Isometrische Videospielgrafiken - Isometric video game graphics


Isometrische Videospielgrafiken sind Grafiken, die in Videospielen und Pixelkunst verwendet werden , die eine Parallelprojektion verwenden , aber den Blickwinkel anwinkeln , um Facetten der Umgebung zu enthüllen, die ansonsten aus einer Draufsicht oder Seitenansicht nicht sichtbar wären , wodurch ein Drei entsteht -dimensionale Wirkung . Trotz des Namens sind isometrische Computergrafiken nicht unbedingt wirklich isometrisch – dh die x- , y- und z- Achsen sind nicht unbedingt um 120° zueinander ausgerichtet. Stattdessen werden verschiedene Winkel verwendet, wobei die dimetrische Projektion und ein Pixelverhältnis von 2:1 am gebräuchlichsten sind. Die Begriffe „3/4-Perspektive“, „3/4-Ansicht“, „ 2,5D “ und „Pseudo-3D“ werden manchmal auch verwendet, obwohl diese Begriffe in anderen Kontexten leicht unterschiedliche Bedeutungen haben können.

Die einst übliche isometrische Projektion wurde mit dem Aufkommen leistungsfähigerer 3D-Grafiksysteme weniger und als sich Videospiele mehr auf Action und individuelle Charaktere konzentrierten. Videospiele mit isometrischer Projektion – insbesondere Computer-Rollenspiele – haben jedoch in den letzten Jahren in der Indie-Gaming- Szene einen Aufschwung erlebt .

Überblick

Vorteile

Entsprechende 3D-Kameradrehwinkel für echte isometrische Projektion (links) und die in Videospielen und Pixelkunst übliche Form der dimetrischen Projektion (rechts). Der Ausdruck arctan(sin(45°)) ist gleich ≈35,264°.
Isometrischer Würfel
Echte isometrische Zeichnung eines Würfels. Beachten Sie die 120°-Winkel, die die x- , y- und z- Achsen trennen , sowie die gleiche Länge jeder der Kanten des Würfels. Der Ausdruck arctan(sin(≈35.264°)) oder arctan(sin(arctan(sin(45°)))) ist gleich 30° und bildet ein Pixelverhältnis von ≈1.732:1.
Dimetrischer Würfel
Die Form der dimetrischen Projektion, die häufig in Videospielen und Pixelkunst verwendet wird. Nur zwei der Winkel, die die x- , y- und z- Achsen trennen , sind gleich, und nur einige der Längen der Würfelkanten sind gleich. Der Ausdruck arctan(sin(30°)) ist gleich ≈26,565° und bildet ein 2:1 Pixelverhältnis.

Ein gut ausgeführtes isometrisches System sollte den Spieler niemals dazu bringen, an die Kamera zu denken. Sie sollten in der Lage sein, die Ansicht schnell und intuitiv auf das zu verschieben, was Sie sehen möchten, und denken dabei nicht an die Kameramechanik. Der Versuch, eine Full-3D-Kamera zu betreiben, während ein taktischer Echtzeitkampf gespielt wird, wird bei neuen Spielern mit Sicherheit ein Helmfeuer auslösen, da sie schnell von der Mechanik überwältigt werden.

Trent Oster, Mitbegründer von BioWare und Gründer von Beamdog

In den Bereichen Computer- und Videospiele und Pixel - Kunst hat sich die Technik wegen der Leichtigkeit populär geworden , mit dem 2D - sprite- und Kachel-basierte Grafiken können gemacht werden , um darzustellen 3D - Spielumgebungen. Da parallel projizierte Objekte ihre Größe nicht ändern, wenn sie sich in einem Bereich bewegen, muss der Computer keine Sprites skalieren oder die komplexen Berechnungen durchführen, die zur Simulation der visuellen Perspektive erforderlich sind . Dies ermöglichte es 8-Bit- und 16-Bit -Spielsystemen (und neuerdings auch Handheld- und Mobilsystemen ), große Spielbereiche schnell und einfach abzubilden. Und während die Tiefenverwirrungsprobleme der Parallelprojektion manchmal ein Problem darstellen können, kann ein gutes Spiel- und Leveldesign dies mildern.

