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TeX
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\section{3d Welt}\label{sec:3d-world}
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\setauthor{Florian Beckerle}
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Jedes Spiel besitzt eine Spielwelt.
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Dabei ist es egal ob es sich um eine 3D oder 2D Applikation handelt.
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Unter den Begriff Spielwelt fällt die Umgebung in welcher, sich der Spieler befindet.
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Es gibt hierbei so gut wie keine Einschränkungen in Bezug auf Kreativität, egal ob die digitale Welt nun ein riesiger Ring, der im Weltall schwebt,
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oder eine verlassene Großstadt in einer postapokalyptischen Welt ist, siehe Abb. ~\ref{fig:3d_environment_destiny2}.
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~\cite{GamesRadar_HaloRing_2022}
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%% this image and the next are not working. see issue #1
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\begin{figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.4]{pics/3d_welt_halo_ring}
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\caption{3D Welt - Halo}
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\label{fig:3d_environment_halo}
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\end{figure}
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%% Grafik für Destiny 2 Locations noch einbinden (Seite für Quelle lädt grade nicht Bungie.net)
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\begin{figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.3]{pics/3d_welt_destiny_planets}
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\caption{3D Welt - Destiny 2}
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\label{fig:3d_environment_destiny2}
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\end{figure}
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Spielehersteller bauen die Spielwelten so auf, wie es am besten zu der Vision des Spieles passt.
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Gleichzeitig wird darauf geachtet, dass sich die Umgebung nicht langweilig oder leer anfühlt.
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Hierfür wird Environmental Storytelling verwendet.
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Darunter versteht man das Platzieren von Gegenständen und Objekten,
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welche dem Spieler eine kleine Geschichte erzählen.
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Das passiert jedoch nicht über Sprache sondern einfach nur über die Platzierung und das Aussehen.
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Ein Beispiel hierfür w\"are das Bild von Cayde-6 (ein Charakter aus Destiny 2), welches in einem Restaurant platziert wurde.
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Cayde ist einer der drei Anführer der Vanguard, welche eine Ansammlung an Guardians (Spielern und NPC) ist und gegen das Böse kämpft.
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In Forsaken starb Cayde jedoch und viele trauerten um ihn, als Gedenken wurde dieses Bild aufgehängt.
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~\cite{GameDeveloper_2022}
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\begin {figure}
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\includegraphics[scale=0.3]{pics/3d_welt_destiny2-environmental-storytelling}
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\caption{Environmental Storytelling '-' Destiny 2 Cayde}
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\label{fig:3d_environmental_storytelling_destiny2}
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\end {figure}
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\subsection{City Grid System}\label{subsec:city-grid-system}
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\setauthor{Florian Beckerle}
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Um die Gestaltung der Welt in BeamVR zu erleichtern, wurde ein Grid System verwendet.
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Dafür ist die Stadt in ein Raster aufgeteilt, an welchem sich alle Objekte der Welt auf allen 3 Achsen (x,y,z) orientieren.
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Unity stellt, wie in Abb. ~\ref{fig:grid-system-unity} zu sehen, so ein Grid Snapping System zur Verf\"ugung.
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Daher wurde f\"ur BeamVR am Anfang der Modellierungsphase eine bestimmte Grid-Size festgelegt,
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an welche die Grundfl\"achen der Geb\"aude und die Straßen
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angepasst wurden.
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.5]{pics/unity-grid-snapping}
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\caption{Unity '-' Grid Snapping System}
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\label{fig:grid-system-unity}
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\end {figure}
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Wenn man die Grid Size, also die Gr\"osse des Rasters \"andern m\"ochte, muss man zuerst im Editor das Grid and Snap Fenster öffnen.
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Als n\"achstes findet man unter dem Bereich World Grid ein Attribut namens Size, wo man die X, Y und Z Achsen frei und unabh\"angig voneinander umskalieren kann, siehe Abb. ~\ref{fig:grid-size-unity}.
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~\cite{Unity_GridSnapping_2022}
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics{pics/unity-grid-snapping-size}
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\caption{Unity - Grid Snapping Size}
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\label{fig:grid-size-unity}
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\end {figure}
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\subsection{Stadt}\label{subsec:city}
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\setauthor{Florian Beckerle}
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Jede Stadt hat viele verschiedene Strukturen wie zum Beispiel Sehensw\"urdigkeiten, Bauwerke und Einrichtungen wie Kinos, Theater oder Restaurants.
