imported>Herzmut: /* Verwandte Begriffe */ Sprite in 3D-Umgebungen

2025-06-04T16:31:05Z

Verwandte Begriffe: Sprite in 3D-Umgebungen

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[[Datei:Sprite01.gif|mini|Einfaches Sprite]]

'''Sprite''' ist ein Begriff der [[Computergrafik]] und bezeichnet eine zweidimensionale Bitmap, die in eine größere Szene integriert ist – meist in einem [[2D]]-[[Computerspiel]]. Ursprünglich bezog sich der Begriff auf ein Grafikobjekt, das von der [[Grafikkarte|Grafikhardware]] über das Hintergrundbild bzw. den restlichen Inhalt der [[Bildschirmanzeige]] eingeblendet wird. Die Positionierung wird dabei komplett von der Grafikhardware erledigt. Beispielsweise stellen die meisten Grafikkarten ein Hardware-Sprite für den [[Mauszeiger]] zur Verfügung.

Der Name rührt daher, dass ein Sprite sich auf dem [[Bildschirm]] bewegt, aber im [[Grafikspeicher]] nicht zu finden ist, also scheinbar „umherspukt“. Mit der Zeit hat sich der Begriff aber auch auf alle Objekte ausgedehnt, die so aussehen, auch wenn sie softwaremäßig erzeugt werden und im Grafikspeicher vorliegen.

Heute ist die Hardware-basierte Sprite-Technik überholt, vor allem, da Computer inzwischen schnell genug sind, ohne Probleme tausende spriteartige Objekte auf dem Bildschirm darzustellen und zugleich den Hintergrund in ursprünglicher Form wiederherzustellen. Auch der dafür nötige Speicherplatz ist weniger wichtig geworden.

== Verwandte Begriffe ==
[[Datei:BOE tile set.png|mini|Mehrere Shapes in einem Block]]
Oft wird der Begriff ''Sprite'' auch verallgemeinernd für Objekte benutzt, die per [[Software]] (statt Grafikhardware) über den Hintergrund eingeblendet werden. Dies ist jedoch streng genommen ein [[Shape (Computergrafik)|Shape]], der meistens auch als „Software-Sprite“ bezeichnet wird. Gleiches gilt für ein Objekt, das mit Hilfe von Hardware-Routinen in den [[Grafikspeicher]] einkopiert wird, ohne jedoch komplett autonom von der Hardware verwaltet zu werden; hier handelt es sich um ein [[BOB (Computergrafik)|BOB]] ([[Bit blit|''B''litter]] ''Ob''ject) bzw. MOB (''M''ovable ''O''bject ''B''lock).

In [[3D]]-Spielen wird der Begriff ''Sprite'' manchmal für flache Objekte mit einer [[Animation|animierten]] [[Textur (Computergrafik)|Textur]] verwendet. Dabei handelt es sich fast um ein Software-Sprite im klassischen Sinne, muss allerdings wegen der 3D-Umgebung als [[Ebene (Mathematik)|Ebene]] in die Szene eingefügt werden.

== Funktionsweise ==
Das Sprite wird von der Grafikhardware ([[Grafikprozessor]]) zum Anzeigezeitpunkt an der gewünschten Position im Bild eingefügt. Dabei wird der Inhalt des [[Grafikspeicher]]s nicht verändert – im Gegensatz zum MOB bzw. BOB müssen in diesem nicht immer wieder neu Grafikdaten umkopiert werden. Durch diese Entlastung des [[Hauptprozessor]]s beanspruchen Sprites kaum [[Systemressourcen]] und sind gleichzeitig einfach zu programmieren.

Die Grafikdaten für die Sprites werden nach den gleichen Verfahren wie die Grafikdaten für den normalen Bildaufbau zur Verfügung gestellt – als Beispiele seien der [[C64]] sowie der [[Amiga]] genannt, wo dies durch [[Direct Memory Access|DMA]]-Speicherzugriffe des Grafikprozessors auf spezielle Bereiche des Hauptspeichers geschieht.

Die Steuerdaten für die Sprite-Darstellung (vor allem die Bildschirmposition) werden entweder direkt in [[Register (Prozessor)|Registern]] der Grafikhardware vorgehalten (Beispiel: C64, Breite und Höhe der Sprites sind fest vorgegeben) oder in speziellen [[Random-Access Memory|RAM]]-Bereichen, auf die diese [[Hardware]] genügend schnellen Zugriff hat. Ein Beispiel für die letztere Variante ist der Amiga, bei dem die Steuerdaten zusammen mit den Grafikdaten per DMA-Verfahren aus dem Speicher übermittelt werden. Im Gegensatz zum C64 ist die Höhe der Amiga-Sprites nicht begrenzt.

