Neue Höhen: Warum die Wolken bei Horizon Forbidden West: Burning Shores alles bisher Gesehene in den Schatten stellen

Die Welt von Horizon wirkt riesig und majestätisch. Über üppigen Landschaften erstreckt sich ein schier endloser Himmel. Als das Guerrilla-Team zusammenkam, um diese Welt zu erschaffen, überlegten sich verschiedene Entwickler, wie man diese Welt möglichst spannend gestalten konnte. Für Guerrillas Atmosphäre-Team war schnell klar, dass sie den Himmel mit möglichst lebensechten Wolken füllen wollten.

Für Horizon Forbidden West wurde ihre Arbeit weiterentwickelt. In Burning Shores wird sich Aloy jetzt in einen noch atemberaubenderen und realistischeren Himmel emporschwingen als je zuvor.

Der Ansatz 

„Wenn wir an den Horizont denken, kommen uns bestimmte Bilder in den Sinn. Wir sehen vor unserem inneren Auge unglaubliche Weiten wie das offene Meer, stellen uns vor, wie Wolken und die Sonne über den Himmel wandern und in unermesslicher Entfernung versinken“, sagt Andrew Schneider, Principal FX Artist bei Guerrilla. „Open-World-Abenteuer stellen Entwickler vor ähnliche metaphorische Herausforderungen. Wie reizen wir dieses Erlebnis möglichst weit aus, damit Spieler das Gefühl bekommen, eine endlose Umgebung zu erkunden?“

Sich mit dieser Frage zu beschäftigen, ist eine Sache, sie in technische Aufgaben zu unterteilen, ist aber eine ganz andere..

In den frühen 2010ern hat man im Film- und Animationsbereich begonnen, Wolken mithilfe von volumetrischem Rendern zu erzeugen. Bei Videospielen dauerte diese Technik zu lange, um bei interaktiven Bildfrequenzen qualitativ hochwertige Ergebnisse zu liefern. Aber den Entwicklern war klar, welches bahnbrechende Potenzial diese Technologie hatte.

Je weiter die Innovation bei der Hardware voranschritt, desto mehr änderten sich die Dinge. Auf dem Höhepunkt der PlayStation 4 im Jahr 2015 schloss Andrew sich mit Nathan Vos zusammen, dem Principal Tech Programmer bei Guerrilla. Gemeinsam entwickelten sie hocheffiziente volumetrische Wolkensysteme für Open-World-Szenarien, die man auch in Horizon Zero Dawn bewundern kann. Die komplexen und detaillierten Wolken erfüllten Aloys Welt mit Schönheit und einem Gefühl der Hoffnung. Sie ließen Tageszeiten und Animationen realistischer erscheinen und hauchten der Welt erst richtiges Leben ein.

Auf diesem soliden Fundament baute das Team für Horizon Forbidden West auf.

Die Weiterentwicklung

In Videospielen können Wolken wirkungsvoll eine Stimmung vermitteln. Gemeinsam mit dem weiten Grün, dem klaren Wasser und den zerklüfteten Felsen tragen die Wolken bei Horizon maßgeblich zur stimmigen Atmosphäre bei. Um diesen Effekt zu erzielen, mussten sie mehr sein als weiße, fedrige Gebilde, die weit über Aloys Kopf hinwegziehen – sie brauchten Bewegung, Vielfalt und Definition.

„Wir holten uns Inspiration bei Künstlern, die dem Luminismus zugerechnet werden, wie dem Maler Albert Bierstadt aus dem 19. Jahrhundert. Diese Künstler verstanden sich meisterhaft auf das Wechselspiel zwischen Wolken und dem Land darunter. Mit ihrem geschulten Blick für Licht und Details erschufen sie Weite und malten außerordentlich dramatische Landschaftsgemälde.  