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F\"ur BeamVR wurden daher insgesamt \"uber 34 Geb\"aude Modelle erstellt, um eine Vielfalt in der Umgebung zu erreichen, siehe Abb. ~\ref{fig:beamvr_building-variety}.
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.18]{pics/beamvr_building-variety}
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\caption{Beam VR - Building Overview}
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\label{fig:beamvr_building-variety}
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\end {figure}
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Die Stadt wurde so entworfen, dass nur die für den Spieler sichtbaren Objekte wirklich existieren, wie auf der Abb. ~\ref{fig:beamvr_building-variety} zu erkennen ist.
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Bei richtiger Umsetzung scheint es für den Anwender dennoch so, als w\"are dieser in einer kompletten Spielwelt.
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Um die Performance des Spieles zu verbessern, wurde dieser Trick in BeamVR angewandt, da unn\"otige Objekte nicht gerendert oder berechnet werden m\"ussen.
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Bei gr\"oßeren Projekten spart das nicht nur Zeit sondern auch Ressourcen.
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Bei BeamVR wurde diese Technik angewandt, um die Frames per Second zu erh\"ohen.
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\subsection{Tag Stadt}\label{subsec:day-city}
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\setauthor{Florian Beckerle}
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Es wurden 17 der 34 unterschiedlichen Geb\"aude f\"ur diese Map modelliert, siehe Abb. ~\ref{fig:beamvr_building-variety}.
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Der Fokus bei der Gestaltung der Bauwerke lag darauf, dass diese m\"oglichst realistisch aussehen und dennoch nicht zu rechenaufwendig in der Darstellung sind.
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Daher wurden Texturen verwendet, um kleinere Details an den Fassaden darzustellen, statt diese zu modellieren.
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Das gleiche Prinzip wurde bei der Apocalypse Map verwendet, siehe Abschnitt ~\ref{subsec:apocalypse-city}.
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Die Texturen stellen Fassaden aus Stein und Glas dar.
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Ein weiterer wichtiger Punkt bei der Planung der Stadt war es auch, dass der Spieler nicht aus der Stadt hinaus schauen kann und die Illusion aufrecht erhalten bleibt.
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Daher wurden alle umliegenden Bauwerke mindestens 3 Meter h\"oher gemacht als das Geb\"aude, auf dem sich der Spieler befindet, siehe Abb. ~\ref{fig:beamvr_building-heights}.
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.5]{pics/beamvr_city_day_heights}
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\caption{Beam VR - Building Heights}
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\label{fig:beamvr_building-heights}
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\end {figure}
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\subsection{Nacht Stadt}\label{subsec:night-city}
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\setauthor{Florian Beckerle}
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In der Nacht Version der Stadt wurde die Skybox angepasst.
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Diese zeigt nun einen Sternenhimmel.
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Es handelt sich hierbei um eine Sphere oder Box, welche sich um die Spielwelt befindet.
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Sie wird dazu benutzt, um einen Himmel oder andere Umgebungen,
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in Form von Texturen darstellen zu können, ohne dass diese als Modelle existieren.
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Zus\"atzlich wurde die Belichtung der Scene auf ein bl\"auliches Licht eingestellt und die Laternen in den Straßen
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haben noch eigene Lichtquellen, siehe Abb. ~\ref{fig:beamvr_night_map_lighting}.
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.3]{pics/beamvr_night_overview}
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\caption{Beam VR - Night Map Lighting}
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\label{fig:beamvr_night_map_lighting}
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\end {figure}
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\subsection{Apocalypse Stadt}\label{subsec:apocalypse-city}
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\setauthor{Florian Beckerle}
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F\"ur diese Umgebung wurden alle Geb\"aude nocheinmal \"uberarbeitet.
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Statt der intakten Glasfassaden werden nun barrikadierte Fenster und Ziegelsteine ohne Verputz f\"ur die Bauwerke verwendet, siehe Abb. ~\ref{fig:beamvr_damaged_texture}.
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Durch diese \"Anderung sieht die Stadt verlassen und postapokalyptisch aus.
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Um den Effekt noch zus\"atzlich zu verst\"arken, wurden die Bauwerke in eine Schieflage gebracht, sodass es aussieht, als w\"urden diese gleich zusammenbrechen.
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Das Gel\"ande wurde mit neuen Sandstein Texturen und D\"unen in eine W\"uste umgewandelt.