Zur Bewegung eines Sprites reicht es aus, lediglich dessen x- und y-[[Koordinatensystem|Koordinaten]] in den Steuerregistern zu ändern. Die komplizierte Berechnung der Adresse im Grafikspeicher entfällt, was ebenfalls den Hauptprozessor entlastet. Der Grafikprozessor fügt selbständig an den vorgegebenen Koordinaten das Sprite beim Aufbau des nächsten Bildes ein. Auch animierte Sprites sind möglich. Dazu müssen nur die Daten der Sprite-Grafik im Speicher durch die des nächsten Einzelbildes ersetzt werden. Gegebenenfalls kann auch einfach ein anderer Speicherbereich für das nächste Einzelbild angegeben werden.

Ein Sprite ist prinzipiell [[Rechteck|rechteckig]]. Aber auch unregelmäßig geformte Sprites sind möglich, indem der Rand transparent dargestellt wird – entweder durch eine bestimmte Farbe, welche vom Grafikprozessor transparent dargestellt wird, oder durch eine Maske, die definiert, an welchen Stellen das Sprite deckend und an welchen es transparent dargestellt werden soll.

Sprites wurden ursprünglich erfunden, um mehrere Bilder in 2D-[[Computerspiel]]en mit spezieller Hardware schnell zusammenzusetzen. Als sich die Computerleistung verbesserte, wurde diese Optimierung unnötig und der Begriff entwickelte sich speziell zu den 2D-Bildern selbst, die in eine Szene integriert wurden. Das heißt, Objekte, die entweder mit benutzerdefinierter Hardware oder nur mit [[Software]] generiert wurden, wurden alle als Sprites bezeichnet. Mit zunehmender Verbreitung dreidimensionaler Grafiken wurde der Begriff verwendet, um eine Technik zu beschreiben, bei der flache Bilder nahtlos in komplizierte dreidimensionale Szenen integriert werden.

Ein genauerer Blick auf eine Grafik kann helfen, Unvollkommenheiten dieser [[Rendern (Design)|Rendering]]-Technik aufzudecken. Obwohl das Originalbild, mit dem das Sprite erstellt wurde, eindeutig mit strukturierten [[Polygon]]en erstellt wurde, wird es dieser Szene als Sprite hinzugefügt. Diese Unvollkommenheiten entgehen den meisten Zuschauern, weil sie selten sind und oft nicht lange anhalten, solange sie und die Kamera sich bewegen. Sprite bezieht sich jetzt häufiger auf eine teilweise transparente zweidimensionale Animation, die in einer dreidimensionalen Szene auf eine spezielle Ebene abgebildet wird. Im Gegensatz zu einer Texturkarte ist die Sprite-Ebene immer senkrecht zur von der Kamera ausgehenden Achse. Das Bild kann skaliert werden, um die Perspektive zu simulieren, es kann zweidimensional gedreht werden, es kann andere Objekte überlappen und verdeckt werden, aber es kann immer nur aus demselben Winkel betrachtet werden. Diese Rendering-Methode wird auch als ''Billboarding'' bezeichnet.

Sprites erzeugen eine effektive [[Illusion]], wenn

* das Bild im Sprite bereits ein dreidimensionales Objekt zeigt
* sich die Animation sich ständig ändert oder eine Rotation zeigt
* das Sprite nur für kurze Zeit existiert
* das abgebildete Objekt aus vielen Blickwinkeln ein ähnliches Aussehen hat
* der Betrachter akzeptiert, dass das abgebildete Objekt nur eine Perspektive hat, zum Beispiel kleine Pflanzen oder Blätter

Wenn die Illusion funktioniert, werden die Betrachter nicht bemerken, dass das Sprite flach ist und ihnen immer gegenübersteht. Oft werden Sprites verwendet, um Phänomene wie Feuer, Rauch, kleine Gegenstände, kleine Pflanzen oder spezielle Symbole darzustellen. Die Sprite-Illusion kann in Videospielen aufgedeckt werden, indem die Position der Kamera schnell geändert wird, während das Sprite in der Mitte der Ansicht bleibt. Gelegentlich wurden Sprites auch als Spezialeffektwerkzeug in [[Film]]en verwendet.<ref>Fandom, Inc.: [https://graphics.fandom.com/wiki/Sprite Sprite]</ref>

