Wie entstehen virtuelle Welten? Vom Konzept zur VR-Welt

Virtuelle Welten entstehen in mehreren Schritten, meist im Team: Zuerst wird die Idee als Konzept und Storyboard festgehalten, dann werden Landschaften, Gegenstände und Figuren als 3D-Modelle gebaut, mit Oberflächen versehen und animiert. In einer Game Engine wird alles zusammengesetzt, beleuchtet, vertont und so programmiert, dass die Welt auf euch reagiert. Zum Schluss wird getestet, getestet und noch mal getestet.

Für VR kommt eine besondere Hürde dazu: Jedes Bild muss zweimal berechnet werden, einmal für jedes Auge, und das viele Dutzend Mal pro Sekunde. Wie das alles zusammenpasst, erklären wir hier Schritt für Schritt, am Beispiel von Dinosauriern, die es seit Millionen Jahren nicht mehr gibt und die in VR trotzdem direkt vor euch stehen.

Wer baut eigentlich virtuelle Welten?

Virtuelle Welten baut fast nie eine Person allein. Bei größeren Projekten arbeiten viele Fachleute zusammen, die jeweils einen Teil übernehmen:

• Konzept und Game Design: Wer denkt sich die Geschichte, die Aufgaben und die Regeln aus?
• Concept Art: Zeichnungen, die zeigen, wie Orte und Figuren aussehen sollen.
• 3D-Modellierung und Texturen: Aus Zeichnungen werden dreidimensionale Objekte mit Oberflächen.
• Animation: Figuren lernen laufen, fressen, sich umdrehen.
• Programmierung: Skripte sorgen dafür, dass etwas passiert, wenn ihr eine Tür öffnet oder einen Hebel zieht.
• Sound Design: Geräusche, Musik und Stimmen, die aus der richtigen Richtung kommen.
• Test und Qualitätssicherung: Fehler finden, bevor die Spielerinnen und Spieler sie finden.

In kleinen Studios oder bei eigenen Projekten übernimmt eine Person oft mehrere dieser Rollen. Genau deshalb ist es hilfreich, von jedem Schritt ein bisschen zu verstehen.

Wie beginnt eine virtuelle Welt?

Eine virtuelle Welt beginnt mit einem Konzept, also einer schriftlichen und gezeichneten Beschreibung dessen, was ihr erleben sollt. Darin steht, wo die Geschichte spielt, welche Figuren vorkommen, was die Spielerinnen und Spieler tun und wie lange das Ganze dauert.

Ein Storyboard zeigt den Ablauf Bild für Bild, ähnlich wie ein Comic. Bei VR ist das besonders wichtig, weil ihr euch in alle Richtungen umschauen könnt. Das Team muss also überlegen, wie es eure Aufmerksamkeit lenkt: mit einem Geräusch von links, einem Licht in der Ferne oder einer Figur, die auf etwas zeigt. Für Welten, in denen man sich frei bewegt, kommt die Frage dazu, wie die virtuelle Umgebung zur echten Spielfläche passt.

Bei einer Welt mit Dinosauriern gehört noch etwas dazu: Wissen. Age of Dinosaurs, eines der Erlebnisse in unseren Sandbox-VR-Stores, ist gemeinsam mit dem Natural History Museum London entstanden und basiert auf echten Fossilien und aktuellen Forschungsergebnissen. Aus Knochenfunden und Erkenntnissen der Forschung wird also abgeleitet, wie groß ein Tier war, wie es stand und wie es sich bewegt haben könnte. Erst dann beginnt das Modellieren.

Wie entsteht ein 3D-Modell?

Ein 3D-Modell ist ein digitaler Körper, der aus vielen kleinen Flächen zusammengesetzt ist. Die Eckpunkte dieser Flächen heißen Vertices, die Verbindungen Kanten, die Flächen selbst Polygone. Zusammen bilden sie ein Netz, das sogenannte Mesh.

Es gibt zwei typische Wege, ein Modell zu bauen. Beim Polygon-Modellieren verschiebt ihr Punkte, Kanten und Flächen, was sich gut für Gebäude, Fahrzeuge und Gegenstände eignet. Beim digitalen Sculpting formt ihr die Oberfläche wie Ton mit Pinselwerkzeugen, was sich für organische Formen wie Haut, Muskeln oder Schuppen anbietet. Die Entwicklerplattform Unity beschreibt einen typischen Ablauf in diesen Schritten:

1. Grundform anlegen: grobe Umrisse, noch ohne Details.
2. Details ausarbeiten: per Polygon-Modellieren oder Sculpting.
3. Netz optimieren: damit sich das Modell sauber bewegen und schnell darstellen lässt.
4. UV-Mapping: das Modell wird gedanklich „aufgeklappt“, damit sich ein flaches Bild darauf legen lässt.
5. Texturen und Normal Maps: Farbe, Muster und feine Details wie Falten kommen auf die Oberfläche.
6. Detailstufen: vereinfachte Versionen für die Darstellung aus großer Entfernung.