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Die Planzen und B\"aume wurden durch ausgetrocknete B\"usche ausgetauscht, damit die Welt ein trostloses Aussehen erhält, siehe Abb. ~\ref{fig:beamvr_apocalypse_map}.
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics{pics/beamvr_damaged_texture}
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\caption{Beam VR - Damaged Texture}
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\label{fig:beamvr_damaged_texture}
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\end {figure}
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.3]{pics/beamvr_apocalypse-overview}
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\caption{Beam VR - Apocalypse Map}
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\label{fig:beamvr_apocalypse_map}
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\end {figure}
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\section{Sound Design}\label{sec:sound}
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\setauthor{Florian Beckerle}
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Ohne Sound Design würden die Maps von BeamVR unrealisitsch wirken, da in einer Stadt Lärm an der Tagesordnung steht.
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In der virtuellen Umgebung der verwendeten Game Engine existieren anfangs keine Geräusche, diese m\"ussen von den Entwicklern selber erstellt und eingef\"ugt werden.
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Es gibt viele verschiedene Arten Sound Design zu benutzen wie zum Beispiel die Ger\"ausche, die der Anwender selbst in der virtuellen Welt verursacht.
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Wenn sich der Spieler bewegt, sollten Fußstapfen zu h\"oren sein.
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Diese klingen je nach Bodentyp unterschiedlich.
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Besteht der Boden aus Holz, wird man ein h\"olzernes Klopfen und Knarren h\"oren.
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Ist der Boden jedoch mit Gras bedeckt, wird ein Rascheln abgespielt.
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Zus\"atzlich wird der gesteuerte Charakter außer Atem sein, wenn gelaufen wurde oder gerade ein Sprung ausgef\"uhrt wird.
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Das wird mithilfe von Atem-Geräuschen umgesetzt.
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Bei Umgebungen ist es wichtig, dass die Welt nicht leer klingt, sondern mit situationsbedingten Hintergrundger\"auschen voller Leben erscheint.
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Es gibt jedoch auch Situationen, in denen gezielt wenig Umgebungsger\"ausche benutzt werden, um zum Beispiel eine W\"uste oder eine verlassene Stadt noch einsamer und trostloser darzustellen.
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Um die Stimmung noch genauer steuern zu k\"onnen, kann Musik benutzt werden.
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Wenn der Spieler auf einem Pferd durch eine Weide reitet, kann eine dramatische und inspirierende Musik benutzt werden, um den Moment noch besser und cinematischer wirken zu lassen.
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Die Informationen für die Absätze wurden hier gefunden ~\cite{GK_Media_Factory_Sound_Design_2022}.
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\subsection{Apocalypse}\label{subsec:apocalypse-background-sound}
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\setauthor{Florian Beckerle}
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Die Musik in der Apocalypse Map ist stark an das Horror Genre angelegt.
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Die Melodie ist jedoch nicht wirklich existent, stattdessen existiert ein durchgehendes pfeifendes Ger\"ausch, welches unterbewusst das Spannungslevel erh\"oht.
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Der Spieler f\"uhlt sich etwas unbehaglich und alleine.
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Dadurch wirkt die Stadt, neben den br\"ockelnden H\"ausern, zus\"atzlich noch mehr verlassen.
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Da die Sicht in dieser Map stark durch einen gelblichen Nebel, der wie ein Sandsturm wirkt, eingeschr\"ankt ist, kann man im Hintergrund den Wind pfeifen h\"oren.
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\subsection{City}\label{subsec:day-night-background-sound}
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\setauthor{Florian Beckerle}
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Die Hintergrundger\"ausche der Tag und Nacht Version der Stadt sind sehr \"ahnlich.
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Der Spieler kann Motorr\"ader und Autos auf den Straßen vorbeifahren h\"oren.
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Hin und wieder kann man Menschen, die man nicht sehen kann, bei kurzen Gespr\"achen miteinander zuh\"oren und ein Kind husted im Hintergrund.
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\subsection{Event}\label{subsec:building-collapse-sound}
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\setauthor{Florian Beckerle}
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Um spezifische Events, also bestimmte Dinge, welche in der Welt passieren, f\"ur den Benutzer besser erkennbar zu machen, wurden zus\"atzlich Ge\"ausche eingef\"ugt.
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Auf der Apocalypse Map sind zusammenbrechende Geb\"aude zu h\"oren, um die schlechte Instandhaltung der verlassenen Stadt erneut zu verdeutlichen.
