Special - The Matrix Awakens : Endlich! Das ist Next-Gen

Bäm! Da ist er, der lang erwartete, längst überfällige Sprung in die nächste Generation der Videospiele. Eine Tech-Demo mit dem Bandwurm-Namen „The Matrix Awakens: An Unreal Engine 5 Experience“ zeigt uns seit vergangenem Freitag, was auf Xbox Series S|X und PlayStation 5 möglich ist, wenn wir endlich die langatmige, bremsende Cross-Gen-Phase hinter uns lassen.

Und noch mehr, denn Unreal Engine 5 geht über die Etablierung eines neuen Grafik-Standards hinaus. Epic Games‘ Engine befasst sich mit Optimierung, mit Virtualisierung und mit dem Vereinfachen des handwerklichen Teils beim Erschaffen eines Videospiels. Es geht um nicht weniger als eine kleine Revolution, die hoffentlich viele Nachahmer inspiriert. Was genau steckt dahinter?

Der Film „The Matrix“ war anno 1999 ein Wendepunkt für das moderne Effektkino. Ausschlaggebend dafür war nicht nur die verwendete Technik, die Kameras synchronisierte, um Kamerafahrten in Zeitlupe zu ermöglichen oder der geschickte Einsatz von Computergrafik. Es war die parallele metaphorische Fragestellung, die mit der Handlung des Films einherging: Was ist echt, und was ist Simulation? Wo liegt die Grenze zwischen dem Greifbaren und einer Illusion? Kurzum: Wie definieren wir Realität?

Erstaunlich, dass derselbe Kontext ganze 22 Jahre später noch einmal eine ähnliche Fragestellung provoziert, wenn auch im Rahmen der Glaubhaftigkeit eines Videospiels. Was ist Filmaufnahme, was ist Echtzeit-Grafik? Eine Frage, die automatisch durch den Kopf schießt, wenn man die Matrix Awakens Tech-Demo ausprobiert.

Grenzgänger

Schon in den ersten Sekunden der Demo wirkt jede Szene so lebensecht, dass man alle Zweifel sausen lässt. Man wähnt sich in der festen Überzeugung, man schaue eine verkürzte Fassung der Einleitung des Filmklassikers. Sie zeigt Thomas Anderson alias Neo, der vor seinem Computer eingeschlafen ist, dargeboten vom Hollywood-Schauspieler Keanu Reeves. Ein schneller Schnitt blendet in eine spätere Szene, in der Neo im Rahmen einer begrenzten Simulation erfährt, was die Matrix ist. Alles bekannt, oder nicht? Ist doch direkt aus dem Film entnommen.

Stopp! Was ist das denn? Ein gealterter Keanu Reeves mit Bart, der über Realität und Simulation philosophiert? Der sich plötzlich in sein 20 Jahre jüngeres Alter Ego verwandelt? Das gab es nicht im Film! Carrie-Ann Moss alias Trinity stößt dazu, ebenfalls in ihrem heutigen Antlitz. Sie wird geklont und übernimmt die Gestalt etlicher zufällig generierter Menschen, die mit ihr vor weißem Hintergrund in Reih und Glied laufen.

Spätestens in dem Moment schnackelt es. Eine Erkenntnis, die man nur widerwillig zulassen möchte, weil sie uns zwingt, einen akzeptierten „Fakt“ zu überdenken, bahnt sich ihren Weg durch die Synapsen, umschlingt den Verstand und schnappt wie eine Venus-Fliegenfalle unerbittlich zu: Huch, das ist ja gar nicht echt! Das ist alles Echtzeit-Grafik!

