Random Number Generation bei Computerspielen – Fluch oder Segen?
Random Number Generation (RNG) – ein von Mathematikern, Informatikern und Spielern gleichermaßen verhasstes wie geliebtes Thema. Lange Zeit waren die Zufallsgeneratoren in Spielen oder Software allgemein unzuverlässig, vorhersehbar oder nicht wirklich zufällig. Das ist bei Spielen nicht weiter dramatisch, denn selbst das 1989 erschienene Spiel Tetris auf dem Gameboy schafft es, unvorhersehbare Abfolgen von Spielsteinen zu erzeugen. Heutzutage hat sich die Technik so sehr weiterentwickelt, dass nahezu echte Zufälle möglich sind, auch wenn der echte Zufall nach wie vor natürlich nur simuliert werden kann. Dies wird vermutlich auch bis zur Entwicklung echter Quantenrechner so bleiben. Wie RNG in Computerspielen funktioniert und wie es sich auf das Spielerlebnis auswirkt, wird im Folgenden etwas näher beleuchtet.
Warum gibt es keinen echten Zufall innerhalb einer Software?
Die Antwort auf diese Frage ist einfach – oder doch nicht? Innerhalb einer Software laufen alle Prozesse, Algorithmen und Funktionen rein mathematisch und logisch ab. Um eine Zahl auszugeben, gibt es daher nur die Möglichkeit, eine fest vordefinierte Zahl anzuzeigen oder eine Zahl, die als Ergebnis eines Rechenprozesses erzeugt wurde. Um eine Berechnung durchzuführen, bedarf es aber eines Referenzwertes. Daher basieren viele Zufallsgeneratoren auf der exakten Uhrzeit, die als Referenzwert verwendet wird, um eine neue Zahl zu erzeugen. Würde man den Zufallsgenerator also zur exakt gleichen Zeit mehrmals ausführen, käme immer das gleiche Resultat heraus. Das ist natürlich kein wirklicher Zufall, aber effektiv haben Sie als Spieler nicht die Möglichkeit, zwei Mal zur selben Zeit zu klicken oder eine Aktion durchzuführen, sodass es Ihnen als Zufall erscheint. Ausgeklügeltere Zufallsmechanismen finden sich bei Casinoautomaten oder digitalen Slotmaschinen, bei denen zwar Regeln rund um die Symbol-Anordnung der Gewinnreihen eine wichtige Rolle spielen, aber eben auch das Zufallsprinzip zum Tragen kommt. Die Zufallsgenerierung bei solchen Slots ebenso wie bei anderen Casinospielen ist qualitativ auf einem sehr hohen Niveau, praktisch unvorhersehbar und könnten vielen zukünftigen Zufallsgeneratoren als Inspiration und Vorlage gedient haben.
So verkündete der Informatik-Professor David Zuckerman im Jahr 2016, dass er es geschafft habe, an einem Rechner echte Zufallszahlen zu generieren. Dieser Zufallszahlengenerator, der das Ergebnis von 20 Jahren Forschung ist, berechnet anhand zweier Faktoren eine Ziffernfolge, die wiederum eine Zufallszahl produziert. Das Ergebnis ist – nach einschlägiger Expertenmeinung – zwar tatsächlich unvorhersehbar, aber dennoch nicht wirklich zufällig. Allerdings muss man fairerweise auch sagen, dass ein Wurf mit dem Würfel auch nicht wirklich zufällig ist. Denn sobald man alle Einflussfaktoren wie Wurfgeschwindigkeit, genaue Beschaffenheit von Würfel, Untergrund und Richtung kennt, kann auch das Ergebnis vorhergesagt werden. Ähnlich ist es auch bei Generatoren in der digitalen Welt. Die Frage ist also letztendlich eher, ob es echten Zufall überhaupt gibt. Das softwareseitige Ziel ist dabei stets, echtem Zufall so nahe wie möglich zu kommen. Dieses Ziel verfolgt auch die 1998 gegründete Platform random.org, die damit wirbt, echte Zufallszahlen über einen Generator zu erzeugen, der sämtlichen Überprüfungen standhalten kann.
