Das Buch zu Game-Engineering

Grundlegende Konzepte und Techniken

Autor: Prof. Dr. Frank Dopatka
Verlag: Carl Hanser Verlag
ISBN: 978-3-446-48533-4
Erscheinung: 11.12.2026
Auflage: 1. Auflage

Hier finden Sie alle Informationen zu meinem geplanten Buch "Game-Engineering - Grundlegende Konzepte und Techniken". Es soll ca. 400 Seiten haben und beim Carl Hanser Verlag erscheinen.

Wie funktionieren moderne Game Engines unter der Haube – ganz unabhängig von Unity, Unreal oder Godot?

Dieses Buch liefert die erste umfassende, deutschsprachige Einführung in den Aufbau moderner Game Engines aus Sicht der Softwaretechnik. Statt sich auf eine bestimmte Engine zu beschränken, vermittelt es universelle Architekturprinzipien, Subsysteme und Algorithmen – verständlich, technisch fundiert und praxisnah.

Von Rendering-Pipelines, Animation und Physik über State Machines, Audio, Ressourcenmanagement und Netzwerktechnik bis hin zu Performance-Optimierung, Algorithmen und KI – das Buch gibt einen vollständigen Einblick in die Funktionsweise komplexer Spielsysteme.

Mit anschaulichen Beispielen, klarer Struktur und einem Fokus auf softwaretechnische Klarheit ist es ein unverzichtbares Grundlagenwerk für Studierende, Entwickler und alle, die verstehen wollen, wie professionelle Spiele entstehen. Starten Sie noch heute Ihre Reise in die faszinierende Welt der Spieleentwicklung!

Zielgruppen:
✅ Dozierende und Studierende in der Spiele-Entwicklung, der Medieninformatik und der Informatik im Allgemeinen
✅ Entwickler, die Game Engines verstehen statt nur benutzen wollen
✅ Indie-Entwickler, Tech Artists und Softwarearchitekten

Besonderheiten des Buchs:
✅ Engine-unabhängig erklärt
✅ Softwarearchitektur im Fokus
✅ Moderne Techniken: ECS, DOD, Raytracing, prozedurale Inhalte
✅ Python-Beispiele ohne C++-Barriere
✅ Umfangreiche Zukunftsbetrachtung wie KI, GaaS und Cloud

Das geplante Inhaltsverzeichnis, noch unter Vorbehalt:

