetzung von Frontier: Elite 2 (1993) wurde eine virtuelle Milchstraße mit 100.000.000.000 (100 Milliarden) Sonnensystemen prozedural generiert.
  • In der Weltraum-Simulation Space Engine werden unkartografierte Regionen des Universums prozedural generiert. So ist es möglich, dass Space Engine Galaxien mit je mehreren Milliarden Sternen und Planeten füllt und deren Oberflächen ebenfalls prozedural berechnet, dabei aber der Speicherplatzverbrauch nur 500 MB beträgt.
  • In The Elder Scrolls IV: Oblivion wird die Vegetation der Spielwelt prozedural generiert. Dies ist ein Beispiel für eine hybride Verwendung der prozeduralen Synthese: Position und Eigenschaften der Vegetation werden durch die Synthese bestimmt, die Texturen der Stämme und Blätter werden dann jedoch aus von Künstlern während der Entwicklung des Spiels entworfenen Bilddateien geladen, anstatt ebenfalls synthetisiert zu werden.
  • Das zukünftige MMORPG Infinity: The Quest For Earth basiert auf einer realistisch dimensionierten, prozedural generierten Galaxie mit Milliarden von Planetensystemen, die jeweils unzählige astronomische Objekte wie Planeten und Asteroiden umfassen. Die gewaltigen Ausmaße und Anzahlen von möglichst einzigartigen Objekten (im Entwicklungsstand von Juli 2007 wurde allein für die Identifikation der Asteroiden pro Sonnensystem ein sogenannter Octree (ein Baum mit acht Kindknoten pro Knoten) mit 14 Ebenen verwendet, der pro Knoten viele Hundert bis einige Tausend Asteroiden verwalten konnte, was insgesamt eine Objektzahl in der Größenordnung von pro Octree ermöglicht) macht es buchstäblich unmöglich, für jede Entität Position und Aussehen zu bestimmen. Das Spiel wird von einem einzigen Programmierer, Flavien Brebion, (und einigen zuarbeitenden Künstlern und Modellierern) entwickelt.
  • Das Spiel Minecraft arbeitet ebenfalls mit prozeduraler Synthese, wobei noch weitere Prozeduren wie die Perlin-Noise-Funktion angewandt werden, um die theoretisch unbegrenzte Landschaft zu erzeugen. Die prozedurale Synthese wird hier nur durch einen Zufallswert, der auf der Uhrzeit basiert, sowie von verschiedenen Variablen begrenzt. Ebenfalls kann durch die prozedurale Synthese zum einen wiederum sehr viel Speicherplatz gespart und zum anderen erst die Individualität des Spiels durch die unvorhersehbaren Welten gegeben werden.
  • Besondere Bedeutung hat die prozedurale Synthese in der Demoszene, in der möglichst komplexe Programme mit möglichst wenig Speicherbedarf das Entwicklungsziel darstellen. So hat der komplett auf prozeduraler Generierung basierende Ego-Shooter .kkrieger der deutschen Demogruppe Farbrausch trotz überraschend guter grafischer Qualität und Spielumfang einen Speicherbedarf von lediglich knapp 96 Kilobyte, was grob einem Fünfzigtausendstel des Speicherbedarfs eines modernen kommerziellen Shooters entspricht (Rechengrundlage: eine DVD-5). Die Entwickler gehen davon aus, dass das Spiel bei Verzicht auf die prozedurale Synthese etwa 200 bis 300 Megabyte beansprucht hätte. kkrieger gewann im Jahr 2006 den Innovationspreis der Jury des Deutschen Entwicklerpreises.
  • Der im Oktober 2009 erschienene Shooter Borderlands stellt dem Nutzer etwa 17 Millionen prozedural erstellte Schusswaffen zur Verfügung, die auch unterschiedliche Eigenschaften haben.
  • Das auf der E3 2014 vorgestellte Spiel No Man’s Sky erstellt anhand weniger Prototypen Modelle für Bäume, Dinosaurier oder Raumschiffe. Ebenfalls werden einzelne Planeten sowie das gesamte Sonnensystem durch prozedurale Synthese erzeugt. Dadurch ist es möglich, über eine Trillion (= 1018) Planeten zu erstellen.
  • In Star Citizen (2015) werden ganze Planeten prozedural erstellt.