Von diesem Moment an sucht man nach den Fehlern in der Darstellung. Man findet sie. In leichten Ungereimtheiten der Lauf-Animation, in kleinsten Nuancen der Beleuchtung. Und doch muss man sich ständig darauf besinnen, weil gewisse Aspekte wie etwa perfektes Motion Capturing für Kopf und Oberkörper sowie fehlerlose Lipsync-Technik Hand in Hand arbeiten. Man möchte zu gerne in die Illusion zurückfallen, es ginge um eine Filmaufnahme. Die Matrix-Awakens-Demo manifestiert in diesem Augenblick einen Grenzübergang in der Darstellungsqualität von Videospielen und ist noch nicht einmal damit fertig, einem die Kinnlade auszuleiern.

Wenn kurze Zeit später eine komplette Großstadt im GTA-Stil den weißen Hintergrund ersetzt, Bombast-Action mit Autos in Verfolgungsjagden und Explosionen das Adrenalin hochpumpt, muss man sich zwicken, um es zu glauben. Selbst grafische Überflieger wie Forza Horizon 5 sieht man plötzlich mit anderen Augen. In diesem Echtzeit-Szenario samt einer vollwertigen Spielumgebung mit KI für Verkehr, Passanten und aggressiven Matrix-Agenten bewahren die virtuellen Darsteller ihren filmgleichen Look? Im Ernst jetzt? Unglaublich!

Näher an einem spielbaren Film waren wir noch nie dran, und wahrscheinlich war es genau das, was Spieldesigner der Mittneunziger vor Augen hatten, als sie versuchten, Interaktive Filme auf Spielkonsolen wie dem 3DO oder der ersten PlayStation zu verwirklichen. Zugegeben, der Verfolgungsjagd-Abschnitt wirkt mit seinen plumpen Ballerszenen in Schießbuden-Manier etwas hölzern, auch wenn das Umkippen der Autos auf Basis von Echtzeit-Physikberechnungen geschieht. Zweifel an der Tauglichkeit der Engine verpuffen trotzdem, wenn man im Anschluss frei durch die Stadt marschiert oder zwecks Erkundungsfahrt in ein Auto steigt, das man nach Belieben demolieren darf. Abseits einiger Kleinigkeiten könnte das problemlos die Basis für ein GTA oder Saints Row darstellen.

Schaut euch unsere Screenshots an. Fotorealismus ist nur noch ein Steinwurf entfernt. In Bewegung trügt die Illusion sogar noch eher. Was Epic hier abliefert, ist die spektakulärste interaktive Demo der heutigen Spielelandschaft. Solltet ihr eine Xbox-Series-Konsole oder eine PS5 besitzen, dann ladet sie sofort herunter! Ihr müsst mit eigenen Augen erleben, wie die Grenzen zwischen den Medien aufbrechen.

Ein neuer Qualitätsstandard

Bei aller Begeisterung fällt ein Wermutstropfen: wir haben diese Grenze zur neuen Qualität keineswegs hinter uns gelassen. Es wird wahrscheinlich noch Jahre dauern, bis es so weit kommt. Selbst wenn schon morgen ein Spiel erschiene, welches dieselbe Qualität in Grafik und Animation vermittelte, würden etliche technische Haken und Ösen das Bild verwässern. Allem voran der Fakt, dass PS5 und Xbox-Series-Konsolen nicht stark genug sind, um Auflösung und Bildrate auf einem Niveau zu garantieren, das dem mittlerweile etablierten Standard entspricht. Es wäre zum Teil ein Rückschritt, wenn wir diese Grafikpracht durch instabile 30 FPS und temporales Upscaling bei 1600p erkaufen müssten. Dazu später mehr.

Dennoch hinterlässt diese Demo ein euphorisches Gefühl, das Retro-Spieler aus längst vergangenen Tagen kennen. Das Gefühl, einen gewaltigen Sprung gemacht zu haben, eben jenen Sprung, den uns die Konsolenhersteller versprachen. Endlich Next-Gen!