== Bedeutung für Computerspiele ==
[[Datei:Sprites in a C64 Game (named Spittis Search).jpg|mini|Ein einfaches C64-Spiel mit mehreren Sprites]]
Das Aufkommen von Sprites in den 1980er Jahren revolutionierte die Möglichkeiten von Computerspielen, da damals die Prozessorleistung nicht ausreichte, um komplexe [[Computerspielegrafik]]daten auf dem Bildschirm zu verschieben (siehe auch [[Heimcomputer]], z. B. [[C64]], [[Amiga]]). Die Sprites wurden durch [[Shape (Computergrafik)|Shapes]] ([[Commodore 16|C16]]) abgelöst oder ergänzt ([[C128]]) bzw. um [[BOB (Computergrafik)|BOBs]] (Amiga) ergänzt.

Eine weitere Verbesserung für Computerspiele war die Sprite-Sprite-Kollisionserkennung. Sobald der Grafikprozessor beim Erstellen des Bildes erkennt, dass sich zwei Sprites überlappen, wird dies der Software per [[Interrupt]], [[Flag (Informatik)|Flag]] oder [[Ereignis (Programmierung)|Event]] mitgeteilt. Damit sind die meisten [[Computerspiel]]e vergleichsweise einfach zu programmieren, weil sich das Programm nicht um die [[Kollisionserkennung (algorithmische Geometrie)|Kollisionserkennung]] kümmern muss und für diese keine [[Rechenleistung]] verbraucht. Eine vernünftige Kollisionserkennung ist in beinahe allen Grafikprozessoren vorhanden, welche auch BOBs oder Sprites beherrschen.

Sprites sind mit Tiles, welche auch [[Kachelgrafik]] genannt werden, verwandt. In sehr vielen 2D-Spielen wie Jump’ n’ Runs werden beide Techniken parallel eingesetzt. Tiles sind ebenfalls kleine Grafikelemente. Aus ihnen wird die Spielewelt zusammengesetzt und sie bilden Wände und Plattformen, verharren also immer auf dem gleichen Platz. Auf diese Weise wird Arbeitsspeicher gespart, da sich wiederholende Muster nur einmal in kleinen Tilegrafiken gespeichert werden müssen, welche entsprechend einer Tilemap angeordnet werden.

Einige Computerspiele verwenden heute noch 2D-Sprites, aber die meisten Spiele verwenden stattdessen 3D-[[Polygon]]e. Da [[Computer]] und [[Spielkonsole]]n jetzt über dedizierte 3D-[[Grafikkarte]]n verfügen, können sie 3D-Objekte effizienter rendern als 2D-Sprites. Während Sprites in modernen Videospielen seltener geworden sind, werden sie von [[Softwareentwickler]]n immer noch für andere Zwecke verwendet.

Beispielsweise werden Sprites häufig verwendet, um [[Computerprogramm]]en [[Schaltfläche]]n, Symbole und andere Elemente der [[Grafische Benutzeroberfläche|Benutzeroberfläche]] hinzuzufügen. Softwareentwickler können Sprites auf der Benutzeroberfläche Aktionen hinzufügen, z. B. das Abspielen einer [[Animation]] oder das Ändern der aktuellen Ansicht des Fensters, wenn auf das Sprite geklickt wird. Sprites sind besonders nützlich, um benutzerdefinierte Grafiken hinzuzufügen, die von der [[Programmierschnittstelle]] des [[Betriebssystem]]s nicht nativ unterstützt werden. Sprites werden im [[World Wide Web]] auch für Navigationsschaltflächen und zur visuellen Attraktivität von [[Webseite]]n verwendet. In den letzten Jahren sind Sprite Sheets für [[Webentwickler]] zu einer beliebten Methode zum Laden von [[Website]]-Grafiken geworden. Durch Kombinieren einer großen Anzahl von Sprites in einem einzigen Bild können alle Sprites vom [[Webbrowser]] eines Benutzers mit einer einzigen Anfrage an den [[Server]] heruntergeladen und zwischengespeichert werden. Die Bilder werden dann mithilfe von [[Cascading Style Sheets|CSS]]-Eigenschaften angezeigt, die die Positionen einzelner Sprites im Bild definieren.<ref>Sharpened Productions, TechTerms: [https://techterms.com/definition/sprite Sprite]</ref>

== Software-Sprites ==
Die „Software-Sprites“ oder „''Shapes''“, die keine echten Sprites sind, haben in der Regel nur zwei Dinge mit echten Sprites gemeinsam: Erstens sind es [[Rastergrafik]]en, die über den Bildschirm bewegt werden, zweitens besitzen sie nicht-rechteckige Umrisse, also eine Maske bzw. transparente Bereiche.

