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So knallt die perfekte Computerspiel-Explosion

von Moritz Geier
Riesenwellen und Rauchwolken: Die Filmbranche hat Animationen mittlerweile perfektioniert, aber die Simulation von Flüssigkeiten und Gasen sind immer noch komplex und zeitaufwendig. Forscher der TU München haben eine Methode entwickelt, die diese Berechnungen beschleunigt. Das könnte nicht nur die Grafik von Explosionen in Computerspielen verbessern — auch die Medizin soll von der Entwicklung profitieren.

Computeranimierten Szenen in modernen Filmproduktionen wirken täuschend echt. Doch gerade die Simulation von verwirbelten Bewegungen wie Wasserspritzern oder Rauchwolken ist noch immer eine Herausforderung: „Für drei Sekunden einer solchen Szene werden hunderte Simulationen durchgeführt, von denen jede einzelne oft mehr als zehn Stunden Rechenzeit braucht“, sagt Nils Thürey, Professor für Games Engineering an der TU München. Er selbst hat nun allerdings eine Methode entwickelt, die Computergrafikern in Zukunft Zeit sparen soll.

Für drei Sekunden Rauch braucht man hunderte Simulationen.

Zusammen mit einem Team internationaler Wissenschaftler analysierte Thürey die Bewegungen echter Gase und Flüssigkeiten. Bisher bedurfte es aufwendiger Techniken, um auf diese Weise Daten zu gewinnen und Simulationen zu berechnen. Die neue Methode, die die Forscher in der Fachzeitschrift ACM Transactions on Graphics vorstellten, soll es jedoch ermöglichen, die Daten aus simplen Videoaufnahmen zu errechnen.

 

Dabei setzen die Wissenschaftler auf einen Trick, den sie sich vom menschlichen Gehirn abgeschaut haben: Autovervollständigung. Die komplizierten Wirbel bei Phänomenen wie Rauchwolken sind auf Videobildern nämlich kaum oder gar nicht zu erkennen. Um ihre Simulationen zu verbessern, müssen die Wissenschaftler also selbst auf eine Simulation setzen: Sie nutzen ein Programm, das anhand von Erfahrungswerten und physikalischen Gesetzmäßigkeiten eine Art Autovervollständigung durchführt.

Das Verfahren führt eine Art optische Autovervollständigung durch.

„Diese Fähigkeit besitzt auch unser Gehirn“, sagt Thürey. „So ergeben einzelne Punkte auf dem Papier plötzlich ein Bild, auch wenn diese in der Realität nicht verbunden sind.“ Die Simulation der Forscher berechnet auf die gleiche Art, wie sich Rauchwolken wahrscheinlich wölben, wie Flammen wahrscheinlich wabern und Wasserfontänen wahrscheinlich spritzen — ohne dass die Daten das eindeutig zeigen.

Vor allem die Grafik von Computerspielen dürfte von den Forschungsergebnissen profitieren. Denn während bei großen Filmproduktionen genug Zeit zur Verfügung steht, um komplexe fließende Bewegungen zu animieren, ist das bei Computerspielen nicht der Fall: Simulationen müssen schließlich jeweils an die Aktionen der Spieler angepasst werden. Die Gestaltungsfreiheit des Spielers begrenzt also die realistische Darstellung von Rauchwolken und Explosionen. Das könnte sich nun ändern. 

Aber auch in der Medizin und den Ingenieurwissenschaften gehören Simulationen — zum Beispiel von Blut oder Luftwirbeln — zum Standardrepertoire. Die neue Animationsmethode hilft auch hier: Bei Computertomographien etwa könnte sie bessere Simulationen des Blutflusses möglich machen, um die Gefährlichkeit eines Aneurysmas beurteilen zu können. 

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