Game-engine: de motor achter virtuele werelden
Een game-engine is de software die onder de motorkap van een videogame draait. Het is niet de game zelf, maar het gereedschap waarmee ontwikkelaars een game bouwen: een verzameling programma's die 3D-graphics op het scherm toveren, personages laten bewegen, botsingen berekenen en geluid afspelen. Zonder game-engine zou elke studio voor elke game opnieuw het wiel moeten uitvinden.
Een goede vergelijking is een professionele keuken. Een kok hoeft niet zelf een fornuis, een oven of messen te smeden voordat hij een gerecht kan koken; die apparatuur staat al klaar. Een game-engine werkt hetzelfde: het levert de "apparatuur" (rendering, natuurkunde, geluid, besturing) zodat ontwikkelaars zich kunnen richten op het "recept": het verhaal, de personages en de spelregels van hun game.
Wat is het precies?
Een game-engine bestaat uit meerdere onderdelen die samenwerken. Het belangrijkste onderdeel is de rendering-engine: de software die 3D-modellen, texturen en licht omzet in de beelden die je op je scherm ziet, tientallen keren per seconde opnieuw berekend.
Daarnaast bevat een engine een physics-engine, die natuurkundige wetten simuleert: zwaartekracht, botsingen tussen objecten, en hoe materialen zich gedragen (een stalen kist valt anders dan een zak veren). Een animatiesysteem zorgt dat personages en objecten geloofwaardig bewegen, vaak met een digitaal "skelet" (rigging genoemd) dat over een 3D-model wordt gelegd.
Om een game daadwerkelijk te laten functioneren, bieden engines scriptingtalen en programmeerinterfaces (API's, oftewel vaste "aansluitpunten" waarmee losse software-onderdelen met elkaar kunnen communiceren) aan. Hiermee voegen ontwikkelaars spellogica toe: wat gebeurt er als een speler op een knop drukt, of een vijand raakt.
Een asset-pipeline regelt hoe 3D-modellen, texturen, geluidseffecten en muziek vanuit ontwerpsoftware in de engine terechtkomen. En dankzij cross-platform compilatie kan dezelfde game, met relatief kleine aanpassingen, op een pc, spelcomputer of smartphone draaien.
Recente engines voegen geavanceerdere technieken toe. Nanite, onderdeel van Unreal Engine 5, is een systeem voor virtualized geometry: het laat ontwikkelaars extreem gedetailleerde 3D-modellen gebruiken zonder dat ze die handmatig hoeven te vereenvoudigen voor verschillende situaties. Lumen, ook in Unreal Engine 5, is een vorm van real-time global illumination: dynamische belichting die realistisch meebeweegt met veranderingen in de scène, zonder dat licht vooraf hoeft te worden "gebakken" in vaste lichtkaarten.
Wat wil men ermee bereiken?
De kern van het bestaansrecht van game-engines is efficiëntie. Het bouwen van een renderer, physics-systeem en animatietools vanaf nul kost jaren werk en vraagt zeer gespecialiseerde kennis. Door deze bouwstenen herbruikbaar te maken, kunnen studio's zich concentreren op wat hun game uniek maakt.
Engines maken het ook mogelijk om technologie te delen tussen games en zelfs tussen studio's. Verbeteringen aan een renderer komen niet slechts één game ten goede, maar alle games die op diezelfde engine draaien.
De ambitie reikt inmiddels verder dan games alleen. Dezelfde technologie die virtuele werelden tot leven brengt, wordt ingezet voor architectuurvisualisatie (een gebouw doorlopen voordat het gebouwd is), virtuele productie in film en televisie, trainingssimulaties, digital twins (digitale kopieën van fysieke systemen of omgevingen) en ontwerpvisualisatie in de auto-industrie.
Voorbeelden uit de praktijk
Er zijn talloze toepassingen van game-engines; onderstaande voorbeelden zijn een selectie en geen uitputtend overzicht.
Epic Games bracht in 2022 Unreal Engine 5 uit. Een jaar eerder, in 2021, toonde het bedrijf met de Matrix Awakens-techdemo wat Nanite en Lumen mogelijk maken: een stad vol gedetailleerde gebouwen en duizenden voertuigen, gerenderd in real time.
