Pocítacové hry - Herní engine

Úvod Co je „Engineÿ Herní smyčka Struktura enginu Hotové enginy Konec

Počítačové hryHerní engine

1 / 39


Obsah přednášky

I Co je „EngineÿI Herní smyčkaI Struktura enginuI Hotové enginy

2 / 39


Literatura a odkazy

I http://gpwiki.org/index.php/Game Engines

I http://en.wikipedia.org/wiki/Game engine

I http://www.devmaster.net/engines/

I Dalmau. Core Techniques and Algorithms in Game Programming. 2003

I Zerbst, Duvel. 3D Game Engine Programming. 2004

I Harbour. Game Programming All in One (2nd Edition). 2004

I Eberly. 3D Game Engine Architecture: Engineering Real-Time Applications with

Wild Magic. 2004

3 / 39


”It is a mistake to think you can solve any major problemsjust with potatoes.”

-Douglas Adams

4 / 39


Co je engine?

I Je jádro interaktivní aplikaceI Má za úkol odstínit programátora-uživatele od systémových záležitostí

I poskytuje základní metodyI inicializaceI nahrání datI . . .I ukončení

I Ulehčuje vývoj hryI možnost znovuvyužití velkých kusů kódu

I v ideálním případě „pouzeÿ změna datI přechod na jinou platformu

5 / 39


Co všechno engine nabízí?

I Záleží na kvalitě enginuI grafika 2D, 3DI fyzika a kolizeI zvukI vstupy/výstupyI skriptováníI animaceI umělá inteligenceI síťové záležitostiI správa pamětiI reprezentace světa (scene graph)I správa souborůI GUI

6 / 39


Aplikace v reálném čase

I Hry jsou časově závislé aplikaceI modul pro simulaci virtuálního světa

I AII fyzikaI . . .

I prezentační modulI vstupní modul

I pro zjednodušení jen 3 - update světa a prezentace, vstupI Každý z modulů je časově omezen

I co si s tím počít?

I Všechny moduly běží současněI jak to ale zařídit?

7 / 39


Aplikace v reálném čase

I Hry jsou časově závislé aplikaceI modul pro simulaci virtuálního světa

I AII fyzikaI . . .

I prezentační modulI vstupní modul

I pro zjednodušení jen 3 - update světa a prezentace, vstupI Každý z modulů je časově omezen

I co si s tím počít?I Všechny moduly běží současně

I jak to ale zařídit?

7 / 39


Pokus první – jednoduchá smyčka

I Jednoduchá smyčkaI update, pak prezentaceI oba moduly mají stejnou váhu

while(!end){Input()Update ()Presentation ()

}

I VýhodyI jednoduchost

I ProblémyI závislost na výkonu systému

I na rychlém stroji nehratelnéI na pomalém taky

Update

Vstupy

Prezentace

8 / 39


Pokus druhý – konstantní rychlost hry a závislé FPS

I Konstantní rychlost hryI update, pak prezentaceI pokud zbývá čas, čeká se

while(!end){Input()Update ()Presentation ()nextTime += 1000/ FPSsleepTime = nextTime - currTime;Sleep(sleepTime );

}

I VýhodyI jednoduchost

I ProblémyI na rychlém stroji čekáI na pomalém stroji nestíhá

Update

Vstupy

Prezentace

Sync

9 / 39


Pokus třetí – proměnné FPS a závislá rychlost hry

I Maximální rychlost diktovaná kreslenímI počítá se čas od posledního snímku

while(!end){prevTime=currTimecurrTime=GetTime ()Input()Update(currTime -prevTime)Presentation ()

}

I VýhodyI plynulejší v závislosti na rychlosti

I ProblémyI spousta

Update

Vstupy

Prezentace

10 / 39


Pokus čtvrtý - konstantní rychlost a maximální FPS

I Oddělení updatů a prezentaceI update držet konstantní, prezentace

kdykoliv je to možné

while(!end){loops = 0while(GetTime()>nextTime &&loops <MAX_SKIP) {Input()Update ()loops++nextTime += 1000/ TPS

}Presentation ()

}

I VýhodyI stabilní rychlost

I ProblémyI na rychlém stroji se zbytečně kreslí

stejné snímky

Update

Vstupy

Prezentace

11 / 39


Pokus pátý – konstantní rychlost a variabilní FPS

I Využití inter/extrapolace pro větší plynulost animacewhile(!end){loops = 0while(GetTime()>nextTime &&loops <MAX_SKIP) {Input()Update ()loops++nextTime += 1000/ TPS

}interpolation = (GetTime () + 1000/ TPS - nextTime )*TPS /1000Presentation(interpolation)

}

I VýhodyI plynulost pohybu podle rychlosti počítačeI konstantní rychlost hry

I NevýhodyI nutnost interpolátoru

12 / 39


Paralelní smyčka

I Řešení podobné jako v předchozímpřípadě

I zvlášť updateI zvlášť prezentace

II NevýhodyI zajištění synchronizaceI problémy na 1 procesoru

I VýhodyI více času

Prezentace

Update

Vstupy

13 / 39


Struktura enginu

Update

Prezentace

A.I.