Die Vorteile echter Sprites, wie etwa die geringe Prozessorbelastung oder die automatische Kollisionserkennung, fallen weg. Dafür erhält man als Vorteil, dass die hardwaremäßigen Einschränkungen für die Zahl und die Größe der Sprites wegfallen, wobei diese Grenzen durch die verfügbare Rechenzeit für die Umsetzung in Software neu gesetzt werden.

Im Gegensatz zu echten Sprites muss der Hintergrund, auf dem die Shapes gezeichnet werden, immer wieder nachgezeichnet werden. Am schnellsten geht das, indem man den kompletten Hintergrund der Szene im Speicher zwischenspeichert und immer wieder über das letzte Bild kopiert, allerdings braucht das zusätzlichen Speicherplatz. Speicherplatzschonend wäre, wenn man den Hintergrund immer wieder für jedes Bild neu erstellt, dazu waren frühere Computer aber zu langsam. In Fällen, bei denen sich auch der Hintergrund für jedes Bild ändern kann, fallen diese Betrachtungen natürlich weg. Allenfalls gewisse Optimierungen bei rollenden Szenerien sind denkbar.

Es gibt verschiedene Verfahren für die Speicherung und Anzeige von Softwaresprites. Sie unterscheiden sich in der benötigten Rechenzeit für die Darstellung der Sprites sowie dem zusätzlichen Speicherbedarf für die Kennzeichnung von transparenten Bildpunkten:

* Beim ersten Verfahren wird neben dem Bild eine binäre Maske definiert. Mit dieser Maske verknüpft wird praktisch wie bei echten Sprites nur dann ein Pixel des Shapes gezeichnet, wenn an der entsprechenden Stelle in der Maske ein Bit gesetzt ist.
* Man kann aber auch mittels der Maske ein „Loch“ in dem Bild, das im Grafikspeicher liegt, erzeugen und kopiert dann transparent das Bild des Sprites hinein. „Transparent“ bedeutet hier, dass im Bildspeicher nur gelöschte Bits (0) durch gesetzte Bits (1) des Shapes ersetzt werden, bereits gesetzte Bits werden nicht gelöscht. Deshalb muss man ein „Loch“ erzeugen, in dem alle Bits im Grafikspeicher gelöscht (0) sind, wo später das Bild des Shapes hin soll. Andernfalls würden sich die gesetzten Bits von Hintergrund und Shape vermischen.
* Die „moderne“ Variante ist das Definieren einer transparenten Farbe (was allerdings spätestens bei den Hardware-Sprites des C64 verfügbar war). Beim Zeichnen ersetzt jedes Pixel des Shapes den Untergrund; nur wo in dem Shape die transparente Farbe benutzt wird, wird nichts gemacht, der Hintergrund bleibt also unverändert. Dieses Verfahren hat vor allem den Nachteil, dass man eine Farbe bei einem Shape nicht nutzen kann, was in den Zeiten, als man nur 16 Farben oder weniger gleichzeitig zur Verfügung hatte, eine gewisse Einschränkung darstellte. Außerdem war der dafür nötige Code aus Performance-Gründen am besten in [[Assemblersprache|Assembler]] zu programmieren. Bei den frühen PCs war entsprechende Hardware-Unterstützung für solche fortgeschrittenen Bit-Blit-Operationen (siehe [[Bit blit|Blitter]]) eher selten vorhanden.
* Für den 256-Farben-Modus, der bei PCs in den 1990er Jahren üblich war, wurde für Sprites meist eine [[Lauflängenkodierung|komprimierte]] Speicherung der Bilddaten verwendet. Es folgen abwechselnd ein Zähler für die transparenten Punkte und anschließend die anzuzeigenden Bilddaten. Danach wieder der Transparenzzähler usw. Die Vorteile dieser Methode sind ein verringerter Speicherbedarf und eine beschleunigte Generierung der Anzeige, da keine zusätzliche Maske benötigt wird und transparente Bildpunkte einfach übersprungen werden können. Es geht auch keine Farbe „verloren“, da die Transparenz unabhängig von den Bilddaten gespeichert wird.