Was niemand vergessen darf: Es geht nicht um ein vollwertiges Spiel, und es soll auch nie eines werden. Diese Demo ist ein Paradebeispiel für die Unreal Engine 5 und ihre praktische Anwendung auf Konsolen. Frühere Demos, die meist Entwicklern vorbehalten waren, zeigten bereits wichtige Features, die auch in der Matrix-Demo ihren Einsatz haben, nur war nie klar, wie gut diese Features angesichts der Rechenkraft der neuen Generation funktionieren. Umso wichtiger ist für Epic nun der handfeste Beweis der Praktikabilität.

Dreh- und Angelpunkt der Zweifel an der Konsolentauglichkeit waren die beiden Technik-Features Lumen und Nanite, die Epic in vollem Umfang demonstriert und gleichermaßen auf der PS5, der Xbox Series X, aber auch auf der schwächeren Xbox Series S für sämtliche Wow-Effekte verantwortlich sind.

Es werde Licht

Lumen ist eine neue Beleuchtungsroutine, die sowohl globale Illumination inklusive Schattenwurf als auch Reflexionen berechnet. Das mag für Außenstehende trivial klingen, schließlich gibt es bei jedem Spiel in irgendeiner Form Licht und Schattenwurf, doch die Wahrheit könnte nicht weiter von dieser Vermutung entfernt liegen. Je größer die Spielfläche, desto schwieriger wird es, eine glaubwürdige Lichtquelle zu platzieren, die unter allen Bedingungen funktioniert.

Globale Licht- und Schatteneffekte unterliegen in Videospielen nämlich zwei konträren Eigenschaften. Sie können fein und realistisch wirken, müssen dafür aber statisch, weil vorberechnet sein. Oder sie können dynamisch sein, also beweglich, etwa um Tag und Nacht zu simulieren. Dann sind sie jedoch grob und müssen für einen überzeugenden Effekt wenig Abstand zum beleuchteten Objekt einhalten. Je größer die Spielfläche, desto schwieriger ist es, die Qualität der Schatten ansehnlich und vor allem gleichmäßig zu halten.

Deswegen umgehen viele Videospiel-Grafiker das Problem, wenn sie in einem Open-World-Szenario Tag- und Nacht-Wechsel einbauen. Entweder sie verkürzen die Schattendarstellung so sehr, dass Diskrepanzen nicht auffallen (siehe etwa Halo Infinite oder Horizon: Zero Dawn), oder sie ermogeln sich eine Lösung. Siehe etwa die Designer von Forza Horizon, die ihre Schatten für den virtuellen Tageszyklus vorbacken, indem sie eine hochqualitative, sehr rechenintensive Lichtquelle verwenden, das Ergebnis in diversen Winkeln abspeichern und in statischen Schatten-Maps ablegen. Diese Schatten-Maps wechseln sie im Spielverlauf schrittweise, was viel Speicherplatz kostet und beim Umschalten etwas abgehackt aussieht.

Mit Lumen möchte Epic das Beste beider Welten vereinen, um nicht nur vorzeigbare Ergebnisse zu optimieren, sondern Entwicklern Zeit und Mühe zu ersparen. Das Zauberwort heißt Raytracing. Die Lichtquelle (beispielsweise eine virtuelle Sonne) verschickt eine Vielzahl an Strahlen, die zeigen, wo genau das virtuelle Licht auf Oberflächen aufschlägt, zugleich aber auch, wohin es von dort aus hinreflektiert, was Schatten verdichtet und das Verhalten des Lichts realistischer abbildet. Etwa durch die Weitergabe farblicher Nuancen. Lumen ermöglicht das sofortige, hochqualitative und zugleich dynamische Ausleuchten einer Szene bei geringerem Speicheraufwand als üblich. Schärfere Schatten, reflektive Lichteigenschaften, intensivere Kontraste an schärferen Schnittstellen – in dieser Qualität gab es das bisher nicht.

