Drahtgittermodelle in 32 Kilobyte: Wie Cambridge-Studenten das erste 3D-Universum von Elite erschufen

Im Juni 1983 schrieb David Braben, ein Physikstudent im Grundstudium an der Universität Cambridge, eine kurze Softwareroutine auf seinem BBC Micro. Diese stellte vier statische Dreidimensional-Drahtgitter-Raumschiffe vor einem schwarzen Hintergrund dar. Die Demonstration weckte das Interesse des Mathematikstudenten Ian Bell im ersten Studienjahr, den Braben im Herbst 1982 während ihres ersten Semesters an der Universität Cambridge kennengelernt hatte. Auf einer Hardware, die laut Jimmy Mahers Bericht in The Digital Antiquarian durch einen 8-Bit-Hauptprozessor mit 2 Megahertz und lediglich 32 Kilobyte Arbeitsspeicher begrenzt war, machte sich das Duo daran, statische Vektormodelle in eine voll interaktive Weltraumsimulation zu verwandeln.

Hardware-Beschränkungen und die Zusammenarbeit in Cambridge

Als sie sich Ende 1982 kennenlernten, hatte Bell einen handelsüblichen BBC Micro auf den Campus mitgebracht, während Braben mit einem Acorn Atom anreiste, den er durch selbst aufgelötete Zusatzhardware modifiziert hatte. Bell verfügte bereits über kommerzielle Programmiererfahrung: Er hatte eine Version von Reversi bei Program Power veröffentlicht sowie das Actionspiel Freefall über Acornsoft.

Ihre gemeinsame Plattform stieß auf strenge physische Grenzen: Der BBC Micro arbeitete mit einem 2-Megahertz-8-Bit-Hauptprozessor und 32 Kilobyte Arbeitsspeicher. Entscheidend war, dass dem System eine Hardware-Unterstützung für Sprites fehlte. Das bedeutete, dass jede Grafikaktualisierung direkte Prozessorberechnungen für jede einzelne auf dem Bildschirm angezeigte Linie erforderte.

Übertragung von drei Dimensionen auf einen 8-Bit-Monitor

Um dreidimensionale Objekte auf einem flachen Monitor darzustellen, ohne den 2-Megahertz-Prozessor zu überlasten, reduzierten Bell und Braben die visuelle Komplexität auf das Wesentliche. Anstatt solide, gefüllte Flächen zu zeichnen – ein Prozess, der weit mehr Speicher und Rechengeschwindigkeit erfordert hätte, als das System bot –, stellten sie Raumschiffe als dünne Drahtgitter-Umrisse dar.

Um den mathematischen Aufwand weiter zu verringern, beschränkten die Entwickler die Weltraumobjekte auf konvexe Formen. In einer konvexen Geometrie tritt jede gerade Linie, die durch das Objekt gezogen wird, nur einmal in die Form ein und wieder aus. Dies verhinderte komplexe interne Berechnungen oder verdeckte Linienüberschneidungen. Diese Geometrie ermöglichte es dem System, Perspektiven-Transformationen rasch zu berechnen und geometrische Koordinaten in sich bewegende Raumfahrzeuge umzuwandeln.

Vereinfachung von Flugdynamik und Weltraumlogistik

Die Darstellung eines dreidimensionalen Universums war nur die eine Hälfte der technischen Herausforderung; die Steuerung eines Schiffes darin stellte eine eigene Hürde für die Benutzeroberfläche dar. Ein reales Raumfahrzeug im dreidimensionalen Raum benötigt Kontrolle über sechs Freiheitsgrade: Nicken nach oben oder unten, Rollen nach links oder rechts und Gieren zur Seite. Standardmäßige Mikrocomputer-Joysticks boten Eingabemöglichkeiten entlang von nur vier Hauptachsen.

Bell und Braben lösten das Problem, indem sie die Giersteuerung komplett strichen. Da dem offenen Weltraum ein fester Horizont oder eine Bodenebene fehlt, konnten Richtungsänderungen vollzogen werden, indem das Schiff in die gewünschte Ausrichtung gerollt und anschließend nach oben oder unten genickt wurde. Das Spiel im leeren Weltraum anzusiedeln, minimierte zudem die Anforderungen an das Rendering, da der Prozessor keine Geländegrenzen berechnen musste.

Anpassung von Tabletop-Mechaniken an den offenen Weltraumhandel

Anstatt ein kurzes Arcade-Spiel mit Fokus auf Highscores zu entwerfen, bauten Bell und Braben eine an das Tabletop-Rollenspiel Traveller angelehnte Open-World-Wirtschaftsstruktur auf. Traveller lieferte die Vorlage für den Spielfortschritt, interstellare Handelsmechaniken und anpassbare Schiffswaffen. Die Spieler navigierten zwischen Planetensystemen und verdienten Geld, indem sie Waren in einem System günstig kauften und in einem anderen teuer verkauften.

Verdiente Credits konnten für funktionale Ausrüstungs-Upgrades ausgegeben werden. Die Spieler konnten einen Treibstoffsammler erwerben, der nah an Sonnen vorbeiflog, um Treibstoff direkt aus Sternen zu gewinnen, oder 1000 Credits für einen automatischen Landekomputer ausgeben, um die schwierige manuelle Ausrichtung beim Einflug in rotierende Raumstationen zu umgehen.

Indem sie 3D-Vektormathematik, vereinfachte Flugphysik und einen offenen wirtschaftlichen Fortschritt auf 32 Kilobyte Arbeitsspeicher zusammenführten, schufen Bell und Braben die technische Architektur für moderne Weltraumsimulationen. Ihr Projekt bewies, dass komplexe dreidimensionale Umgebungen durch gezielte geometrische Optimierung auf bescheidener Konsumentenhardware laufen konnten, und prägte die Art und Weise, wie Softwareentwickler das Open-World-Design angingen.

Titelbild: KI-generierte Illustration; kein Dokumentarfoto.

Quelle: Elite (or, The Universe on 32 K Per Day)