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Aber wenn der Benutzer genauer hinsieht kann man, wenn diese Sounds h\"orbar sind, auch tats\"achlich eine kleine Auswahl an Bauwerken br\"ockeln sehen.
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\section{Effects}\label{sec:effects}
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\setauthor{Florian Beckerle}
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Unity bietet verschiedene M\"oglichkeiten, um das Aussehen der Applikation zu beeinflussen.
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Mithilfe von Post Processing kann man Effekte zu dem Buffer der Kamera, also dem aktuellen Frame, der gerade aufgenommen wurde, hinzuf\"ugen bevor etwas am Bildschirm angezeigt wird.
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Eine kleine Auswahl dieser Effekte sind zum Beispiel Bloom, Grain oder Color Grading.
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~\cite{Unity_Post_Processing_2022}
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Post Processing kann global angewandt werden, somit werden die eingestellten Effekte \"uber die komplette Spielwelt angezeigt.
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Um die Effekte auf einen bestimmten Bereich zu begrenzen, muss ein Collider erstellt und platziert werden.
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Wenn die Kamera in diesem Collider ist, wird das angezeigte Bild mit den eingetellten Effekten versehen.
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~\cite{Unity_Post_Processing_Volumes_2022}
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Der Bloom Effekt wird dazu benutzt, um sehr helle Stellen und Objekte, wie bei einer echten Kamera, ausgebrannt darstellen zu können.
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Hierbei wirkt das Objekt etwas verschwommen und durch die Helligkeit ist kaum etwas zu erkennen, siehe Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-bloom}.
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-bloom}
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\caption{Unity - Post Processing Bloom}
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\label{fig:unity-post-processing-bloom}
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\end {figure}
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Dieser Effekt kann mithilfe von verschiedenen Parametern angepasst werden.
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Die Intensität steuert die Stärke des Effektes, also wie stark das Bild verändert wird.
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Der Treshhold filtert alle Pixel, welche unter einem bestimmten Helligkeitsniveau liegen, heraus.
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Diese Pixel sind nicht von den Änderungen betroffen.
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Wenn Soft Knee auf 1 gestellt wird, ist der Übergang zwischen Pixeln, die durch den Treshhold gefiltert werden, weicher.
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Bei 0 befindet sich die Grenze genau auf dem eingestellten Wert.
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Der Radius beeinflusst die Ausbreitung des Blooms von einem hellen Objekt aus.
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Es kann zusätzlich ein Lens Dirt Effekt angewandt werden, hierbei entstehen Flecken in den hellen Bereichen, siehe Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-lens-dirt}.
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~\cite{Unity_Post_Processing_Bloom_2022}
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-lens-dirt}
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\caption{Unity - Post Processing Lens Dirt}
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\label{fig:unity-post-processing-lens-dirt}
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\end {figure}
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Grain fügt dem angezeigten Bild einen Noise Effekt hinzu.
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Hierfür wird ein nahtloses Rauschen angewandt, welches Unvollkommenheiten von Filmbändern ähnelt, siehe Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-grain}.
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-grain-on}
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\caption{Unity - Post Processing Grain}
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\label{fig:unity-post-processing-grain}
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\end {figure}
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Dieser Effekt kann ebenfalls mithilfe von verschiedenen Attributen verändert werden, siehe Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-grain-ui}.
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Intensity steuert die Sichtbarkeit des Rauschens im Bild.
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Luminance Contribution steuert das Rauschen abhängig von der Helligkeit einer Stelle im Bild.
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Bei einem niedrigen Wert ist in dunklen Gebieten kaum Rauschen zu sehen.
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Die Größe der Partikel wird vom Size Parameter gesteuert.
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-grain-ui}
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\caption{Unity - Post Processing Grain UI}
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\label{fig:unity-post-processing-grain-ui}
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\end {figure}
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~\cite{Unity_Post_Processing_Grain_2022}
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Color Grading wird für die Korrektur von Farben und Helligkeit, eines Bildes verwendet.
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Ein Beispiel für die Auswirkungen dieses Effekts sieht man in Abbildung ~\ref{fig:unity-post-processing-color-grading-example}.
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Der linke Teil des Bildes wurde bearbeitet, der rechte Teil zeigt die ursprünglichen Farben des Bildes an.