Weiterhin, obwohl nicht streng auf isometrische Videospielgrafiken beschränkt, können vorgerenderte 2D-Grafiken eine höhere Wiedergabetreue aufweisen und fortschrittlichere Grafiktechniken verwenden, als dies auf allgemein verfügbarer Computerhardware möglich ist, sogar mit 3D-Hardwarebeschleunigung . Ähnlich wie modernes CGI, das in Filmen verwendet wird , können Grafiken einmal auf einem leistungsstarken Supercomputer oder einer Renderfarm gerendert und dann viele Male auf weniger leistungsfähiger Consumer-Hardware wie Fernsehgeräten , Tablet-Computern und Smartphones angezeigt werden . Dies bedeutet, dass statisch vorgerenderte isometrische Grafiken im Vergleich zu ihren aktuellen, in Echtzeit gerenderten Gegenstücken oft besser aussehen und im Vergleich zu ihren Kollegen mit der Zeit besser altern können. Dieser Vorteil ist jedoch heute möglicherweise weniger ausgeprägt als in der Vergangenheit, da die Entwicklungen in der Grafiktechnologie die Erträge ausgleichen oder abnehmen und das derzeitige Niveau der Grafiktreue für viele Menschen "gut genug" wird.

Schließlich gibt es auch Gameplay-Vorteile bei der Verwendung einer isometrischen oder nahezu isometrischen Perspektive in Videospielen. Im Vergleich zu einem reinen Top-Down- Spiel fügen sie beispielsweise eine dritte Dimension hinzu und eröffnen neue Möglichkeiten für das Zielen und Plattformieren . Zweitens ermöglichen sie Ihnen im Vergleich zu einem Ego- oder Third-Person- Videospiel, eine große Anzahl von Einheiten einfacher einzusetzen und zu kontrollieren, z. B. eine ganze Gruppe von Charakteren in einem Computer-Rollenspiel oder eine Armee von Schergen in ein Echtzeit-Strategiespiel . Ferner können sie Situationen lindern , wo ein Spieler von einem Kern des Spiels ablenken lassen kann Mechanik , indem ständig eine unhandliche 3D - Kamera zu verwalten. Das heißt, der Spieler kann sich darauf konzentrieren, das Spiel selbst zu spielen, und nicht darauf, die Kamera des Spiels zu manipulieren.

Heutzutage ist die Wiederbelebung der isometrischen Projektion nicht nur eine Quelle der Nostalgie, sondern das Ergebnis realer, greifbarer Designvorteile.

Nachteile

Einige Nachteile vorgerenderter isometrischer Grafiken sind, dass statische 2D-Bilder jedes Mal neu gerendert werden müssen, um Schritt zu halten , da sich die Bildschirmauflösungen und die Bildschirmseitenverhältnisse weiterentwickeln, oder möglicherweise unter den Auswirkungen der Pixelierung leiden und Anti- -Aliasing . Es ist jedoch nicht immer möglich, die Grafik eines Spiels neu zu rendern; wie es der Fall im Jahr 2012, wenn beamdog neu gemacht BioWare ‚s Baldurs Gate (1998). Beamdog fehlten die kreativen Kunstressourcen der ursprünglichen Entwickler (die Originaldaten gingen in einer Flut verloren) und entschied sich für eine einfache 2D-Grafikskalierung mit "Glättung", ohne die Sprites des Spiels neu zu rendern. Das Ergebnis war eine gewisse "Unschärfe" oder ein Mangel an "Knackigkeit", verglichen mit der Grafik des Originalspiels. Dies wirkt sich jedoch nicht auf in Echtzeit gerenderte polygonale isometrische Videospiele aus, da das Ändern ihrer Anzeigeauflösungen oder des Seitenverhältnisses im Vergleich trivial ist.