Der Trick mit den Normal Maps ist wichtig für Echtzeit-Grafik: Feine Details aus einem sehr detaillierten Modell werden als Bild auf ein einfacheres Modell übertragen. Das sieht fast genauso aus, ist aber viel schneller zu berechnen.

Wie lernen Figuren, sich zu bewegen?

Figuren bewegen sich mithilfe eines digitalen Skeletts, des sogenannten Rigs. Beim Rigging wird das Modell mit einer Hierarchie aus Knochen und Steuerelementen verbunden. Bewegt sich ein Knochen, verformt sich das Netz drumherum, so wie sich bei euch die Haut mitbewegt, wenn ihr den Arm beugt.

Für die eigentliche Bewegung gibt es zwei Wege:

• Keyframe-Animation: Animatorinnen und Animatoren legen wichtige Posen fest, die Software berechnet die Übergänge. So entstehen oft Tiere und Fantasiewesen, die niemand nachspielen kann.
• Motion Capture: Die Bewegungen echter Menschen werden aufgezeichnet, etwa mit Kameras, die Markierungen am Körper verfolgen. Aus den Positionen der Markierungen berechnet der Computer Bewegungsdaten, die auf das Skelett einer digitalen Figur übertragen werden.

Bei Dinosauriern kommt viel Handarbeit dazu, denn kein Brachiosaurus stellt sich vor eine Kamera. Wie er seinen langen Hals bewegt oder wie schwer seine Schritte wirken, müssen Animatorinnen und Animatoren aus dem Wissen über Körperbau und heutige Tiere ableiten.

Was macht eine Game Engine?

Eine Game Engine ist eine Software, in der alle Bausteine zu einer funktionierenden Welt zusammengesetzt werden. Sie stellt die Grafik dar, berechnet Licht und Schatten, simuliert Physik wie Schwerkraft und Zusammenstöße, spielt Sound ab und führt die Skripte aus, die festlegen, was passiert.

Bekannte Engines sind Unity und die Unreal Engine, die auch für VR-Anwendungen genutzt werden. Die Unreal Engine unterstützt zum Beispiel OpenXR, einen offenen Standard, mit dem eine Anwendung auf verschiedenen VR-Systemen laufen kann. Eine frei verfügbare Alternative ist Godot, eine Engine für 2D- und 3D-Spiele, die vollständig kostenlos und quelloffen unter der MIT-Lizenz steht.

In der Engine passiert auch das, was eine Welt lebendig wirken lässt:

• Licht: Sonnenstrahlen durch Blätter, Nebel über einem Sumpf, Schatten, die zur Tageszeit passen.
• Sound: Geräusche, die lauter werden, wenn ihr näher kommt, und aus der Richtung kommen, in der etwas passiert.
• Interaktion: Ihr streckt die Hand aus, und ein Gegenstand reagiert. Dafür braucht es Programmierung.
• Test: Das Team spielt die Welt immer wieder durch, sucht Fehler und prüft, ob sie flüssig läuft.

Warum ist eine Welt für VR schwieriger zu bauen?

Eine VR-Welt ist schwieriger zu bauen, weil das Headset jedem Auge ein eigenes, leicht versetztes Bild zeigt und beide Bilder bei jeder Kopfbewegung neu berechnet werden müssen. Die Entwicklerdokumentation von Meta nennt dafür feste Zeitbudgets: Bei 90 Bildern pro Sekunde bleiben für jedes Bild nur 11,1 Millisekunden, bei 120 Bildern 8,3 Millisekunden. Schafft die Welt das nicht, ruckelt es, und das fällt in VR viel stärker auf als auf einem Bildschirm.

Deshalb ist Optimieren in VR so wichtig. Ein Dinosaurier mit Millionen Polygonen sieht im Film großartig aus, in Echtzeit muss er mit weniger auskommen und trotzdem echt wirken. Wie Displays, Linsen und Tracking dafür zusammenspielen, erklärt unser Beitrag Wie funktioniert Virtual Reality?.

Dazu kommt der eigene Körper. Wenn ihr euch bewegt, muss die Welt genau mitgehen, sonst passen Sehen und Gleichgewicht nicht zusammen. Je mehr Sinne dasselbe melden, desto stärker wirkt die Illusion. Warum das so ist, lest ihr unter Immersion und Presence.

