Dynamic universe

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Unter http://de.wikipedia.org/wiki/Wechselwirkende_Galaxien werden Wechselwirkungen zwischen Galaxien beschrieben und http://de.wikipedia.org/wiki/Galaxie#Entstehung_der_Spiralarme kann man entnehmen, dass so eine Galaxie eben doch nicht einfach nur rotiert...

Ich habe mich daher gefragt, ob wir diese komplexe Dynamik auch abbilden wollen/können und ob das überhaupt sinnvoll ist...

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Dazu hier erstmal ein kurzer Exkurs zur möglichen Strukturierung des Universums:

1. Halb diskret, halb kontinuierlich
   Diese Variante hatten wir ursprünglich vorgesehen. Planetensystem bzw. Sektoren haben diskrete (also immer ganzzahlige Koordinaten). Ebenso können sich Schiffe nur in Systemen/Sektoren aufhalten und haben dann auch ganzzahlige Koordinaten. Wenn sich ein Schiff jedoch bewegt, wird die Route kontinuierlich betrachtet. Nur so ist es möglich auch mal Schiffe abzufangen oder andere Ereignisse entlang der Route festzustellen. Durch die Sektoren sind automatisch alle Schiffe in einem Sektor (also in näherer Umgebung zueinandern zugeordnet und können für Schlachten "verwendet" werden. Trotzdem ergeben sich hier nahezu unendliche Bewegungsmöglichkeiten für die Schiffe, weil wir ja von Größenordnungen für Galaxien im Bereich von ~ 20.000 x 20.000 x 10.000 Sektoren sprechen...
2. Voll kontinuierlich
   In dieser Variante haben die Planetensystem ebenfalls beliebige Koordinaten (Dezimalzahlen). Sektoren gibt es nicht und Schiffe können sich an jeder beliebigen Position aufhalten. Für die Bewegung von Schiffen gilt das gleiche wie in 1. Bei Schlachten wird es hier sehr komplizierter, da man Schiffe in bestimmten Umkreisen betrachten muss. Mit der unendliche Bewegungsvielfalt für Schiffe fällt leider automatisch die Zuordnung über Sektoren weg, was die Behandlung quasi unmöglich macht.
3. Voll diskret
   Bei dieser Variante bleiben die Sektoren und Systeme wie in 1. beschrieben. Zusätzlich gibt es für Schiffe jedoch nur die Möglichkeit entweder in einem Sektor zu sein oder unterwegs und damit "unantastbar" zu sein. (Das ist dann vom Prinzip her wie bei Travian mit den Truppenbewegungen) Auf diese Weise kann man jedoch niemals ein Schiff abfangen, da die Zwischenzustände zwischen 2 angeflogenen Sektoren nicht betrachtet werden. Allein aus diesem Grund scheidet diese Variante schon aus...

(siehe auch #29)

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Hier ein paar weiterführende Überlegungen dazu:

Eine Möglichkeit der Realisierung ist im Prinzip die oben angesprochene vollständig kontinuierliche Darstellung des Universums...
Nehmen wir an, wir würden allen Planetensystemen kontinuierliche Koordinaten zuweisen, verwischen die Grenzen von Sektoren und es wird zwangsläufig eine freie Bewegung der Schiffe im Raum möglich. Dies bringt allerdings auch die beschriebenen Komplikationen mit sich, die sich jedoch durch eine kleine Abänderung des Systems quasi beseitigen lassen. Beschränkt man die Kontinuität auf eine maximale Anzahl von Nachkommastellen in den Koordinaten, so ergibt ein Pseudo-Gitternetz, das wiederum dem Sektorgedanken sehr nahe kommt, nur dass in diesem Fall eine noch viel höhere Auflösung stattfindet.
Ziele in jedem Sinne (Planetensystem, feindliche Schiffe, Raumstationen) können nur durch exakte Angabe der Position (inkl. Nachkommastellen) angeflogen werden. Fliegt man auch nur eine Stelle daneben, so befindet man sich in den (nun zugegebener Maßen wirklich) unendlichen Weiten des Weltraums und kann sein Schiff frei bewegen. Aufgrund der im Vergleich zu einer Galaxie winzigen Größe von Planetensystemen nehmen diese auch nur einen Bereich kleiner als die letzte Nachkommastelle bei der Navigation ein und repräsentieren so eine Art Pseudo-Sektor. Egal wo man sich mit seinem Schiff befindet, gibt es natürlich auch hier eine definierte Scanner-Reichweite, in der man dann "über die nicht-vorhandenen Sektorgrenzen hinaus" Objekte (Schiffe, Planeten, Wracks etc.) detektieren kann. Durch genaue Angabe der Position lassen sich diese im Raum ansteuern.