Unterschiede zur "echten" isometrischen Projektion

Die in Videospielen häufig verwendete Projektion weicht aufgrund der Einschränkungen der Rastergrafik geringfügig von der "echten" isometrischen Projektion ab . Linien in x- und y- Richtung würden keinem sauberen Pixelmuster folgen, wenn sie in den erforderlichen 30° zur Horizontalen gezeichnet würden. Während moderne Computer dieses Problem mit Anti-Aliasing beseitigen können , unterstützten frühere Computergrafiken nicht genügend Farben oder besaßen nicht genügend CPU-Leistung, um dies zu erreichen. Stattdessen würde ein Pixelmusterverhältnis von 2:1 verwendet, um die x- und y- Achsenlinien zu zeichnen , was dazu führt, dass diese Achsen einem Winkel von ≈26,565° ( arctan(sin(30°)) ) zur Horizontalen folgen . (Spielsysteme, die keine quadratischen Pixel verwenden, könnten jedoch unterschiedliche Winkel ergeben, einschließlich "echter" isometrischer.) Daher wird diese Form der Projektion genauer als eine Variation der dimetrischen Projektion beschrieben , da nur zwei der drei Winkel zwischen den Achsen sind einander gleich, dh (≈ 116.565°, ≈ 116.565°, ≈126.870°) .

Geschichte isometrischer Videospiele

Während es in der Geschichte der Videospiele bereits in den 1970er Jahren einige dreidimensionale Spiele gab, waren die ersten Videospiele, die den ausgeprägten visuellen Stil der isometrischen Projektion in der oben beschriebenen Bedeutung verwendeten, in den frühen 1980er Jahren Arcade-Spiele .

1980er Jahre

Die Verwendung von isometrischer Grafik in Videospielen begann mit dem Erscheinen von Data East ‚s DECO Kassettensystem Arcade - Spiel Treasure Island , die im September 1981 in Japan veröffentlicht, aber es wurde bis zum Juni 1982. Das erste isometrische Spiel nicht international veröffentlicht international veröffentlicht werden war Sega ‚s Zaxxon , die deutlich mehr populär und einflussreich war; es wurde im Dezember 1981 in Japan und im April 1982 international veröffentlicht. Zaxxon ist ein isometrischer Shooter, bei dem der Spieler ein Weltraumflugzeug durch scrollende Level fliegt . Es ist auch eines der ersten Videospiele, das Schatten anzeigt.

Ein weiteres frühes isometrisches Spiel ist Q*bert . Warren Davis und Jeff Lee begannen um April 1982 mit der Programmierung des Konzepts, wobei die Produktion des Spiels im Sommer begann und dann im Oktober oder November 1982 veröffentlicht wurde. Q*bert zeigt eine statische Pyramide in einer isometrischen Perspektive, wobei der Spieler einen Charakter steuert, der auf der Pyramide herumspringen.

Im folgenden Jahr, im Februar 1983, wurde das isometrische Plattform- Arcade-Spiel Congo Bongo veröffentlicht, das auf derselben Hardware wie Zaxxon lief . Es ermöglicht dem Spielercharakter, sich in größeren isometrischen Ebenen zu bewegen, einschließlich echtem dreidimensionalem Klettern und Fallen. Dasselbe ist in dem 1984 erschienenen Arcade-Titel Marble Madness möglich .

2D (links) und 3D (rechts) Koordinaten eines typischen dimetrischen Videospiel-Sprites

1983 waren isometrische Spiele nicht mehr exklusiv auf dem Arcade-Markt und eroberten mit der Veröffentlichung von Blue Max für die Atari 8-Bit-Familie und Ant Attack für den ZX Spectrum auch Heimcomputer . In Ant Attack konnte sich der Spieler in jede Richtung des Scrolling-Spiels vorwärts bewegen, was eine völlig freie Bewegung ermöglichte, anstatt wie bei Zaxxon auf eine Achse fixiert zu sein . Die Ansichten können auch um eine 90-Grad-Achse geändert werden . Das ZX Crash- Magazin hat es deshalb für diese neue Technik, bekannt als "Soft Solid 3-D", in der Kategorie Grafik zu 100 % ausgezeichnet.