Zufallsgeneratoren in Spielen
Viele moderne, aber auch alte Spiele benötigen zufällige Aktionen innerhalb des Spielgeschehens. Daher braucht die Software einen möglichst guten Zufallsgenerator, damit die Aktionen für die Spieler unvorhersehbar sind. Auch alte Spieleklassiker von SEGA oder NINTENDO aus Arcadezeiten setzen daher bereits seit Anbeginn der Spieleentwicklung auf den Faktor Zufall. Insbesondere in rundenbasierten Strategiespielen spielt der Zufall eine außerordentlich große Rolle. Betrachtet man ein Spiel wie XCOM 2, stellt man schnell fest, dass jeder Waffe eine bestimmte Trefferchance zugewiesen ist. Allerdings spielt auch die Positionierung der Einheiten, die Zugabefolge und die Ausführung des gesamten Zuges bei der Berechnung eine Rolle. Am Ende ist es in Schussgefechten stets Zufall, ob man nun einen Treffer landet oder nicht. Dies führt im Spiel zu teilweise abstrusen Darstellungen, wenn der Schuss aus dem Maschinengewehr aus einem Meter Entfernung überall hin geht, nur nicht auf das Ziel. Dennoch sorgt diese Mechanik für immer neue Situationen und nichts ist vorher in Stein gemeißelt, sondern wird jedes einzelne Mal wieder neu berechnet. So kann ein zuvor verlorener Kampf nach dem neuen Laden des Spielstandes beim zweiten Durchlauf gänzlich anders verlaufen. Während das RNG-Thema in Foren kontrovers diskutiert wird und teilweise verhasst ist, sorgt es im Spiel für eine immer wieder neue Frische und Situationen, die so nicht vorhersehbar waren.
In nahezu allen modernen Spielen kommen Zufallsgeneratoren zum Einsatz. Dies gilt für RPGs wie Final Fantasy, MMORPGs wie World of Warcraft – das selbst mehr als 10 Jahre nach seiner Ersterscheinung im Jahr 2004 noch geschätzt über 5 Millionen Abonnenten hat – ebenso wie für Strategiespiele wie Landwirtschaftssimulator oder Sportspiele wie FIFA 17, das seit 1993 erfolgreich von EA Sports herausgegeben wird. Ohne simulierten Zufall geht hier nichts, denn andernfalls würde die gleiche Spielsituation stets zum gleichen Ergebnis führen.
Wann wird der Zufall berechnet?
Interessant ist es jedoch herauszufinden, wann die Zufallszahl softwareseitig bestimmt wird. So ist bei einigen Spielen das sogenannte Save-Scumming möglich, bei dem der Wert immer frisch und kurz vor einer Aktion berechnet wird. Ist dies nicht der Fall, sondern ist die Ereigniskette bereits vorher festgelegt, bringt das neue Laden des Spielstandes unter gleichen Bedingungen stets das gleiche Resultat. Ohne zufällig generierte Welten wären auch Spiele wie Minecraft oder No Man’s Sky mit seinen 18 Trillionen erkundbaren Planeten undenkbar und die Spiele wären sicherlich nicht so erfolgreich geworden, hätte es nur eine endliche Zahl an möglichen Welten gegeben.
Bedeutung von Zufallsgeneratoren
Die Relevanz von Zufallszahlen ist größer, als die meisten denken. Dies fängt bei einfachen Dingen wie Spielen an. Hierüber lässt sich der Bogen über Casinoautomaten spannen. Wäre ein Automatenalgorithmus vorhersehbar, hätte dies im Kleinen bereits weitreichende Folgen für Betreiber und Nutznießer dieser Vorhersage. Blickt man etwas tiefer in die Materie, erkennt man schnell, dass auch alle Sicherungs- und Verschlüsslungsverfahren auf Zufallsgeneratoren basieren. Häufig spielen hier Berechnungen mit Primzahlen und Kommastellen von Pi eine Rolle. Würde eine Formel für dessen Berechnung gefunden, könnten globale Sicherheitssysteme mit einem Schlag nutzlos werden und mit Ihnen die Zahlung per Kreditkarte oder es ließen sich verschlüsselte Übertragungen aushebeln. So zeigte der Mathematiker und Kryptograf Arjen K. Lenstra die Probleme dieser Verschlüsselungsart auf. Er untersuchte 7,1 Millionen öffentliche Schlüssel und fand bei fast 27.000 Schlüsseln Auffälligkeiten und Doppelungen, die den Schutz aushebeln. Der Grund liegt darin, dass die Zufallszahlen zur Erzeugung der Schlüssel schlichtweg nicht zufällig genug waren. Dies zeigt, wie hoch die Relevanz von guten Zufallsgeneratoren in unserer heutigen Welt wirklich ist – auch abseits des Spielgeschehens.
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