Entwicklung von Rendering- und Produktions-Pipelines für Rainbow Six Mobile

Die Umsetzung groß angelegter, zerstörbarer Umgebungen auf Mobilgeräten stellt sowohl in technischer als auch in produktionstechnischer Hinsicht eine Herausforderung dar. In „Rainbow Six Mobile“ basiert das Kern-Gameplay auf einer Echtzeit-Fragmentierung, die Sichtbarkeit, Layout und Leistungsaufwand kontinuierlich verändert und somit einen ständigen Druck auf Draw Calls, Speicher und Skalierbarkeit in einer vielfältigen Geräteumgebung ausübt.

Anstatt „Tom Clancy’s Rainbow Six Siege“ auf Mobilgeräte zu portieren, hat das Team von Ubisoft Montreal das Spiel von Grund auf neu entwickelt. Dies erforderte ein Umdenken in Bezug auf Rendering, Content-Pipelines und Werkzeuge, um ein dynamisches Gameplay innerhalb strenger Leistungsvorgaben zu ermöglichen und gleichzeitig die visuelle und taktische Detailtreue zu bewahren, für die die Spielereihe bekannt ist.

In sieben Jahren Entwicklungsarbeit haben sie eine Pipeline entwickelt, die Laufzeitoptimierungen eng mit der Erstellung von Inhalten verknüpft. Von der automatisierten Kartenerstellung und -validierung bis hin zu maßgeschneiderten Rendering-Systemen und Shader-Workflows – die Notwendigkeit einer effizienten Skalierung über verschiedene Geräte hinweg prägte jede Entscheidung und ermöglichte eine schnelle Iteration.

Rainbow Six Mobile: Eine Fallstudie zu Unity

Ein herausragendes Merkmal von Rainbow Six Mobile ist sein prozedurales Zerstörungssystem. Im Kern dreht sich der Spielablauf darum, dass Angreifer und Verteidiger um die Kontrolle über befestigte Gebiete kämpfen, wobei das Durchbrechen von Verteidigungslinien, das Verstärken der Verteidigung und die Manipulation der Umgebung ebenso entscheidend sind wie der direkte Kampf. In jedem Wettkampf, der als kurze, rundenbasierte taktische Auseinandersetzung angelegt ist, zerfallen die Umgebungen, wodurch sich neue Sichtlinien eröffnen und die Spielräume in Echtzeit neu gestaltet werden. Dieses System ist zwar für das taktische Spielerlebnis unverzichtbar, bringt jedoch erhebliche Herausforderungen bei der Darstellung mit sich.

„Wenn sich die Geometrie auflöst und Räume sich öffnen, verliert das Occlusion Culling an Wirksamkeit, was zu einer Zunahme der Draw Calls führt und die Leistung beeinträchtigt“, erklärt Oriam De Gyves, Leiter des Programmierteams bei Ubisoft Montreal. „Da Zerstörung ein zentraler Bestandteil des Spielprinzips ist, bestimmt sie unmittelbar, wie die Levels gestaltet und optimiert werden.“

Um diese Dynamik auf Mobilgeräten zu unterstützen, führte das Team ein statisches Batching der Umgebung ein, um die Anzahl der Draw-Calls zu reduzieren, was sich auf die Erstellung und Zusammenstellung der Assets auswirkte. „Jede Entscheidung bezüglich der Pipeline wirkt sich sowohl auf die Leistung als auch auf die Produktionsabläufe aus“, sagt De Gyves.

Die Skalierbarkeit führte zu zusätzlicher Komplexität. Die Zielhardware reichte von High-End- bis hin zu Low-End-Mobilgeräten, was Kompromisse erforderte, wie beispielsweise die Einschränkung oder den Ausschluss nicht unterstützter Technologien. „Wir mussten eine einheitliche Leistung in einer stark fragmentierten Gerätelandschaft gewährleisten“, sagt De Gyves.

Die Ergebnisse

• Die anfängliche Einrichtungszeit für neue Karten wurde von Wochen auf Sekunden verkürzt
• Die Anzahl der zum Rendern einer Karte erforderlichen Draw-Aufrufe wurde um etwa 60–70 % reduziert
• In bestimmten Szenarien wurde das Draw-Call-Budget durch den Einsatz eines benutzerdefinierten Sichtbarkeitssystems um bis zu weitere 20 % reduziert
• Die Systemlaufzeitkosten für die Sichtbarkeitsberechnung wurden auf etwa 0,12 % des CPU-Budgets gesenkt, während die CPU-Rendering-Zeit um 5–10 % verkürzt wurde

Optimierung der Kartenerstellung

Bei „Rainbow Six Mobile“ liegt der Schwerpunkt bei der Kartenentwicklung auf der schnellen Erstellung wiederverwendbarer Inhalte. Im Mittelpunkt steht ein System zur Erstellung benutzerdefinierter Karten, das innerhalb von Sekunden strukturierte Levels und Spielvarianten generiert und damit wochenlange manuelle Vorbereitungsarbeiten überflüssig macht. „Dadurch erhalten die Designer eine einheitliche Grundlage, auf der sie das Layout und das Gameplay weiterentwickeln können, ohne die Karten von Grund auf neu erstellen zu müssen“, sagt Tito Morab, Technical Director für Grafik bei Ubisoft Montreal.