Ein Jahr später erschien im ZX Spectrum Knight Lore , das allgemein als revolutionärer Titel gilt, der das nachfolgende Genre der isometrischen Abenteuerspiele definierte. Nach Knight Lore wurden viele isometrische Titel auf Heimcomputern gesehen – und zwar in einem Maße, dass es laut dem Forscher Jan Krikke einst als die am zweithäufigsten geklonte Software nach WordStar galt. Andere Beispiele aus diesen waren Highway Encounter (1985), Batman (1986), Head Over Heels (1987) und La Abadía del Crimen (1987). Die isometrische Perspektive war jedoch nicht auf Arcade-/Abenteuerspiele beschränkt; zum Beispiel verwendete das Strategiespiel Populous von 1989 eine isometrische Perspektive.

1990er Jahre

Pixel Kunst
Ein Fernsehgerät, das in nahezu isometrischer 2:1- Pixel-Kunst gezeichnet ist . (Vergrößert, um die Pixelstruktur anzuzeigen.)
Rendering einer Szene, die die Perspektive von Fallout 2 emuliert
3D - Rendering der Videospiel imitiert Fallout ' s Verwendung von trimetric Projektion und einem hexagonalen Gitter

In den 1990er Jahren verwendeten mehrere erfolgreiche Spiele wie Syndicate (1993), SimCity 2000 (1994), Civilization II (1996), X-COM (1994) und Diablo (1996) eine feste isometrische Perspektive. Aber mit dem Aufkommen der 3D-Beschleunigung auf PCs und Spielkonsolen begannen Spiele, die zuvor eine 2D-Perspektive verwendeten, im Allgemeinen stattdessen auf echtes 3D (und perspektivische Projektion ) umzustellen. Dies zeigt sich an den Nachfolgern der oben genannten Spiele: SimCity (2013), Civilization VI (2016), XCOM: Enemy Unknown (2012) und Diablo III (2012) verwenden alle polygonale 3D-Grafiken; und während Diablo II (2000) wie sein Vorgänger eine 2D-Perspektive mit fester Perspektive verwendete, ermöglichte es optional eine perspektivische Skalierung der Sprites in der Ferne, um ihm ein "Pseudo-3D"-Erscheinungsbild zu verleihen.

Ebenfalls in den 1990er Jahren wurden isometrische Grafiken für japanische Rollenspiele (JRPGs) auf Konsolensystemen verwendet , insbesondere für taktische Rollenspiele , von denen viele noch heute isometrische Grafiken verwenden. Beispiele sind Front Mission (1995), Tactics Ogre (1995) und Final Fantasy Tactics (1997) – letztere verwendet 3D-Grafiken , um eine Umgebung zu schaffen, in der der Spieler die Kamera frei drehen kann. Andere Titel wie Vandal Hearts (1996) und Breath of Fire III (1997) emulierten sorgfältig eine isometrische oder parallele Ansicht, verwendeten aber tatsächlich eine perspektivische Projektion.

Infinity-Motor

Black Isle Studios und BioWare trugen Ende der 1990er und Anfang der 2000er Jahre dazu bei, die Verwendung isometrischer Projektion in Computer-Rollenspielen populär zu machen . Diese Studios verwendeten in mehreren ihrer Titel die Spiel-Engine Infinity Engine , die von BioWare für Baldur's Gate (1998) entwickelt wurde. Diese Engine gewann bei den Spielern an Bedeutung, und viele Entwickler haben seitdem versucht, sie auf verschiedene Weise zu emulieren und zu verbessern. Auch die Infinity Engine selbst wurde von Beamdog in Vorbereitung auf Baldur's Gate: Enhanced Edition (2012) überarbeitet und modernisiert – sowie deren Remakes mehrerer anderer klassischer Infinity Engine-Titel.