1 Einführung in Game Engines

1.1 Die kleinen und die großen Entwickler

1.2 Game Engines, Frameworks und Bibliotheken

1.3 Aufgaben einer Game Engine

1.4 Die Bedeutung der Softwaretechnik

1.5 Zielgruppen und Einsatzbereiche

1.6 Ein historischer Überblick

1.6.1 Die frühen Jahre: Spiele ohne Engine

1.6.2 Der Schritt zur Modularität: Die 1990er-Jahre

1.6.3 Die 2000er-Jahre: Technologische Spezialisierung und plattformübergreifende Entwicklung

1.6.4 Moderne Multi-Plattform-Engines: Flexibilität und universelle Anwendungen

1.7 Was dieses Buch ist und was nicht

1.8 Ausblick auf die weiteren Kapitel

2 Architektur moderner Game Engines

2.1 Grundlagen: Game Loop und Subsysteme

2.2 Kommunikation zwischen Subsystemen

2.2.1 Direkte Kopplung

2.2.2 Polling

2.2.3 Event-Systeme

2.2.4 Message Queues

2.2.5 Observer Pattern

2.3 Paradigmen: Prozedural, OOP, Komponenten

2.4 Game Objects und Komponenten

2.4.1 Game Objects als Container

2.4.2 Transform und Hierarchien

2.4.3 Komponentenmodelle

2.5 Komponentenbasierte Architektur im Detail

2.5.1 Motivation und Vorteile

2.5.2 Klassische Komponenten

2.5.3 Transform, Renderer, Collider

2.5.4 Komponenten-Lifecycle

2.5.5 Komposition statt Vererbung

2.5.6 Tags und Layer

2.5.7 Prefabs und Instanziierung

2.5.8 Praxisbeispiel: Game Objects in Aktion

2.6 Entity-Component-System (ECS)

2.6.1 Motivation: Datenorientierung

2.6.2 Entities, Components, Systems

2.6.3 Archetypes und Chunks

2.6.4 Cache-Lokalität und Performance

2.6.5 Job-Systeme und Parallelität

2.6.6 Praxisbeispiel: ECS implementieren

2.7 Zustandsmodelle und State Machines

2.7.1 Zustandslogik

2.7.2 Finite State Machines

2.7.3 Hierarchische State Machines

2.7.4 Datengetriebene Zustände

2.8 Fazit

3 Benutzerinteraktion

3.1 Grundlagen der Benutzerinteraktion

3.1.1 Direkte und indirekte Steuerung

3.1.2 Eingabegeräte und Technologien

3.1.3 Immersive Technologien und Zukunftstrends

3.2 Eingabeverarbeitung

3.2.1 Erfassung und Interpretation von Eingaben

3.2.2 Filterung, Deadzones und Glättung von Eingabedaten

3.2.3 Optimierung der Eingabeverarbeitung und Latenzreduktion

3.2.4 Eingabeverarbeitung in Mehrspieler-Umgebungen

3.3 Benutzerinteraktion und Gameplay-Logik

3.3.1 Steuerung von Spielfiguren und Fahrzeugen

3.3.2 Verbindung zwischen Eingabe, Spiellogik und physikalischer Simulation

3.3.3 KI-Reaktionen auf Benutzereingaben

3.4 Interaktion und Benutzererfahrung

3.4.1 Bedeutung von Feedback für Kontrolle und Immersion

3.4.2 Faktoren einer positiven Benutzererfahrung

3.5 Gestaltung von intuitiven Steuerungen

3.6 Barrierefreiheit

3.6.1 Anpassung der Steuerung für motorische Einschränkungen

3.6.2 Visuelle und auditive Unterstützung

3.6.3 Kognitive Barrierefreiheit und Komfortfunktionen

3.6.4 Fazit zur Barrierefreiheit

3.7 Benutzerinteraktion in konkreten Engines

3.7.1 Eingabeverarbeitung in Unity

3.7.2 Eingabeverarbeitung in Unreal Engine

3.7.3 Eingabeverarbeitung in Godot Engine

3.8 Fazit

4 Rendering-Systeme

4.1 Grundlagen der Computergrafik

4.2 2D-, 2.5D- und 3D-Rendering

4.3 Echtzeit- vs. Offline-Rendering

4.4 Die Rendering-Pipeline

4.4.1 Koordinatensysteme und Transformationen

4.4.2 Vertex- und Fragmentverarbeitung

4.4.3 Framebuffer und Ausgabe

4.5 Rasterisierung und Raytracing

4.6 Shader und programmierbare Pipelines

4.7 Beleuchtung und Materialmodelle

4.7.1 Klassische Modelle (Diffuse/Specular)

4.7.2 Physically Based Rendering (PBR)

4.8 Szenengraphen und Szenenmanagement

4.9 Post-Processing

4.10 Optimierungstechniken

4.10.1 Frustum Culling

4.10.2 Level of Detail

4.10.3 Tile-Based Rendering

4.11 Praxisbeispiele

4.12 Fazit

5 Physiksimulation in Game Engines

5.1 Grundlagen physikalischer Simulation

5.2 Kräfte, Bewegung, Integration

5.3 Kollisionserkennung und -behandlung

5.4 Constraints, Gelenke und Mehrkörpersysteme

5.5 Fortgeschrittene Simulationen

5.5.1 Diskrete Elemente Methode (DEM)

5.5.2 Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)