Karten basieren auf vernetzten Systemen, die verschiedene Disziplinen umfassen, darunter Kunst, Design, Gameplay, KI und Audio. „Ein vorlagenbasiertes Erstellungswerkzeug bündelt dieses verstreute Wissen und sorgt von Anfang an für eine einheitliche Struktur“, erklärt Morab. „Dies verringert den Aufwand bei der Einrichtung, minimiert Konfigurationsfehler und gewährleistet einheitliche Standards bei neuen und duplizierten Karten.“

Leistungsbeschränkungen werden bereits bei der Erstellung berücksichtigt. Die Umgebungen sind auf Batching und Okklusion ausgelegt, sodass Designer die Karten unter wichtigen spielerischen Gesichtspunkten bewerten und Probleme bereits früh im Entstehungsprozess erkennen können.

Spezielle Systeme unterstützen die Iteration, darunter Beleuchtungs-Workflows, Remote-Baking und Debugging-Tools im Editor, mit denen Grafiker Overdraw, Beleuchtung und die Komplexität der Meshes direkt im Editor überprüfen können.

Validierung von Daten zur Laufzeit

Sobald die Karten erstellt sind, durchlaufen sie eine strukturierte Validierungs- und Verarbeitungs-Pipeline, die sie für die geräteübergreifende Ausführung vorbereitet.

„Zunächst prüfen wir die Kartendaten auf Übereinstimmung mit den Produktionsstandards“, erklärt De Gyves. „Das System sorgt für die Einhaltung der Regeln hinsichtlich Hierarchie, Benennung, LODs, Materialien und Speicherplatz, wobei die Prüfungen strenger werden, je näher der Veröffentlichungstermin rückt.“

Diese Einschränkungen werden durch Validierung verfeinert, wobei bei der Verarbeitung Batching, Okklusionsdaten und Speicherbudgets berücksichtigt werden.

Die Validierung läuft kontinuierlich über die gesamte Pipeline hinweg. Die Daten gelangen in einem konformen Zustand in die Pipeline und durchlaufen Prüfungen, die sich an den jeweiligen Entwicklungsstand anpassen. In den frühen Phasen steht Flexibilität im Vordergrund, um iterative Entwicklungen zu ermöglichen, während in späteren Phasen strengere Vorgaben gelten, um Stabilität und Konsistenz vor der Veröffentlichung zu gewährleisten.

Die Validierung gilt auch für externe Arbeitsabläufe wie beispielsweise die Beleuchtung. Wenn Künstler Remote-Bake-Aufträge anfordern, analysiert das System die Eingaben vor der Ausführung, erkennt Fehlkonfigurationen frühzeitig und verhindert so fehlgeschlagene Builds. Sobald die Verarbeitung abgeschlossen ist, werden die Ergebnisse zur Überprüfung zurückgesendet, damit die Künstler die Beleuchtung vor der Integration überprüfen und genehmigen können.

Nach der Übermittlung transformiert eine täglich ablaufende Automatisierungspipeline die Inhalte in lauffzeitoptimierte Daten. Dazu gehören eine benutzerdefinierte Batch-Verarbeitung auf Basis von Draw-Call-Budgets, vorberechnete Okklusionsdaten sowie die Erstellung von Laufzeitvarianten für jede Grafikqualitätsstufe. Jedes Gerät lädt nur die Daten, die es benötigt, wodurch der Speicherbedarf reduziert und unnötige Ressourcen vermieden werden.

Die Debugging-Tools im Editor unterstützen diesen Arbeitsablauf, indem sie Draw-Calls, Transparenz, Beleuchtung und die Komplexität der Meshes visualisieren und die Simulation von Geräten mit geringerer Leistung direkt im Editor ermöglichen.

Die prozedurale Zerstörung erhöht die Komplexität der Laufzeit. Ein maßgeschneidertes Sichtbarkeitssystem wandelt Szenen in Voxel um und berechnet Sichtlinien-Daten im Voraus, um den Aufwand für die dynamische Geometrie zu reduzieren und die Leistung während des Spiels aufrechtzuerhalten.

Entwicklung von Tools, bei denen der Künstler im Mittelpunkt steht

Bei der Entwicklung der Tools steht die Benutzerfreundlichkeit ebenso im Vordergrund wie die Funktionalität, mit dem Ziel, Arbeitsabläufe zu schaffen, die von den Künstlern konsequent übernommen werden und gleichzeitig den manuellen Aufwand sowie Produktionsfehler reduzieren.

„Es ist entscheidend, zu verstehen, welches Problem das Tool löst und wie Künstler tatsächlich arbeiten“, erklärt Morab. Durch die Beobachtung von Arbeitsabläufen und das Einholen von frühzeitigem Feedback konnte das Team Schwachstellen identifizieren und das Tool-Design zügig weiterentwickeln.