• Schwierigkeit der Navigation bleibt analog zum Sektoren-Prinzip natürlich die nahezu endlose Möglichkeit der Bewegung. Durch den noch krasseren Effekt wird es umso schwieriger auf feindliche Schiffe zu stoßen, wenn man nicht ein paar Maßnahmen vornimmt, um diesen Effekt zu minimieren. Folgende Möglichkeiten fallen mir spontan dazu ein:
  • Der Spieler kann in der Regel nur Objekte als Ziele anwählen, deren Koordinaten dann direkt übernommen werden. Nur auf ausdrücklichen Wunsch kann er beliebige Koordinaten eingeben.
  • Gibt ein Spieler Koordinaten nahe eines Objektes ein (festgelegtes Delta), so könnten die Koordinaten automatisch auf das Objekt korrigiert werden.
• Offensichtliche Nachteile
  • Wie bereits beschrieben kann man quasi überall hinfliegen. Da kann es schon leichter mal vorkommen, dass man aneinander vorbei fliegt (auch wenn wir sonst auch schon sehr viele Sektoren haben werden). Man kann dann (genau wie bei den vorgeschlagenen Galaxiedimensionen) nur noch mehr hoffen, dass die Spieler auch den Konflikt suchen und sich treffen und sich nicht ständig aus dem Weg gehen. (Obwohl man es selbst bei Travian ja nicht verhindern konnte, dass jemand den Truppen ausweicht) Um das ganze interessanter zu machen soll es dann ja ohnehin Abfangschiffe geben, die durch ein extremes Gravitationsfeld vorbeifliegende Schiffe "einfangen" und an ihre Position ziehen, wo es dann zwangsläufig zur Schlacht kommt. Da macht es ja keinen Unterschied, ob wir von Sektoren sprechen oder nicht...
• Offensichtliche Vorteile
  • Als erstes zählt hier natürlich die Kontinuität! Jedes Objekt ist nun nicht mehr einer diskreten, festen Position zugeordnet, sondern hat eine theoretisch beliebig veränderliche Position. Durch aktualisieren der Position würde sich nur das Objekt und nicht gleich der ganze Sektor bewegen, wodurch eine Veränderlichkeit des Universums denkbar wird. Wie im nächsten Punkt beschrieben lassen sich durch die Bewegung der Objekte neue Effekte realisieren und es wird auch der im Anschluss beschriebene Punkt der Navigation verändert. Dazu muss man allerdings folgende Überlegung anstellen: Wie realisiert man die Bewegung? Spontan fallen mir dazu zwei Varianten ein:
    • Es gibt einen Job, der in regelmäßigen Abständen die Positionen von allen Objekten aktualisiert. Dazu werden dann alle Sterne (mit Planetensystem) "bewegt" und in ihrem Koordinaten (hauptsächlich wahrscheinlich in der 2. Nachkommastelle) angepasst. Außerdem müssen natürlich auch alle bewegten und nicht bewegten weiteren Objekte (Schiffe, Raumstationen, etc.) "versetzt" werden, wenn diese sich im Gravitationseinflussbereich einer Galaxie befinden (dann rotieren sie z.B. mit). Bei aktuell fliegenden Schiffen wird dann einfach das Ziel minimal verschoben, damit sie nicht plötzlich neben dem Ziel landen (auch wenn das natürlich auch ein lustiger Effekt wäre ). Vorteil ist hier, dass man zu jedem Zeitpunkt auf eine definierte Position für jedes Objekt zugreifen kann und diese nicht erst berechnen muss (siehe nächste Variante) Nachteil ist, dass man schlecht die Bewegung der Objekte vorhersehen kann, da man aus Sicht der DB ja nicht weiß, wie sich das Objekt bewegen wird, was aber angesichts der winzigen Schritte mit denen das passiert nicht so tragisch ist, wenn ohne hin sich bewegende Schiffe in ihrem Ziel mit angepasst werden.
    • Ähnlich, wie ich es ohnehin schon für bewegte Schiffe und für die Darstellung des Rohstoffwachstums geplant habe, könnte man die Position auch in Form einer Gleichung (vorzugsweise durch Speicherung von Koeffizienten für eine Gleichung fester Form) definieren. Die Objekte haben also von vorn herein keine fixe Position sondern sind beweglich und werden dementsprechend auch behandelt. Die große Frage, die wir uns dann nur stellen müssen ist nach der Art und Komplexität der Gleichung. Wir müssen vorher festlegen, wie die Gleichung aufgebaut ist, um so eine feste Anzahl an Koeffizienten zu haben, die wir in der DB speichern können. Großer Nachteil ist hier ganz klar die Tatsache, dass eigentlich bei jeder Abfrage der Position aus der Datenbank erst die Gleichung ausgewertet und die aktuelle Position berechnet werden muss (was natürlich Serverkapazitäten frisst). Vorteil ist ganz klar, dass die Position aller Objekte zu jedem Zeitpunkt bekannt ist und auch vorhergesagt werden kann. Für die Flugplanung der Schiffe ist das interessant, weil so auch galaxieübergreifende Flüge korrekt berechnet werden können.