Dezelfde Unreal Engine wordt ook buiten games gebruikt. Voor de Disney+-serie The Mandalorian (vanaf 2019) zette visual-effectsbedrijf ILM zijn StageCraft-systeem in: enorme LED-wanden tonen realtime, door Unreal Engine gegenereerde achtergronden, waardoor acteurs op locatie lijken te staan zonder gebruik van een groenscherm.
Fortnite, ook van Epic Games, draaide aanvankelijk op een oudere versie van Unreal Engine en werd in 2023 overgezet naar Unreal Engine 5.
Unity, van Unity Technologies, wordt veel gebruikt voor mobiele games. In 2023 ontstond ophef toen het bedrijf een "Runtime Fee" aankondigde, een vergoeding per installatie van een game. Na felle kritiek van ontwikkelaars werd dit plan grotendeels teruggedraaid, maar de controverse zorgde wel voor een merkbare toename van interesse in het open-source alternatief Godot Engine.
CD Projekt Red gebruikte voor Cyberpunk 2077 (2020) zijn eigen, intern ontwikkelde REDengine. Voor toekomstige projecten kondigde de studio echter aan over te stappen op Unreal Engine 5, wat illustreert hoe zelfs grote studio's soms afstand nemen van eigen technologie ten gunste van gedeelde industriestandaarden.
Hoe ver is de techniek?
Game-engines zijn geen nieuw fenomeen: het concept bestaat al sinds het begin van de jaren negentig, toen id Software de techniek achter Doom herbruikbaar maakte voor andere games. Wat wij nu "game-engines" noemen, is dus een decennialange evolutie van steeds geavanceerdere gereedschapskisten.
De belangrijkste recente vooruitgang zit in real-time ray tracing (een renderingtechniek die lichtstralen natuurkundig nabootst voor realistische reflecties en schaduwen), virtualized geometry zoals Nanite, en AI-ondersteunde contentcreatie, bijvoorbeeld voor procedurele generatie van omgevingen of het automatisch genereren van animaties.
Er zijn ook duidelijke obstakels. De nieuwste functies vragen krachtige, en dus dure, hardware, wat de toegankelijkheid beperkt. Ondanks steeds betere tools blijven ontwikkeltijden van grote ("AAA") games vaak jarenlang, deels doordat de artistieke en inhoudelijke ambities evenredig meegroeien met de technische mogelijkheden.
Een ander punt van zorg is de afhankelijkheid van een klein aantal dominante engines, vooral Unreal en Unity. De Unity-controverse van 2023 liet zien hoe kwetsbaar studio's zijn wanneer een enkele partij eenzijdig het verdienmodel kan veranderen. Hoe de sector zich hiertegen zal wapenen, bijvoorbeeld door meer diversificatie richting open-sourcealternatieven, is nog onduidelijk. Ook is onzeker in welk tempo en op welke manier AI-gegenereerde content de rol van menselijke ontwikkelaars binnen engines zal veranderen.
Wie werken eraan?
Epic Games (Verenigde Staten) ontwikkelt Unreal Engine, een van de twee meest gebruikte engines wereldwijd. Unity Technologies (Verenigde Staten) is de maker van Unity, populair bij mobiele en indie-ontwikkelaars.
Valve (Verenigde Staten) ontwikkelde de Source- en Source 2-engines, gebruikt in onder meer Half-Life en Counter-Strike. id Software, tegenwoordig onderdeel van Bethesda en daarmee Microsoft, bouwt al decennia aan zijn id Tech-engines.
In Europa is Crytek (Duitsland) bekend van CryEngine, en werkt DICE, onderdeel van Electronic Arts, vanuit Zweden aan de Frostbite-engine. De Godot Foundation is een non-profitorganisatie die de ontwikkeling van de open-source Godot Engine coördineert, gedragen door een wereldwijde community van vrijwilligers en bijdragende bedrijven.
Naast individuele bedrijven spelen standaardisatie-instanties een belangrijke rol. De Khronos Group beheert open standaarden zoals Vulkan en glTF, die door verschillende engines gebruikt worden om efficiënt met grafische hardware te communiceren en 3D-content uit te wisselen. Op wetenschappelijk vlak is ACM SIGGRAPH een belangrijke onderzoeksgemeenschap waar vooruitgang op het gebied van computergraphics wordt gepresenteerd en besproken.