Diese Erkenntnisse führten zu Verbesserungen wie der Stapelbearbeitung, kontextsensitiven Steuerelementen und vereinfachten Benutzeroberflächen, wodurch Künstler effizient arbeiten können, ohne sich um die zugrunde liegende technische Komplexität kümmern zu müssen.

Das Team sieht zudem großes Potenzial in der Umstellung von der grafischen Benutzeroberfläche im Immediate-Modus (IMGUI) auf das UI Toolkit von Unity, das Struktur, Gestaltung und Verhalten klarer voneinander trennt. „Dadurch wird die Zusammenarbeit zwischen den Tech-Art- und den Engineering-Teams verbessert, und die Tools lassen sich leichter warten und skalieren“, sagt Morab.

Beschleunigung von Shader-Workflows

Neben der Kartenerstellung und -validierung sind Shader-Workflows ein wesentlicher Bestandteil der Rendering-Pipeline und sorgen dafür, dass die visuelle Wiedergabetreue auf allen Geräten effizient skaliert wird.

Bei den Shader- und Material-Workflows steht die Effizienz im Vordergrund, um auf Mobilgeräten hochwertige Grafiken zu erzielen. Die Tech-Artists des Teams nutzen Shader Graph, um schnell Prototypen zu erstellen und zu optimieren, ohne auf Grafikprogrammierer angewiesen zu sein.

„Mit Shader Graph können wir visuelle Ideen schnell ausprobieren und gleichzeitig die Implementierungskosten im Griff behalten“, erklärt Morab. „Nach ihrer Fertigstellung werden die Shader zur Code-Optimierung konvertiert und in gerätespezifische Qualitätsstufen integriert.“

Um die Leistung auf allen Hardwareplattformen aufrechtzuerhalten, werden Shader-Änderungen mithilfe automatisierter Tools ausgewertet. Der Mali Offline Compiler von ARM lässt sich als statisches Analysewerkzeug integrieren, das Shader-Änderungen über mehrere GPUs hinweg analysiert und Leistungsberichte für jede Geräteklasse erstellt. Diese Berichte stehen im Einklang mit der Strategie zur Grafikqualität des Projekts, bei der für jede Qualitätsstufe unterschiedliche Schlüsselwörter und Konfigurationen aktiviert werden.

„Dieser Ansatz ermöglicht es, zu veranschaulichen, wie sich Änderungen am Shader auf verschiedene Geräte auswirken und wie sich die Leistung im Laufe der Zeit entwickelt“, sagt De Gyves. „Durch die frühzeitige Bereitstellung dieser Informationen können Entwickler Regressionen erkennen, Varianten vergleichen und im täglichen Entwicklungsalltag fundierte Entscheidungen treffen.“

Ein benutzerdefiniertes System zur Verwaltung von Shader-Varianten, das auf der IPreprocessShaders-Schnittstelle von Unity basiert, steuert den Speicherverbrauch, indem es unnötige Schlüsselwortkombinationen reduziert und gleichzeitig die visuelle Flexibilität bewahrt.

Die Pipeline automatisiert zudem das Aufwärmen der Shader, wodurch der manuelle Einrichtungsaufwand reduziert und Ruckeln während der Laufzeit verhindert wird, um ein flüssiges Spielerlebnis auf allen Geräten zu gewährleisten.

Überlegungen zur Entwicklung von Rendering-Tools

Die Erfahrungen beider Entwicklung von „Rainbow Six Mobile“ zeigen, dass Arbeitsabläufe am besten funktionieren, wenn sie sowohl Grafiker als auch Programmierer unterstützen.

Morab betont, dass Tools einwandfrei funktionieren und sich nahtlos in bestehende Arbeitsabläufe einfügen müssen: „Wenn sie gut gemacht sind, ermöglichen es Tools den Künstlern, sich auf ihre Kreativität zu konzentrieren, während die Entwickler für vorhersehbare, skalierbare Ergebnisse sorgen.“

Das Team legt großen Wert auf Sorgfalt, gute Planung und Beständigkeit. „Wenn man die Erstellung von Inhalten frühzeitig auf die Laufzeitbeschränkungen abstimmt, vermeidet man kostspielige Überarbeitungen“, sagt De Gyves. „Durch die Einbeziehung von Leistungsaspekten in jede Phase – von der Kartenerstellung bis zur Shader-Optimierung – wird eine hohe Bildqualität gewährleistet, ohne die Geräteleistung zu beeinträchtigen.“

Auch Zusammenarbeit und gemeinsame Verantwortung spielen eine entscheidende Rolle. „Unser stellvertretender technischer Leiter für Karten, Vincent Coupal, sowie die gesamten Rendering- und Kartenproduktionsteams haben entscheidend dazu beigetragen, die Grundlagen für das Spiel zu schaffen und es erfolgreich zu skalieren“, sagt Morab.

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