Passing Storm over the Sierra Nevadas von Albert Bierstadt, 1870

„Um diesen Effekt in 3D zu reproduzieren, mussten wir einen Weg finden, Wolken zu modellieren. Für Horizon Zero Dawn hatten wir verschiedene Methoden der Wolkenerzeugung erforscht. Voxel sind Blöcke, mit denen man volumetrische 3D-Wolken erzeugen kann. Wir hatten sogar einen Wolkensimulator erschaffen und mit dem Rendern dreidimensionaler ‚Voxel-Daten‘ in Echtzeit experimentiert.“

„Aber aus technologischer Sicht war es noch zu früh für so etwas“, erinnert sich Andrew. „Hard- und Software hatten das erforderliche Entwicklungsstadium einfach noch nicht erreicht. Also einigten wir uns bei der Wolkenerstellung auf ein effizientes Renderverfahren, mit dem wir trotzdem hochwertige Ergebnisse erzielen konnten. Das Modellieren war einfach aufwendiger als die Simulation.“

Die Lösung bestand letztendlich darin, feste Wolkenschichten anstelle individueller Wolkenformationen zu malen. Aber dieser Prozess musste erweitert werden, um die Flugmaschinen in Horizon Forbidden West integrieren zu können.

Für die Fortsetzung verbesserten Andrew und Nathan die Renderqualität des Basissystems aus Zero Dawn. Jetzt war auch eine neue nebelartige Wolke möglich, die die Spieler auf geringer Höhe durchfliegen können. Dadurch wurde immer wieder eine beeindruckende Atmosphäre erzeugt, beispielsweise bei einem Supersturm mit unheimlichen Wirbelbewegungen und inneren Lichteffekten. Die Wolken hatten auf einmal ihren ganz eigenen Charakter und knisterten förmlich vor atmosphärischer Spannung.

Die nächste technische Herausforderung

Es lag auf der Hand, dass dieses System für Horizon Forbidden West: Burning Shores weiterentwickelt werden sollte. Für die Erweiterung hat das Team das Spielerlebnis mithilfe von Voxel-Technologie auf ein neues Level gebracht, neben vielen anderen technischen Verbesserungen überall in der Welt.

„Die Wolkensysteme, die wir für Horizon Zero Dawn und Horizon Forbidden West entwickelt haben, waren so schnell, weil sie Wolken nicht als 3D-Objekte abspeicherten, sondern als eine Art Anweisung, wie 3D-Wolken aus begrenzten 2D-Informationen erstellt werden sollten. Die PlayStation 5 kann größere Datensätze verarbeiten. Nachdem wir Forbidden West abgeschlossen hatten, entwickelten wir einen Prototyp für das Voxel-Wolken-Rendering, der unseren Qualitätsansprüchen gerecht werden konnte und es Spielern ermöglicht, durch detailgetreue Wolkenformationen zu fliegen.“

Die richtige Balance zwischen Performance und Qualität zu treffen, ob sich Spieler nun am Boden oder hoch in der Luft befinden, war eine ganz schöne Herausforderung. Aber der Prototyp machte sich bezahlt. Er erzeugte auf jeder Höhe dichte, dynamische Wolkenbilder. Diese Meisterleistung war nur machbar aufgrund harter Arbeit und der verbesserten Leistung der PlayStation 5.

Aber eine einzige Wolke macht noch keine Wolkenlandschaft.

Das war die Geburtsstunde von Andrews „Frankencloudscapes“, wie er sie nannte – Wolkenformationen aus Frankensteins Labor. Jetzt konnte man den Himmel bearbeiten, wie ein Landschaftsmodellierer das Gelände bearbeiten würde. Somit dienten die Wolkenlandschaften nicht mehr nur als Hintergrundelement, sondern auch als Umgebung, die es zu erkunden galt.

Aber dieses Konzept musste sich erst mal auf die Ansprüche von Burning Shores anwenden lassen. Daher befasste sich ein Sonderteam bei Guerrilla mit dem Fliegen durch Wolken – der Feuerprobe für Performance und Qualität. Andrew schloss sich mit Nathan zusammen und holte zusätzlich noch Senior Principal Tech Programmer Hugh Malan an Bord.