  • Auf Basis der Kontinuität lassen sich so auch relativ einfach die Wechselwirkungen und Bewegungen von Galaxien realisieren. Es müssen dazu lediglich alle Sterne (bzw. Planetensysteme und weitere Objekte) im gleichen Bezugssystem behandelt werden. Bei Realisierung durch Sektoren wären diese an ein übergeordnetes Objekt, die Galaxie geknüpft, die vielleicht noch eine Position, Geschwindigkeit und Rotation hat. Alles was im Einflussbereich dieser Galaxie ist, ist jedoch relativ zueinander unbewegt und erleichtert die Behandlung natürlich ungemein. In diesem Fall jedoch muss diese Verknüpfung gelöst werden und alle Objekte werden individuell behandelt. Auf diese Weise ist es auch möglich, dass zwei Galaxien sich (wie in dem Wiki-Artikel zu sehen) vermischen und neue Formen annehmen. Eine hoch dynamische Veränderung eben.
• Sonstiges
  • Datenbanktechnisch macht das ganze natürlich auch einen Unterschied... Im Gegensatz zur Konkreten Darstellung wird es in der DB keine Liste von verfügbaren Sektoren geben, da es ja keine mehr gibt. Das stellt im Prinzip kein so großes Problem dar, da selbst bei der diskreten Darstellung mit definierten Sektoren aufgrund der Menge nicht alle Sektoren (inkl. leerer Sektoren) in der DB abgelegt werden können. (sonst müsste man bei der in game speed #29 diskutierten Größenordnung 4*10^12 = 4 Billionen Sektoren speichern...) Was die Abfragen angeht müsste man also ohnehin unterscheiden zwischen "in Sektor" und "an Position X", wobei bei dieser Variante nur die letzte Variante überall durchgezogen werden muss. Das sind dann halt einfache Vergleiche der Koordinaten.
  • Die Navigation spielt im Universum natürlich eine wichtige Rolle und wie bereits oben beschrieben ändert sich einfach alles bei Änderung des Modells. Aus diesem Grund muss das alles ganz genau analysiert und durchdacht werden, bevor wir uns irgendwelche Fallstricke einhandeln, die später versuchen uns das Genick zu brechen...
  • Grundsätzlich gilt, dass wir uns durch die Kontinuität denke ich in erster Linie Vorteile erkaufen, wenn wir deren Potential richtig nutzen. Wir können sie aber auch im ersten Schritt ganz klassisch und starr nutzen und halten uns so nur die Möglichkeiten für später offen...
  • Bevor das hier alles diskutiert wird, sollten wir eines unbedingt nicht vergessen. Die Bewegungen und Wechselwirkungen von Galaxien spielen sich über zig oder hunderte Millionen von Jahre hinweg ab. Klar, sind wir durch Modellierung der Galaxien im 100.000-Sektoren-Bereich mit Fluggeschwindigkeiten jenseits von Gut und Böse ohnehin noch weit entfernt von der Realität, aber wir sind denke ich auf einem guten Weg. Ein bisschen müssen wir halt Abstriche machen, damit der Spieler sich am Ende nicht einsam und allein in der Galaxie fühlt und erst Tage zum nächsten Nachbarn fliegen muss Wir drehen also ohnehin ein bisschen an der "Zeitschraube" und da hatte ich mich eben gefragt, ob die Wechselwirkung zwischen Galaxien nicht interessant wäre (weshalb ich überhaupt das Thema eröffnet habe). Klar sollten diese Bewegungen dennoch langsam von statten gehen (also über ein paar Realmonate hinweg), aber sie sollten gerade noch so schnell sein, dass man sie merkt. Wir hatten ja ohnehin angedacht Rotation und vielleicht auch noch lineare Bewegung der Galaxien zu modellieren, aber nur so können die Galaxien auch kollidieren ^^ Es eröffnet auch die taktischen Möglichkeiten auf einen günstigen Moment zu warten, um von einer Galaxie in die andere "zu hüpfen", eben dann, wenn man gerade auf der zugewandten Seite ist.
  • Wir sollten nicht vergessen in diesem Zusammenhang dennoch über die Möglichkeit der Verknüpfung zwischen Sternen und Galaxie nachzudenken. Dies ist einerseits hilfreich um die Bewegung der Sterne beschreiben zu können, wirklich wichtig wird es jedoch bei einem anderen Punkt: dem Gravitationseinflussbereich! Wenn wir die Galaxie betrachten müssen sich Objekte in ihrem Einflussbereich wie bereits erwähnt natürlich mitbewegen. Es muss also klar sein, in ob und wenn ja in welchem Einflussbereich ich mich befinde. Evtl. befinde ich mich bei einer Kollision sogar im Einflussbereich mehrerer Galaxien