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Der linke Teil des Bildes wurde bearbeitet, der rechte Teil zeigt die ursprünglichen Farben des Bildes an.
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Color Grading hat 5 verschiedene Sektionen, mit welchen genauere Einstellungen getroffen werden können.
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Darunter fallen Tonemapping, Basic, Channel Mixer, Trackballs und Grading Curves.
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~\cite{Unity_Post_Processing_ColorGrading_2022}
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.4]{pics/unity-post-processing-color-grading-before-after}
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\caption{Unity - Post Processing Color Grading Example}
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\label{fig:unity-post-processing-color-grading-example}
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\end {figure}
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Tonemapping beschreibt den Prozess, in welchem HDR Werte eines Bildes so umgewandelt werden, um auf einem Bildschirm dargestellt werden zu können.
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Es werden dabei drei Modes zur Verfügung gestellt.
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Der Neutral Tonemaper wandelt die Werte, mit möglichst geringem Einfluss auf Farbe und Sättigung, um und verwendet eine Tonemapping Curve, siehe Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-neutral-tonemapper-ui}.
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Black In und White In steuern dabei die inneren weißen und schwarzen Kontrolpunkte, Black Out und White Out steuern die äußeren Punkte.
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%Mit dem White Level kann auf einen weißen Punkt vor der Kurve eingestellt werden.
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White Clip stellt auf einen weißen Punkt nach der Kurve ein.
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-color-grading-neutralTonemapper}
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\caption{Unity - Post Processing Neutral Tonemapper UI}
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\label{fig:unity-post-processing-neutral-tonemapper-ui}
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\end {figure}
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Der Filmic (ACES) Tonemapper verwendet Schätzwerte des ACES Tonemappers, um ein filmisches Aussehen zu erreichen.
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Das Resultat ist ein höherer Kontrast und es wird Einfluss auf die Farbe und Sättigung des Bildes genommen.
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Dieser Tonemapper besitzt keine Einstellungsmöglichkeiten, siehe Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-filmic-aces-tonemapper-ui}.
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-color-grading-filmic}
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\caption{Unity - Post Processing Filmic (ACES) Tonemapper UI}
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\label{fig:unity-post-processing-filmic-aces-tonemapper-ui}
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\end {figure}
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Der Basic Tonemapper stellt simple Einstellungsmöglichkeiten zur Verfügung und ist ein empfohlener Startpunkt für Farbkorrekturen.
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Es können Einstellungen wie Post Exposure, Temperature, Tint, Hue Shift, Staturation und Contrast eingestellt werden, siehe Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-basic-tonemapper-ui}.
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-color-grading-basicTonemapper}
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\caption{Unity - Post Processing Basic Tonemapper UI}
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\label{fig:unity-post-processing-basic-tonemapper-ui}
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\end {figure}
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Post Exposure stellt die allgemeine Belichtung der Scene in EV Einheiten dar.
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Dieser Effekt wird erst nach den HDR Effekten, aber vor dem Tonemapping, eingesetzt, damit die vorherigen Effekte nicht beeinflusst werden.
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Die Temperatur setzt die White Balance zu einer beliebig eingestellten Farbtemperatur.
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Mithilfe von Tint kann ein grüner oder magenta Tint im Bild korrigiert werden.
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Hue Shift verschiebt das HUE aller Farben, während Saturation die Intensität dieser beeinflusst.
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Der Contrast erweitert oder verkleinert die Breite zwischen den dargestellten Farben.
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Mithilfe des Channel Mixers kann der Einfluss der einzelnen Farbkanäle, welche Rot, Grün und Blau sind, auf das gesamte Bild eingestellt werden.
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Wie in Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-channel-mixer-ui} zu sehen ist, kann dabei jeder Farbkanal einzeln mittels eines Schiebereglers verändert werden.
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Ein Beispiel für die Auswirkungen dieses Effekts ist in Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-channel-mixer} zu erkennen.
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-channel-mixer-ui}
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\caption{Unity - Post Processing Channel Mixer UI}
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\label{fig:unity-post-processing-channel-mixer-ui}
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\end {figure}
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.4]{pics/unity-post-processing-channel-mixer-example}
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\caption{Unity - Post Processing Channel Mixer}
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\label{fig:unity-post-processing-channel-mixer}
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\end {figure}
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Mithilfe von Trackballs kann man ein 3-Wege Color Grading in einem Linearen oder Logarithmischen System vornehmen.