Alle Verfahren für Softwaresprites haben gemein, dass der Untergrund wiederhergestellt werden muss, da er durch die Softwaresprites zerstört wird.

Die einfachste Methode zur Lösung des Problems ist das Zwischenspeichern des kompletten Hintergrundes oder nur der Stelle, an die das Shape soll, sowie das nachfolgende Zurückkopieren, wenn eine neue Szene gezeichnet werden soll. Der Hintergrund darf sich während dieser Zeit nicht ändern. Für das Sichern und Wiederherstellen von mehreren Shapes über Ausschnitte muss beim Wiederherstellen die umgekehrte Reihenfolge des Sicherns benutzt werden. Würde man dies nicht tun, könnte es zu Artefakten kommen, wenn sich einzelne Shapes überschneiden. Derartige Artefakte sind unter anderem von Mauszeigern auf Fenster-basierten Plattformen bekannt, wenn diese nicht als echte Sprites realisiert wurden und eines der auf dem System laufenden Programme ein Problem hat.

== Spriteanimation ==
[[Datei:Fencer-anim.png|mini|Spriteanimation eines Fechters aus dem Spiel ''[[The Battle for Wesnoth|Wesnoth]]'']]
Seit Beginn der Benutzung von Sprites wurde aus Realismusgründen angestrebt, zumindest menschliche Spielfiguren und weitere Lebewesen wie Gegner, Monster etc. weiter zu animieren. Gerade bei der Darstellung eines menschlichen Helden ist es wichtig, dass sich bei der Fortbewegung nach rechts oder links auf einem zweidimensionalen Bildschirm die Beine bewegen. Deshalb besteht eine solche Figur in moderneren Spielen aus mehreren Sprites, die wie bei einem Zeichentrickfilm schnell hintereinander dargestellt werden, um einen fließenden Bewegungseindruck zu erzeugen. Zur Erzeugung dieser Animationssprites wurde in früheren Jahren gerne die Software [[Deluxe Paint]] (Amiga) verwendet. Heute gibt es für diesen Zweck Nachfolgeprogramme, wie z. B. Cosmigo [[Pro Motion]] oder [[Aseprite]].
Zu Beginn der Computerspielezeit gab es daneben auch andere Techniken. So verwendete Atari Basketball Ende der 1970er Jahre den sehr grob dargestellten seitlichen Umriss einer gerade stehenden Person als Spielfigur. Beim „Laufen“ blinkte in regelmäßigen Abständen ein abgestrecktes Bein (Linie) auf, welches an den Figursprite kopiert wurde.

== CSS-Sprites ==
{{Hauptartikel|CSS-Sprites}}
Im [[Webdesign]] wird der Begriff ''Sprites'' als Bezeichnung für Grafikdateien verwendet, welche aus mehreren kleinen Einzelgrafiken bestehen. Diese Sprites werden per [[Cascading Style Sheets|CSS]] derart in Webseiten eingebunden, dass vom [[Webbrowser]] jeweils die benötigten entsprechend zugeschnittenen Teilgrafiken angezeigt werden. Zweck dieser Technik ist einerseits die Verringerung der Gesamtladezeit einer Webseite durch Reduzierung der [[HTTP-Request|Serveranfragen]] und andererseits das Verhindern von Verzögerungen, die durch Nachladen – beispielsweise bei Hover-Effekten – entstehen würden.<ref>[http://phpperformance.de/css-sprites-einsparung-an-http-requests-durch-kombination-von-hintergrund-bildern/ ''CSS Sprites - Einsparung an HTTP-Requests durch Kombination von Hintergrund-Bildern'']</ref><ref>[http://selfhtml.apsel-mv.de/verweise/verweise.html ''Verschiedene Verweistypen mit CSS-Sprites kennzeichnen'']</ref>

== Einzelnachweise ==
<references />

== Weblinks ==
{{commonscat|Sprites (computer graphics)|Sprites}}

[[Kategorie:Computergrafik]]

Sprite (Computergrafik) - Versionsgeschichte

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