Die erste Hürde, die sich ihnen bot, war rein technischer Natur: Wie geht man mit einer gewaltigen Menge an volumetrischen Voxel-Daten um?

„Hugh und ich haben diese Aufgabe auf uns aufgeteilt. Ich entwickelte eine Lösung, um detailarmen Voxel-Daten beim Rendern Details hinzuzufügen. Hugh arbeitete in der Zwischenzeit an einer Methode, wie man die Daten komprimieren konnte, damit sie schneller vom Speicher abrufbar waren. Zusammengenommen beschleunigten diese Prozesse das Rendern volumetrischer Voxel-Wolken um ein Vielfaches.“

„Aber es war noch immer nicht schnell genug“, erinnert sich Andrew. „Der aufwendigste Teil dieses Prozesses war die Berechnung der Wolkenbeleuchtung, die an sich schon kompliziert genug ist. Um sie zu umgehen, entwickelte Nathan eine Methode, um die Renderzeit auf eine Geschwindigkeit zu senken, die sowohl für standardmäßige als auch hohe Bildraten funktionierte.“

„Das war auch eine dieser äußerst seltenen Situationen, bei denen eine Optimierung gleichzeitig auch eine bessere Optik erzielte. Mit einem Mal konnten die Wolken über größere Distanzen untereinander Schatten werfen, was den Realismus weiter verstärkte. Jetzt verfügten wir über eine Methode, um volumetrische Wolken am Boden und in der Luft zu rendern, und das direkt neben ihnen.“

Die zweite Herausforderung war das Balancing. „Wer sich mit Echtzeitgrafik befasst, muss sich ganz schön reinhängen, damit sich Qualität und Performance die Waage halten“, erklärt Andrew weiter. „Qualität geht gewöhnlich ‚zulasten‘ der Rechenleistung. Sobald wir die Qualität unserer Wolken verbessern, müssen wir das Ganze so gestalten, dass sie entweder genauso oder weniger anspruchsvoll als unser aktuelles Wolkensystem sind.“

Um die perfekte Balance zu finden, half Senior Principal Tech Programmer und Graphics Engineer James McLaren dem Team dabei, zu verstehen, wie sich der Code auf der PlayStation-Hardware verhält. Dank seines Fachwissens konnte die Hardware optimal genutzt werden, da der Code für PlayStation 5 optimiert wurde. „James‘ Mithilfe war in der frühen Entwicklungsphase von grundlegender Bedeutung. So konnte Guerrilla die Grenzen während der Produktion weiter ausreizen“, erinnert sich Andrew. 

Am Ende fügen sich alle Einzelteile zusammen, um Spielern ein beeindruckendes Erlebnis zu bieten. Sie fliegen durch Wolkenformationen, die so realitätsgetreu und detailreich sind wie das Gelände unter ihnen. Und das alles auf dem Rücken ihres Sonnenflügels.

Was Spieler bei Burning Shores erwartet

Auf ihrem Weg zu den Brennenden Küsten trifft Aloy auf bekannte Maschinen und Gesichter. Aber sie findet auch immer neue Wege, um ihre Welt zu erkunden.

„Uns war wichtig, ein Erlebnis zu kreieren, dass unsere Spieler auch abseits des Haupt-Gameplays genießen können. Die Wolken tragen nicht nur zur Atmosphäre bei, sie stellen auch eine eigenständige Umgebung zum Erkunden dar. In der Wolkenlandschaft können Spieler Tunnel und Höhlen erkunden sowie weitere Überraschungen finden, die ihnen das Fliegen weiter versüßen werden“, meint Andrew.

„Und das Beste daran ist, dass das Erlebnis immer unterschiedlich ausfällt, je nachdem, wann man diese Features ausprobiert. Je weiter der Tag voranschreitet, desto stärker verändern sich Qualität und Richtung des Lichts. So werden einzelne Features enthüllt und verborgen und jede Reise wird nicht zuletzt auch atmosphärisch einzigartig.

Ich will nicht zu viel verraten – aber wir hoffen, dass ihr keine Angst vor ein paar Blitzen habt.“