Lumen ist somit ein wichtiger Baustein in der Glaubwürdigkeit der Szenen in der Matrix-Awakens-Demo, denn die Beleuchtung ist es, die Materialien wie Haut und Kleidung ihren filmischen Look verleiht. Ein offen zugängliches Debug-Menü im Stadterkundungsmodus beweist, dass die Beleuchtung jederzeit verändert werden kann, also dynamisch ist, und dennoch keine Qualitätseinbußen hat. Möglich ist das auf Konsolen nur dank Hardware-unterstütztem Rayracing, was erklärt, warum es die Demo für die vermeintlich schwache Xbox Series S gibt, aber nicht für Xbox One und Xbox One X oder PS4 und PS4 Pro.

Das Objekt-Puzzle

Was uns zum zweiten Puzzleteil der neuen Demo bringt, nämlich Nanite. Wenn alles so aufgeht, wie Epic es möchte, dann wird Nanite in Zukunft drei Dinge garantieren: Zum einen erleichtert es das Erstellen prozeduraler Strukturen, zum anderen verdichtet es das Detaillevel in Spielen, und last but not least vermittelt es den Eindruck einer kompletten, unveränderlichen Welt. Alle drei Eigenschaften erreicht die Engine durch dieselbe Methode, nämlich durch das Aufbrechen und das Verschmelzen polygonaler Strukturen.

Nervige Pop-ins am Horizont hat jeder von uns schon gesehen. Bäume, Gebäude, Menschen und andere Grafikdetails, die wie aus dünner Luft gezaubert in der Szene auftauchen. Und was wir auch alle kennen, sind inkonsistente Übergänge im sogenannten Level of Detail. Also wenn ein Objekt – etwa ein Baum – beim Näherkommen an die Kamera seine Struktur verändert. Beides kommt zustande, weil die Rechenleistung für Grafik begrenzt ist. Sollen Objekte im Vordergrund möglichst detailreich sein, dann müssen die im Hintergrund, die weniger Priorität genießen und sowieso schlechter zu erkennen sind, weniger Detail haben. Bislang ging das nur durch einen Austausch des Objekts. Grafiker zeichnen also einen detailreichen Baum und setzen ihn dann ein, wenn er gut zu sehen ist. Rückt er in die Ferne, tauschen sie ihn gegen einen weniger detaillierten Baum aus, der sehr ähnlich aussieht.

Den Kern des Problems bildet die Anzahl an Objekten, die ein AAA-Titel inzwischen benötigt. Es sind so viele, dass Grafiker alle Hände voll damit zu tun hätten, die Qualität der Varianten gleich zu halten, sofern es überhaupt möglich ist. Infolgedessen werden LoD-Modelle oft nur mit minimalem Aufwand händisch angepasst oder sogar automatisiert heruntergerechnet. Letzteres ist oft die schlechteste denkbare Lösung, da eine Rechenroutine nicht so gut wie ein Mensch feststellen kann, welche Kürzungen optisch ins Gewicht fallen.

Epics Nanite ist die große Ausnahme. Nanite geht den Prozess nämlich umgekehrt an. Statt ein Objekt, das aus vielen Polygonen und scharfen Texturen besteht, grob herunterzurechnen, analysiert die Routine dessen Beschaffenheit im Idealzustand und unterteilt es in viele kleinere Sektoren. Beim Herunterrechnen werden dann nur jene Teile herausgekürzt, die die geometrische Grundstruktur nicht verändern. Somit lassen sich nahe Objekte mit vielen Polygonen wenn überhaupt nur sehr schwer von entfernteren mit weniger Polygonbausteinen unterscheiden.

Und da das beinahe bis auf ein pixelgroßes Level möglich ist, kann Nanite eine viel größere Anzahl an entfernten Objekten darstellen als eine übliche Engine. Vordergrund UND Hintergrund werden detailreicher und Pop-ins abseits weniger unvermeidbarer Ausnahmen so selten, dass der Eindruck einer kompletten, unveränderlichen Welt nicht mehr die Aufmerksamkeit des Betrachters fesselt.