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Bei der Logarithmus Variante werden die Farbverteilung und der Contrast komprimiert um einen Color-Timing Process, welcher von optischen Film Druckern erzeugt wird, zu simulieren, siehe Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-trackballs-log}.
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Hierbei kann mit Power das Gamma und mit Offset das Signal beeinflusst werden.
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-trackballs-log}
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\caption{Unity - Post Processing Trackballs Log}
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\label{fig:unity-post-processing-trackballs-log}
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\end {figure}
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Die Lineare Methode wurde für linear-encododed Data optimiert, siehe Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-trackballs-linear} für das UI.
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Mithilfe von Lift kann das gesamte Signal verschoben werden.
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Gamma beeinflusst wieder die mittleren Töne und Gain verstärkt das Signal.
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-trackballs-linear}
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\caption{Unity - Post Processing Trackballs Linear}
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\label{fig:unity-post-processing-trackballs-linear}
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\end {figure}
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Mithilfe von fünf verschiedenen Grading Curves können YRGB, Hue vs Hue, Hue vs Sat, Sat vs Sat und Lum vs Sat verändert werden.
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Hierbei handelt es sich jedesmal um eine Kurvendarstellung, in welcher man weitere Punkte setzen und damit den Verlauf der Kurve beeinflussen kann, siehe Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-grading-curve-example}.
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-grading-curve-example}
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\caption{Unity - Post Processing Grading Curve Example}
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\label{fig:unity-post-processing-grading-curve-example}
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\end {figure}
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Bei der YRGB Kurve kann durch die Manipulation des Graphen der Contrast und die Helligkeit des Bildes eingestellt werden.
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Die Hue vs Hue Kurve bietet die Möglichkeit, Farbbereiche zu verfeinern oder auszutauschen.
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Um eine bestimmte Farbe besonders hervorzuheben oder einen monochromatischen Effekt zu erreichen, wird die Hue vs Sat Kurve verwendet.
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Bei der Sat vs Sat Kurve werden einfache Veränderungen der Farbe wie beim Color Grading vorgenommen.
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Die letzte Option heißt Lum vs Sat Kurve und ermöglicht es, in bestimmten Gebieten die Sättigung zu verringern, wie zum Beispiel in dunklen Stellen.
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\subsection{Nebel}\label{subsec:fog-effect}
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\setauthor{Florian Beckerle}
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Unity bietet mehrere M\"oglichkeiten, Nebel darzustellen, zum Beispiel mittels Post Processing, oder mithilfe der Lighting Einstellungen.
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F\"ur BeamVR wurde die zweite Variante verwendet, da der Nebel in BeamVR kein Hauptaugenmerk ist und mithilfe dieser Methode das Einstellen für BeamVR schneller ging.
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~\cite{Unity_Lighting_Window_2022}
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Mittels Post Processing wird ein Screen-Space Nebel Effekt in der Tiefen-Texture der Kamera erstellt, siehe Abb. ~\ref{fig:unity_post_processing_fog}.
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Screen-Space bedeutet, dass die Position auf dem Bildschirm und nicht in der dreidimensionalen Welt berechnet wird.
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~\cite{Unity_Fog_2022}
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-fog}
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\caption{Unity - Post Processing Fog}
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\label{fig:unity_post_processing_fog}
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\end {figure}
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Unter dem Begriff Map versteht man eine Umgebung in einer Spielwelt, in diesem Fall wird auf die Szenen, in welchen die Städte platziert sind, verwiesen.
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Auf fast jeder Map von BeamVR wurde dieser Nebel verwendet.
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In der Nacht Map wird mithilfe dieses Effekts ein leichter Nebel dargestellt, was zur abendlichen Stimmung beitr\"agt.
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Bei Apocalypse ist der Nebel viel dichter und stellt einen Sandsturm dar. Zus\"atzlich wurde dieser gelb gef\"arbt, um noch mehr an Sand zu erinnern, siehe Abb. ~\ref{fig:beamvr_yellow_fog}.
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.3]{pics/beamvr_yellow_fog}
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\caption{Beam VR - Yellow Fog}
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\label{fig:beamvr_yellow_fog}
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\end {figure}
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Mittels der High Definition Render Pipeline, welche auch als HDRP bezeichnet wird, kann ebenfalls Nebel eingestellt werden.
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Hierfür wird die Volume Framework benötigt, in welcher ein Nebel Overrride hinzugefügt wird.