Wie funktioniert das bei Age of Dinosaurs?

Bei Age of Dinosaurs kommen alle diese Schritte zusammen, und zusätzlich echte Technik am Körper. In unseren Sandbox-VR-Stores tragt ihr ein Headset, Tracker an Händen und Füßen und eine haptische Weste, alles kabellos. Ihr bewegt euch frei über die Spielfläche, euer Avatar bewegt sich eins zu eins mit, und eure Mitspielerinnen und Mitspieler seht ihr als Avatare neben euch.

Im Video erklärt Merlin, Sandbox Guide und Auszubildender bei uns, wie Age of Dinosaurs technisch funktioniert und warum die Dinosaurier täuschend echt wirken, obwohl sie vollständig virtuell und harmlos sind. Es geht um moderne VR-Systeme, Motion Tracking, haptisches Feedback und die Spielfläche, das „Holodeck“. Das Video ist sein Abschlussprojekt der Ausbildung zum Gestalter für immersive Medien.

Video abspielen · 4:19 Min.

Mehr zum Erlebnis selbst, von der Zeitreise bis zum Brachiosaurus, steht auf der Seite zu Age of Dinosaurs. Für Schulklassen gibt es die Expedition auch als Ausflug; wie Lehrkräfte so etwas planen, steht in unserem Ratgeber zum Schulausflug.

Selbst ausprobieren: Mit welchen kostenlosen Tools könnt ihr anfangen?

Ihr könnt eure erste eigene virtuelle Welt bauen, ohne Geld auszugeben. Diese Programme sind ein guter Start:

Programm	Wofür	Kosten
Blender	3D-Modelle, Sculpting, Rigging, Animation, Rendering	Kostenlos, Open Source
Godot	Game Engine für 2D und 3D, mit XR-Unterstützung	Kostenlos, Open Source (MIT-Lizenz)
Unity Personal	Game Engine, auch für VR	Kostenlose Version für Einzelpersonen und kleine Organisationen
Unreal Engine	Game Engine, auch für VR	Kostenlos herunterladen, Gebühren erst bei kommerziellem Erfolg

So könnt ihr vorgehen:

1. Klein anfangen: Baut in Blender einen einfachen Gegenstand, etwa eine Tasse oder einen Stein.
2. Eine Szene bauen: Setzt ein paar Objekte in einer Engine zusammen, mit Boden, Licht und Himmel.
3. Interaktion ergänzen: Lasst eine Tür aufgehen, wenn eure Figur davorsteht. Für Godot und Unity gibt es dafür viele Einsteiger-Tutorials.
4. Fertig machen: Lieber eine kleine Szene komplett als zehn halb fertige.

Für Konten bei manchen Anbietern braucht ihr je nach Alter die Zustimmung eurer Eltern. Schaut dafür in die Nutzungsbedingungen.

Welche Berufe und Ausbildungen gibt es?

Seit dem 1. August 2023 gibt es in Deutschland den Ausbildungsberuf Gestalter/-in für immersive Medien. Die duale Ausbildung dauert drei Jahre. Laut Bundesinstitut für Berufsbildung entwickeln Fachleute in diesem Beruf virtuelle Welten, produzieren immersive Medien mit Autorenwerkzeugen und Entwicklungsumgebungen, modellieren 3D-Daten, nehmen Bild und Ton auf und erstellen Animationen und virtuelle Klangwelten. Die Ausbildungsverordnung nennt außerdem das Rigging mit Skeletten, das Entwickeln und Testen von Prototypen auf verschiedenen Geräten und die Zusammenarbeit im Team, auch auf Englisch.

Daneben gibt es Studiengänge, die in die Branche führen, etwa Game Design, Medieninformatik oder Informatik. Welcher Weg passt, hängt davon ab, ob euch eher Gestaltung, Technik oder beides reizt. Ein eigenes kleines Projekt hilft in jedem Fall, denn damit könnt ihr zeigen, was ihr schon könnt.

Kurz gesagt: Wie wird aus einer Idee eine VR-Welt?

Aus einer Idee wird eine VR-Welt, wenn Konzept, 3D-Modelle, Animation, Licht, Sound und Programmierung in einer Game Engine zusammenkommen und die Welt so lange getestet wird, bis sie flüssig läuft. Für VR muss alles doppelt und sehr schnell berechnet werden, und der eigene Körper muss genau mitgehen. Wer Lust darauf hat, kann mit kostenlosen Programmen heute anfangen und über Ausbildung oder Studium einen Beruf daraus machen.