Ähnlich wie beim filmischen, realistischen Eindruck durch die Beleuchtung, bei der der Verstand des Spielers entspannen, ja der Szene ihre „Realität“ abkaufen möchte, entspannt die Wahrnehmung auch hier, was zu einem erhöhten Genuss des Dargebotenen führt. Die Grafikqualität der Unreal Engine 5 vertraut also nicht nur auf technische Faktoren, sondern auch auf psychologische.

Selbst ohne den psychologischen Faktor wäre die schiere Faktenlage unglaublich. Die Stadt dieser Demo umfasst 7000 Gebäude auf einem Gelände von etwa 4 mal 5 Kilometern. 35000 Stadtbewohner tummeln sich zwischen 45000 geparkten und 17000 fahrenden Autos auf 270 Kilometer Straße. All diese Objekte bestehen natürlich nicht aus individuellen Modellen, sondern aus erheblich weniger Vorlagen, die lediglich instanziert werden, um Rechenzeit und Speicher zu sparen.

Trotzdem eine beeindruckende Masse angesichts zweier Tatsachen. Erstens: Platzierte Autos und Fußgänger verschwinden nicht aus dem Spiel, wenn man sie aus dem Kamera-Blickwinkel verliert. Schwenk man zurück sind dieselben Autos und Passanten noch immer da und werden nicht zufällig neu generiert. Zweitens: Diese Stadt wurde nicht händisch gebaut, sondern prozedural aus einer Anzahl vorgefertigter Assets berechnet. Trotzdem funktioniert die KI mit ihren etlichen Autos, Fußgängern und entsprechenden Verkehrsregeln tadellos.

Der Preis für den Luxus

Zusätzliche Engine-Vorzüge wie die Physikeigenschaften für zerstörbare Objekte und das Niagara genannte Partikelsystem kommen Programmierern und Grafikern entgegen, gehören aber inzwischen zu normalen Features etlicher Engines. Ihre Ausführung in UE5 ist womöglich etwas besser und nicht zuletzt tiefer im Basiscode verwurzelt als bei den Middleware-Lösungen, die man in anderen Engines findet. Ein weiteres Element dürfte hingegen unverzichtbar sein, nämlich das neue temporale Upscaling, welches das Bild hochzieht. Epics Methode mag nicht so effizient sein wie Nvidias DLSS, was man an einer leichten Unschärfe sieht, aber allemal gut genug für das Aufblasen der Bildqualität auf den Konsolen.

Es ist eine unausweichliche Maßnahme. Nanite und Lumen kosten sehr viel Rechenkraft. Erheblich mehr als für eine native 4K-Darstellung auf den neuen Konsolen nötig wäre. Und selbst mit dem Upscaling auf vertretbare 1600p verweilt die Bildrate bei 30 FPS mit gelegentlichen, marginalen Einbrüchen. Gut, diese Demo ist keineswegs auf einem Level optimiert, wie man es von AAA-Spielen erwartet. Es wäre trotzdem ein Wunder, wenn ein Entwickler angesichts der nötigen Rechenkraft 60 FPS herauskitzelte.

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Kann Epic die Engine noch weiter optimieren? Vielleicht. Die Leistung verdoppeln? Unwahrscheinlich. Sollten wir dieses Mal nicht noch ein Mid-Generation-Update in Form einer PlayStation 5 Pro und einer Xbox Series Y bekommen, wird es wohl bei dieser Komplexität bei einem 30-FPS-Erlebnis bleiben. Wobei ja niemand vorschreibt, dass die Engine nur für Open-World-Spiele herhalten muss. Wer weiß, was Entwickler bei geschlossenen Spielumgebungen aus der Engine quetschen? Und wer weiß, was sich andere Engines von dieser Vorlage abschauen werden? So oder so: Die Zukunft beginnt jetzt!