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Also mal ganz ehrlich:
Eigentlich ist ja von vorn herein klar gewesen, dass das hier ein Selbstgespräch wird. Es hat doch niemand im Ernst damit gerechnet, dass ihr antwortet... ;-)
Dennoch finde ich des interessant, wie auch solche Selbstgespräche dabei helfen, sich selbst eine Meinung zu bilden, einfach nur indem man mal ganz genau über das Problem nachdenkt und die Gedanken mit Pro und Contra niederschreibt...

Als ich so über das Problem nachgedacht habe, habe ich auch versucht, das ganze noch mal von einem anderen Standpunkt aus zu betrachten, nämlich dem des Spielers. Ich denke nämlich, dass so ein veränderliches Universum vielleicht ganz cool klingt, aber Dauer eigentlich nur nervt! Grund zu der Annahme ist Folgender:
Wie bereits beschrieben ist es nicht ganz einfach, dass ganze zeitlich so hinzubiegen. Wenn wir die Sache zu langsam laufen lassen, kriegt man es kaum noch mit und wenn es zu schnell passiert, dann ist man schnell überrumpelt. In beiden Fällen bleibt jedoch das Problem, dass niemand es haben wollen wird, wenn sein Imperium durch solche Ereignisse zerrissen, platt gemacht oder durchgemixt wird. Und genau das wäre z.B. bei Kollision zweier Galaxien der Fall. Der Spieler kann sich überhaupt nicht darauf vorbereiten, weil er nicht weiß, was passieren wird. Werden zig Sterne ausgelöscht und/oder neue geschaffen. Wird sein Imperium durch den "Einschlag" aufgesplittet und driftet völlig auseinander oder wird es so stark komprimiert, dass er plötzlich zwischen anderen eingeklemmt ist Ganz egal, was es ist, man wird es in der Regel nicht haben wollen, weil es so oder so nur Probleme mit sich bringt

Ich bin also zu dem Schluss gekommen, dass wir das Universum doch lieber statisch lassen sollten. Selbst auf die Rotation und Bewegung von Galaxien können wir denke ich getrost verzichten, weil diese auch nicht wirklich von Bedeutung sind. Hier würde es erst interessant werden, wenn die Galaxien sich so schnell drehen oder bewegen, dass es wirklich einen Unterschied macht, ob ich heute oder morgen (in Realzeit) losfliege und das finde ich wirklich viel zu schnell.

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Ich würde demnach folgendes Modell vorschlagen:

• Starre definition des Universums mit Galaxien und Sektoren
• Die einzige Dynamik entsteht dadurch, dass ab und zu mal eine neue Galaxie dazu kommt (irgendwo am Rand als neuer Lebensraum) und dass zufällig im Universum neue Sterne entstehen
• Diskrete Sektoren in den ganzzahligen Koordinaten (x,y,z)
• Lediglich lockere Zuordnung zu Galaxien.
  Alle Sektoren werden im gleichen Koordinatensystem behandelt. Es wird so die auf unnötige relative Betrachtungen verzichtet. Die lockere Zuordnung zu Galaxien ist nur deshalb notwendig, damit bei Entstehung neuer Sterne klar ist, wo diese entstehen können und sie nicht einfach mitten im Nichts zwischen den Galaxien entstehen. Außerdem ist sie hilfreich, wenn man auf der Karte nur die aktuelle Galaxie sehen will (damit z.B. im Hintergrund nicht noch eine weitere zu sehen ist...)