Siehe auch Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. (Nicht mehr online verfügbar.) Archiviert vom Original am 27. September 2011; abgerufen am 16. Oktober 2011 (englisch).  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.frontier.co.uk
  2. (Nicht mehr online verfügbar.) Archiviert vom Original am 9. Juli 2011; abgerufen am 16. Oktober 2011 (englisch).  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.mxac.com.au
  3. Entwickler-Logbuch. (Nicht mehr online verfügbar.) Ehemals im Original; abgerufen am 16. Oktober 2011 (englisch).@1@2Vorlage:Toter Link/www.infinity-universe.com (Seite nicht mehr abrufbar. Suche in Webarchiven.)  Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.
  4. Infinity Overview. Abgerufen am 16. Oktober 2011 (englisch).
  5. (Nicht mehr online verfügbar.) Archiviert vom Original am 17. Juli 2011; abgerufen am 16. Oktober 2011.  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.theprodukkt.com
  6. → Hall of Fame → Preisträger. (Seite benötigt Adobe Flash). Abgerufen am 16. Oktober 2011.
  7. In: Computer and Video Games. 28. Juli 2009, archiviert vom Original am 3. August 2009; abgerufen am 16. Oktober 2010 (englisch).
  8. No Man's Sky - Entwickler erklären die prozedurale Engine. In: Computer and Video Games. 23. Juni 2014, abgerufen am 3. September 2015.
  9. World Without End. In: Computer and Video Games. 18. Mai 2015, abgerufen am 3. September 2015 (englisch).
  10. 18 quintillion planets: The video game that imagines an entire galaxy. In: Computer and Video Games. 18. Juni 2015, abgerufen am 3. September 2015 (englisch).
  11. https://www.youtube.com/watch?v=pdCFTF8j7yI
  12. https://www.youtube.com/watch?v=QzhI6wII-40
wikipedia, wiki, deutsches, deutschland, buch, bücher, bibliothek artikel lesen, herunterladen kostenlos kostenloser herunterladen, MP3, Video, MP4, 3GP, JPG, JPEG, GIF, PNG, Bild, Musik, Lied, Film, Buch, Spiel, Spiele
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Prozedurale Synthese oder prozedurale Generierung bezeichnet in der Informatik Methoden zur Erzeugung von Programminhalten wie Texturen virtuellen Welten 3D Objekten und sogar Musik in Echtzeit und wahrend der Ausfuhrung des Computerprogramms ohne dass diese Inhalte vor der Benutzung vom Entwickler fest angelegt und in ihrer endgultigen Form an den Nutzer weitergegeben werden Dabei werden die Inhalte keineswegs zufallig erzeugt sondern die Generierung folgt deterministischen Algorithmen um bei gleichen Ausgangsbedingungen immer wieder dieselben Inhalte erzeugen zu konnen Dadurch eroffnet sich dem Entwickler die Moglichkeit ausserst umfangreiche und komplexe Inhalte zeit und platzsparend zu entwickeln und weiterzugeben Prozedurale Synthese ist nicht mit prozeduraler Programmierung zu verwechseln Anwendungsbeispiele BearbeitenBesonders in Computerspielen findet die prozedurale Synthese Anwendung um weitlaufige und komplexe Welten und Landschaften zu erzeugen die bei jedem Start des Spiels gleich aussehen sich jedoch auch leicht uber die Parameter der Synthese verandern und erweitern lassen Es seien im Folgenden einige exemplarische Beispiele genannt Fruhe Beispiele fur die Verwendung prozeduraler Synthese sind Elite 1984 und The Sentinel 1986 Die acht Spielgalaxien in Elite werden aus sechs Bytes prozedural generiert inklusive Koordinaten Planetennamen Grosse usw 1 In der Fortsetzung von Frontier Elite 2 1993 wurde eine virtuelle Milchstrasse mit 100 000 000 000 100 Milliarden Sonnensystemen prozedural generiert In der Weltraum Simulation Space Engine werden unkartografierte Regionen des Universums prozedural generiert So ist es moglich dass Space Engine Galaxien mit je mehreren Milliarden Sternen und Planeten fullt und deren Oberflachen ebenfalls prozedural berechnet dabei aber der Speicherplatzverbrauch nur 500 MB betragt In The Elder Scrolls IV Oblivion wird die Vegetation der Spielwelt prozedural generiert Dies ist ein Beispiel fur eine hybride Verwendung der prozeduralen Synthese Position