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Diese Framework bietet einige verschiedene Optionen zur Beeinflussung des Nebels, siehe Abb. ~\ref{fig:unity-hdrp-fog}.
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Die Option Enable wird verwendet, um den Effekt zu aktivieren oder deaktivieren.
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Die Fog Attenuation Distance bestimmt die Dichte und die Sichtweite im Nebel.
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Ab der eingestellten Distanz hat der Nebel bereits 63\% des Umgebungslichts absorbiert.
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Dichte und Sichtweite bleiben bis zu einer definierten Base Height constant, erst ab dieser ist eine exponentielle Abnahme beider Attribute erkennbar.
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Die Maximum Height und Max Fog Distance bestimmen die Stärke des Abfalls und die Distanz des Nebels.
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Mittels des Color Modes kann die Farbe des Nebels beeinflusst werden.
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Bei Sky Color wird die Farbe automatisch an den Himmel angepasst, während bei constant Color eine eigene Farbe eingestellt werden kann.
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Volumetric Fog kann mittels der gleichnamigen Option aktiviert werden.
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Die Albedo Option setzt dabei die Farbe des Nebels, mit welcher das Licht gestreut wird.
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Lichter werden, mit zunehmender Dichte des Nebels, schneller abgedunkelt.
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Anisotropy steuert die Streuung des Lichtes.
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0 streut das Licht gar nicht, 1 streut das Licht vorwärts und -1 streut rückwärts.
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Mittels eines Filters kann eine Unschärfe der eingehenden Lichter geschaffen werden, damit ein weicherer Übergang zustande kommt.
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~\cite{Unity_HDRP_Fog_2022}
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-hdrp-fog}
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\caption{Unity - HDRP Fog}
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\label{fig:unity-hdrp-fog}
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\end {figure}
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\subsection{Lichter}\label{subsec:light-effect}
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\setauthor{Florian Beckerle}
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In der Nacht Map wurden die von Unity bereitgestellten Point-Lights als Straßenlichter benutzt.
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Point Lights k\"onnen mithilfe eines Radius auf einen bestimmten kreisf\"ormigen Bereich eingegrenzt werden.
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Weiters wird mithilfe der Lichtst\"arke die Wirkkraft des Lichtes in diesem Gebiet genauer bestimmt.
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Dank dieser Eigenschaften war das Point Light f\"ur die Aufhellung der Straßen, siehe Abb. ~\ref{fig:beamvr_street_lights}.
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~\cite{Unity_PointLights_2022}
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\begin {figure}
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\centering
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\includegraphics[scale=0.3]{pics/beamvr_point_lights}
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\caption{Beam VR - Street Lights}
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\label{fig:beamvr_street_lights}
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\end {figure}
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\subsection{Wind}\label{subsec:wind-effect}
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Damit sich die B\"aume und B\"usche in BeamVR wie im Wind bewegen, werden Unitys Wind Zones ben\"otigt.
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Diese Zonen sind bestimmte Bereiche, in welchen eine Windrichtung, Windst\"arke und Turbulenz definiert wird.
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Die eingestellten Effekte werden dann auf alle Objekte angewandt, die mithilfe des Terrains oder Particle Systems iniziiert wurden.
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~\cite{Unity_WindZones_2022}
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\section{Unity Prefabs}
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\label{sec:prefabs}
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\setauthor{Quirin Ecker}
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In Unity gibt es ein System welches dem Entwickler oder der Entwicklerin erlaubt eine bestimmte Zusammenstellung von 3d Elementen zu speichern und mehrmals in verschiedenen Szenen zu verwenden.
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Diese Zusammenstellungen von 3d Elementen heißen auch Prefabs.
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Wird dieses Prefab verändert, wird es an jeder platzierten Stelle aktualisiert.
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Es werden dabei die Komponenten und Positionen der einzelnen Elemente relativ zu dem Prefab gespeichert.
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Prefabs können auch überschrieben werden an der Stelle wo sie platziert worden sind.
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Aus Erfahrung zeigt sich aber, dass dies mit Vorsicht zu genießen ist, da lokale Änderungen nicht mehr global überschrieben werden.
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Somit haben globale Änderungen keinen wirklichen Einfluss auf das lokale Prefab.
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Außerdem können Prefabs auch ineinander verschachtelt werden~\cite{Unity_Prefabs}.
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In der BeamVR Applikation wird dieses System an mehreren Stellen verwendet.