Zwei andere Titel von Black Isle Studios, Fallout (1997) und Fallout 2 (1998), verwendeten trimetrische Projektion .

Kickstarter

Isometrie hat mit der Veröffentlichung von mehreren neuen im neuen Jahrtausend Relevanz mehr gesehen Crowdfunded Rollenspiele auf Kickstarter . Dazu gehören die Shadowrun Returns- Serie (2013-2015) von Harebrained Schemes ; die Pillars of Eternity- Serie (2015-2018) und Tyranny (2016) von Obsidian Entertainment ; und Torment: Tides of Numenera (2017) von inXile Entertainment . Sowohl Obsidian Entertainment als auch inXile Entertainment haben ehemalige Mitglieder von Black Isle Studios und Interplay Entertainment angestellt oder wurden von ihnen gegründet. Insbesondere Obsidian Entertainment wollte "das Look and Feel der Infinity Engine-Spiele wie Baldur's Gate , Icewind Dale und Planescape: Torment zurückbringen ". Schließlich wurden in den letzten Jahren mehrere pseudoisometrische 3D-Rollenspiele wie Divinity: Original Sin (2014), Wasteland 2 (2014) und Dead State (2014) über Kickstarter finanziert. Diese Titel unterscheiden sich jedoch von den oben genannten Spielen dadurch, dass sie eine perspektivische Projektion anstelle einer Parallelprojektion verwenden .

Verwendung verwandter Projektionen und Techniken

Vergleich verschiedener Arten der grafischen Projektion . Bei 3/4-Ansichten ist das Vorhandensein von einem oder mehreren 90°-Hauptwinkeln oft ein guter Indikator dafür, dass die verwendete Perspektive eine Schrägprojektion ist .

Der Begriff "isometrische Perspektive" wird häufig fälschlicherweise auf jedes Spiel mit einer - normalerweise starren - schrägen Draufsicht, die auf den ersten Blick "isometrisch" erscheint, angewendet. Dazu gehören die oben erwähnten dimetrisch projizierten Videospiele; Spiele, die trimetrische Projektion verwenden , wie Fallout (1997) und SimCity 4 (2003); Spiele, die Schrägprojektion verwenden , wie Ultima Online (1997) und Divine Divinity (2002); und Spiele, die eine Kombination aus perspektivischer Projektion und Vogelperspektive verwenden , wie Silent Storm (2003), Torchlight (2009) und Divinity: Original Sin (2014).

Außerdem verlassen sich nicht alle "isometrischen" Videospiele ausschließlich auf vorgerenderte 2D-Sprites. Es gibt beispielsweise Titel, die vollständig polygonale 3D-Grafiken verwenden, ihre Grafiken jedoch mit Parallelprojektion statt mit perspektivischer Projektion rendern, wie Syndicate Wars (1996), Dungeon Keeper (1997) und Depths of Peril (2007); Spiele, die eine Kombination aus vorgerenderten 2D-Hintergründen und in Echtzeit gerenderten 3D-Charaktermodellen verwenden, wie The Temple of Elemental Evil (2003) und Torment: Tides of Numenera (2017); und Spiele, die in Echtzeit gerenderte 3D-Hintergründe mit handgezeichneten 2D-Charakter-Sprites kombinieren, wie Final Fantasy Tactics (1997) und Disgaea: Hour of Darkness (2003).

Ein Vorteil der schrägen Projektion von oben nach unten gegenüber anderen nahezu isometrischen Perspektiven besteht darin, dass Objekte besser in nicht überlappende quadratische grafische Kacheln passen, wodurch möglicherweise eine zusätzliche Z-Ordnung bei Berechnungen überflüssig wird und weniger Pixel benötigt werden.