5.5.3 Dissipative Particle Dynamics (DPD)

5.6 Inverse Dynamik und Animation

5.7 Praxisbeispiele

5.8 Fazit

6 Animation & Bewegungssteuerung

6.1 Bedeutung von Animationen

6.2 Animationsarten

6.2.1 Keyframe-Animation

6.2.2 Prozedurale Animation

6.2.3 Physikbasierte Animation

6.2.4 Hybride Ansätze

6.3 Animationsdaten und Formate

6.3.1 Skeleton, Rigging, Skinning

6.3.2 FBX und Austauschformate

6.3.3 Retargeting

6.4 Animationssysteme in Engines

6.5 Inverse Kinematik

6.6 State Machines und Blend Trees

6.6.1 Blend Trees

6.6.2 Transition-Logik

6.7 Synchronisation mit Gameplay

6.8 Praxisbeispiel in Unity

6.8.1 Charakter und Animationen aus Mixamo exportieren

6.8.2 Installation von Unity und das erste Projekt

6.8.3 Integration der FBX-Dateien aus Mixamo

6.9 Fazit

7 Audio

7.1 Grundlagen der Audiotechnik

7.2 Architektur von Audio-Subsystemen

7.2.1 Soundquellen und Audio-Manager

7.2.2 Audioprozessoren (DSP)

7.3 Räumliches Audio und 3D-Audio

7.4 Dynamische Audiosysteme

7.5 Audio als Spielmechanik

7.6 Middleware und Toolchains

7.7 Praxisbeispiele

7.8 Fazit

8 Ressourcenmanagement

8.1 Ressourcen und Lebenszyklen

8.2 Ressourcenmanagement-Strategien

8.3 Caching, Streaming und On-Demand-Loading

8.4 Ressourcenpools

8.4.1 Feste Pools

8.4.2 Dynamische Pools

8.4.3 Segmentierte Pools

8.5 Asset-Management und Pipelines

8.6 Optimierungstechniken (LOD, Culling, Instancing, DOD)

8.7 Fehlerbilder (Leaks, Fragmentierung, Ladezeiten)

8.8 Zukunftstrends

8.9 Praxisbeispiel

8.10 Fazit

9 Netzwerktechnik & Multiplayer

9.1 Einführung in die Netzwerktechnik in Spielen

9.2 Architekturmodelle (Client-Server, Peer-to-Peer)

9.3 Protokolle und Datenübertragung (UDP/TCP)

9.4 Latenz, Jitter und Paketverlust

9.5 Synchronisation und Replikation

9.6 Prediction, Interpolation, Reconciliation

9.7 Sicherheit, Cheating und Abuse

9.8 Skalierung und Cloud-Infrastruktur

9.9 Praxisprojekt: Einfaches Multiplayer-Spiel

9.10 Fazit

10 Algorithmen in Game Engines

10.1 Zufalls- und Wahrscheinlichkeitsalgorithmen

10.1.1 Zufallszahlengeneratoren

10.1.2 Monte-Carlo-Methoden für Simulationen und Tests

10.2 Wegefindung und Navigation

10.3 Kollisionserkennung und -auflösung

10.4 Prozedurale Generierung

10.5 Szenenmanagement und Raumaufteilung

10.6 Algorithmen für Rendering und Audio

10.7 Zusammenfassung

11 Performance und Optimierung

11.1 Bedeutung der Optimierung

11.2 Optimierung von Game Objects

11.2.1 Effiziente Datenstrukturen für Objekte

11.2.2 Object Pooling

11.2.3 Lazy Loading und gezieltes Aktivieren/Deaktivieren

11.3 Rendering-Optimierung

11.4 Physik-Optimierung

11.5 Audio-Optimierung

11.6 KI-Optimierung

11.7 Profiling und Debugging

11.8 Plattformspezifisches Tuning

11.9 Fazit

12 Zukunft von Game Engines: Technik, Verantwortung und Perspektiven

12.1 Technologische Entwicklungslinien

12.2 Modularität, Skalierbarkeit und Plattform-Ökosysteme

12.3 KI und datengetriebene Engines

12.4 Cloud-Infrastrukturen und Streaming

12.5 Wirtschaftliche Rahmenbedingungen

12.6 Nachhaltigkeit und Energieeffizienz

12.7 Ethik, Datenschutz, Fairness

12.8 Rolle des Menschen in der Spieleentwicklung

12.9 Fazit

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