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Diese Prefabs wurden beispielsweise in der BeamVR Applikation für einzelne Elemente, welche in allen Karten existieren, benutzt.
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Alle diese Elemente werden in ein sogenanntes Game Prefab gruppiert, welches in allen Karten platziert wird.
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Folgend werden das Game Prefab und zwei weitere für BeamVR relevante Prefabs noch genauer beschrieben.
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\subsection{Game}\label{subsec:game-prefab}
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Wie bereits beschrieben befinden sich alle Game relevant Elemente in dem Game Prefab.
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Somit wird dieses Prefab in allen Karten Szenen verwendet.
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Nur in der Menü- und Setup-Szenen wird dieses Prefab nicht gebraucht.
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Folgend sind die wichtigsten Elemente des Game Prefab aufgelistet:
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\begin{itemize}
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\item \textbf{Beam:} Der Beam ist der virtuelle Balken, der von dem Hochhaus absteht.
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\item \textbf{Collider:} Die Collider sind Elemente, welche Aktionen auslösen, wenn ein anderes Element mit diesen kollidiert.
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Visuelle sind diese Collider unsichtbar.
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\item \textbf{GameCameraRig:} Das~\emph{GameCameraRig} ist ein weiteres Prefab, welches für VR spezifische Elemente zuständig ist.
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\end{itemize}
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\subsection{GameCameraRig}\label{subsec:game-camera-rig}
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Wie bereits im Game Prefab beschrieben ist das GameCameraRig Prefab ein bestandteil des Game Prefab und beinhaltet alle VR spezifischen Elemente.
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Dieses Prefab ist ein abgeändertes CameraRig Prefab, welches bereits von dem SteamVR Plugin zur Verfügung gestellt worden ist.
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Das Prefab an sich soll den VR Raum darstellen.
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Folgende sind die wichtigsten Elemente des GameCameraRig Prefab aufgelistet:
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\begin{itemize}
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\item \textbf{Controller:} Die Controller sind Elemente welche eine SteamVR Controller Script-Component beinhalten.
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Durch dieses Script befindet sich dieses Element in der richtigen Position und Orientierung relativ zu der VR Fläche.
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\item \textbf{Camera:} Genauso wie die Controller Elemente besitzt das Camera Element auch ein Script.
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Mit diesem Script nimmt die Kamera die Position und Orientierung des Headsets relativ zur VR Fläche an.
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Diese Kamera ist auch für die Sicht des Spielers zuständig.
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\item \textbf{Tracker Objekte} Diese Elemente haben ebenfalls wieder ein ähnliches Script.
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Durch dieses Script befindet sich dieses Element in der gleichen Position und Orientierung des physischen Tracker.
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In der Script Komponente kann in einem Auswahlmenü der richtige Tracker eingestellt werden.
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\item \textbf{Spieler Modell:} Das Spieler Modell ist das Modell, welches nach dem Kalibrieren des Full-Body-Trackings die Pose des Spielers einnimmt.
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\item \textbf{VRIK Calibration Controller:} Bei diesem Element befindet sich ein Script-Component, in dem das Full-Body-Tracking konfiguriert werden kann.
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Für mehr Informationen wird auf Abschnitt~\ref{sec:final-ik-plugin} verwiesen.
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\end{itemize}
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\subsection{MenuCameraRig}\label{subsec:menu-camera-rig}
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Das MenuCameraRig ist genauso wie das GameCameraRig eine Abänderung des von SteamVR Plugin bereitgestellte CameraRig.
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Im Gegensatz zum GameCameraRig wird das MenuCameraRig nicht in den 3 Karten verwendet.
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Das MenuCameraRig wird in den Menü-Szenen verwendet und besteht aus Menü und VR spezifische Elemente.
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Viele Elemente sind gleich wie bei dem GameCameraRig.
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Der große Unterschied des MenuCameraRig ist, dass die Controller noch weitere Script-Componenten beinhalten.
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Diese sind Input Scripts welche für den Auswahlstrahl und das Auswählen der Menü-Elemente verantwortlich sind.
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%TODO: (Quirin Ecker)(optional) Möglichkeit für ein Bild eines Inputstrahls
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Weiters sind viele der game-spezifischen Elemente in diesem Prefab nicht vorhanden.
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Beispielsweise gibt es keine Full-Body-Tracking Elemente, wie das Spieler-Modell und der VRIK-Calibration-Controller.
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