Bildschirm den Weltkoordinaten zuordnen

Weltkoordinaten finden

Eines der häufigsten Probleme beim Programmieren von Spielen, die isometrische (oder wahrscheinlicher dimetrische) Projektionen verwenden, ist die Fähigkeit, zwischen Ereignissen, die auf der 2D-Ebene des Bildschirms stattfinden, und der tatsächlichen Position im isometrischen Raum, dem sogenannten Weltraum, abzubilden. Ein gängiges Beispiel ist die Auswahl der Kachel, die direkt unter dem Cursor liegt, wenn ein Benutzer klickt. Ein solches Verfahren besteht darin, dieselben Rotationsmatrizen zu verwenden , die ursprünglich die isometrische Ansicht in umgekehrter Richtung erzeugten, um einen Punkt in Bildschirmkoordinaten in einen Punkt zu verwandeln, der auf der Spielbrettoberfläche liegen würde, bevor er gedreht wurde. Dann können die x- und y-Werte der Welt berechnet werden, indem durch die Kachelbreite und -höhe geteilt wird.

Eine andere Methode, die weniger rechenintensiv ist und gute Ergebnisse erzielen kann, wenn die Methode bei jedem Frame aufgerufen wird, beruht auf der Annahme, dass ein quadratisches Brett um 45 Grad gedreht und dann auf die Hälfte seiner ursprünglichen Höhe gequetscht wurde. Der Projektion wird ein virtuelles Raster überlagert, wie im Diagramm gezeigt, mit den Achsen virtuell-x und virtuell-y. Wenn Sie auf eine beliebige Kachel auf der Mittelachse des Boards klicken, bei der (x, y) = (tileMapWidth / 2, y) ist, wird der gleiche Kachelwert für Welt-x und Welt-y erzeugt, der in diesem Beispiel 3 (0 indiziert) ist. . Das Auswählen der Kachel, die eine Position rechts auf dem virtuellen Raster liegt, bewegt tatsächlich eine Kachel weniger auf der Welt-y und eine Kachel mehr auf der Welt-x. Dies ist die Formel, die Welt-x berechnet, indem das virtuelle-y genommen und das virtuelle-x aus der Mitte des Bretts addiert wird. Ebenso wird Welt-y berechnet, indem virtuelles-y genommen und virtuelles-x subtrahiert wird. Diese Berechnungen messen von der Mittelachse aus, wie gezeigt, daher müssen die Ergebnisse mit der Hälfte der Tafel übersetzt werden. Zum Beispiel in der Programmiersprache C:

float virtualTileX = screenx / virtualTileWidth;
float virtualTileY = screeny / virtualTileHeight;

// some display systems have their origin at the bottom left while the tile map at the top left, so we need to reverse y
float inverseTileY = numberOfTilesInY - virtualTileY;

float isoTileX = inverseTileY + (virtualTileX - numberOfTilesInX / 2);
float isoTileY = inverseTileY - (virtualTileX - numberOfTilesInY / 2);

Diese Methode mag zunächst kontraintuitiv erscheinen, da die Koordinaten eines virtuellen Gitters statt der ursprünglichen isometrischen Welt genommen werden und es keine Eins-zu-eins-Entsprechung zwischen virtuellen Kacheln und isometrischen Kacheln gibt. Eine Kachel im Raster enthält mehr als eine isometrische Kachel, und je nachdem, wo sie angeklickt wird, sollte sie unterschiedlichen Koordinaten zugeordnet werden. Der Schlüssel bei dieser Methode besteht darin, dass die virtuellen Koordinaten Gleitkommazahlen und keine ganzen Zahlen sind. Ein virtueller x- und y-Wert kann (3.5, 3.5) sein, was die Mitte der dritten Kachel bedeutet. Im Diagramm links fällt dies im Detail in die 3. Kachel auf das y. Wenn das virtuelle-x und y sich zu 4 addieren müssen, ist die Welt x ebenfalls 4.

Beispiele

Dimetrische Projektion

Schrägprojektion

Perspektivische Projektion

Siehe auch

Verweise

Externe Links