und Eigenschaften der Vegetation werden durch die Synthese bestimmt die Texturen der Stamme und Blatter werden dann jedoch aus von Kunstlern wahrend der Entwicklung des Spiels entworfenen Bilddateien geladen anstatt ebenfalls synthetisiert zu werden 2 Das zukunftige MMORPG Infinity The Quest For Earth basiert auf einer realistisch dimensionierten prozedural generierten Galaxie mit Milliarden von Planetensystemen die jeweils unzahlige astronomische Objekte wie Planeten und Asteroiden umfassen Die gewaltigen Ausmasse und Anzahlen von moglichst einzigartigen Objekten im Entwicklungsstand von Juli 2007 wurde allein fur die Identifikation der Asteroiden pro Sonnensystem ein sogenannter Octree ein Baum mit acht Kindknoten pro Knoten mit 14 Ebenen verwendet der pro Knoten viele Hundert bis einige Tausend Asteroiden verwalten konnte was insgesamt eine Objektzahl in der Grossenordnung von 10 15 displaystyle 10 15 nbsp pro Octree ermoglicht 3 macht es buchstablich unmoglich fur jede Entitat Position und Aussehen zu bestimmen Das Spiel wird von einem einzigen Programmierer Flavien Brebion und einigen zuarbeitenden Kunstlern und Modellierern entwickelt 4 Das Spiel Minecraft arbeitet ebenfalls mit prozeduraler Synthese wobei noch weitere Prozeduren wie die Perlin Noise Funktion angewandt werden um die theoretisch unbegrenzte Landschaft zu erzeugen Die prozedurale Synthese wird hier nur durch einen Zufallswert der auf der Uhrzeit basiert sowie von verschiedenen Variablen begrenzt Ebenfalls kann durch die prozedurale Synthese zum einen wiederum sehr viel Speicherplatz gespart und zum anderen erst die Individualitat des Spiels durch die unvorhersehbaren Welten gegeben werden Besondere Bedeutung hat die prozedurale Synthese in der Demoszene in der moglichst komplexe Programme mit moglichst wenig Speicherbedarf das Entwicklungsziel darstellen So hat der komplett auf prozeduraler Generierung basierende Ego Shooter kkrieger der deutschen Demogruppe Farbrausch trotz uberraschend guter grafischer Qualitat und Spielumfang einen Speicherbedarf von lediglich knapp 96 Kilobyte was grob einem Funfzigtausendstel des Speicherbedarfs eines modernen kommerziellen Shooters entspricht Rechengrundlage eine DVD 5 Die Entwickler gehen davon aus dass das Spiel bei Verzicht auf die prozedurale Synthese etwa 200 bis 300 Megabyte beansprucht hatte 5 kkrieger gewann im Jahr 2006 den Innovationspreis der Jury des Deutschen Entwicklerpreises 6 Der im Oktober 2009 erschienene Shooter Borderlands stellt dem Nutzer etwa 17 Millionen prozedural erstellte Schusswaffen zur Verfugung die auch unterschiedliche Eigenschaften haben 7 Das auf der E3 2014 vorgestellte Spiel No Man s Sky erstellt anhand weniger Prototypen Modelle fur Baume Dinosaurier oder Raumschiffe 8 Ebenfalls werden einzelne Planeten sowie das gesamte Sonnensystem durch prozedurale Synthese erzeugt 9 Dadurch ist es moglich uber eine Trillion 1018 Planeten zu erstellen 10 In Star Citizen 2015 werden ganze Planeten prozedural erstellt 11 12 Siehe auch BearbeitenReferenzielle Transparenz Streaming von der Festplatte als Hilfsmittel fur die hybride prozedurale Synthese ohne unterbrechenden Ladebildschirm Bildsynthese TextursyntheseEinzelnachweise Bearbeiten www frontier co uk Elite Nicht mehr online verfugbar Archiviert vom Original am 27 September 2011 abgerufen am 16 Oktober 2011 englisch nbsp Info Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht gepruft Bitte prufe Original und Archivlink gemass Anleitung und entferne dann diesen Hinweis 1 2 Vorlage Webachiv IABot www frontier co uk Oblivion Full spectrum content from hand generated to procedural Nicht mehr online verfugbar Archiviert vom Original am 9 Juli 2011 abgerufen am 16 Oktober 2011 englisch nbsp Info Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht gepruft Bitte prufe Original und Archivlink gemass Anleitung und entferne dann diesen Hinweis 1 2 Vorlage Webachiv IABot www mxac com au Entwickler 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