Detekce kolizí

Fyzikální egine

Síť

Vstupní subsystémVstup

Audio engineHudba

Zvuky

Script engine

Scene manager

Animační engine

RendererSouborový

manager

Správce paměti

Čas

GUI

Stavovýmanager

14 / 39


Herní logika

I Je zodpovědná za update světaI Musí se starat o

I statický světI hráčeI pasivní prvkyI aktivní prvky

15 / 39


Statický svět

I Objekty, které jsou součástí světa, ale nemají definováno chováníI terén, zdi, . . .

I U rozsáhlých světů nelze rozumně udržovat všeI výběr aktivní části světa (graf scény, dělení prostoru)I dynamické nahrávání světa (správa paměti, souborový systém)

16 / 39


Hráč

I Musí uchovávat a updatovat stav hráče

I Vstup od uživateleI klávesnice, myš, joystick, . . .I abstraktní kontroler

I hra se nestará o čtení z konkrétních zařízeníI lze libovolně namapovat

I Update stavuI spuštění animace pro pohybI úprava poziceI . . .

17 / 39


Hráč

I Musí uchovávat a updatovat stav hráčeI Vstup od uživatele

I klávesnice, myš, joystick, . . .I abstraktní kontroler



17 / 39


Hráč

I Musí uchovávat a updatovat stav hráčeI Vstup od uživatele

I klávesnice, myš, joystick, . . .I abstraktní kontroler


I Otestování omezeníI geometrická omezení (detekce kolizí)I logická omezení (skriptování)


17 / 39


Pasivní prvky

I Objekty s nadefinovaným chováním, bez vlastní inteligenceI dveře, krabice, poletující ptáci. . .

I Nutné udržovat konzistentní stav

I seřazení podle relevantnosti (graf scény, dělení prostoru)I vyhodnocení modelu chování (dynamika, skriptování)I update stavu

18 / 39


Pasivní prvky


I Nutné udržovat konzistentní stavI seřazení podle relevantnosti (graf scény, dělení prostoru)

I vyhodnocení modelu chování (dynamika, skriptování)I update stavu

18 / 39


Pasivní prvky


I Nutné udržovat konzistentní stavI seřazení podle relevantnosti (graf scény, dělení prostoru)I vyhodnocení modelu chování (dynamika, skriptování)

I update stavu

18 / 39


Pasivní prvky


I Nutné udržovat konzistentní stavI seřazení podle relevantnosti (graf scény, dělení prostoru)I vyhodnocení modelu chování (dynamika, skriptování)I update stavu

18 / 39


Aktivní prvky

I Objekty s vlastní inteligencíI nepřátelé (nebo spoluhráči)

I Nutné udržovat konzistentní stav

I seřazení podle relevantnosti (graf scény, dělení prostoru)I otestování stavu a vytyčení cílů (skriptování)I otestování omezení (detekce kolizí)I rozhodnutí (umělá inteligence)I update stavu

19 / 39


Aktivní prvky


I Nutné udržovat konzistentní stavI seřazení podle relevantnosti (graf scény, dělení prostoru)

I otestování stavu a vytyčení cílů (skriptování)I otestování omezení (detekce kolizí)I rozhodnutí (umělá inteligence)I update stavu

19 / 39


Aktivní prvky


I Nutné udržovat konzistentní stavI seřazení podle relevantnosti (graf scény, dělení prostoru)I otestování stavu a vytyčení cílů (skriptování)

I otestování omezení (detekce kolizí)I rozhodnutí (umělá inteligence)I update stavu

19 / 39


Aktivní prvky


I Nutné udržovat konzistentní stavI seřazení podle relevantnosti (graf scény, dělení prostoru)I otestování stavu a vytyčení cílů (skriptování)I otestování omezení (detekce kolizí)

I rozhodnutí (umělá inteligence)I update stavu

19 / 39


Aktivní prvky


I Nutné udržovat konzistentní stavI seřazení podle relevantnosti (graf scény, dělení prostoru)I otestování stavu a vytyčení cílů (skriptování)I otestování omezení (detekce kolizí)I rozhodnutí (umělá inteligence)

I update stavu

19 / 39


Aktivní prvky


I Nutné udržovat konzistentní stavI seřazení podle relevantnosti (graf scény, dělení prostoru)I otestování stavu a vytyčení cílů (skriptování)I otestování omezení (detekce kolizí)I rozhodnutí (umělá inteligence)I update stavu

19 / 39


Struktura herní logiky

// static worldPreselectActiveZone ()

// player updateReadControls ()ComputeRestrictions ()UpdatePlayerState ()

// passive objectsSortAccordingRelevance ()ExecuteConstrolMechanism ()UpdatePassiveObjectsState ()

// active objectsSortAccordingRelevance ()SenseInternalStateAndGoals ()ComputeRestrictions ()MakeDecision ()UpdateActiveObjectsState ()

20 / 39


Prezentace scény

I Tvoří podstatnou část hryI stará se o to, aby byl hráč vtažen do hry

I Musí zajistit prezentaciI statického světa a jednoduchých pasivních objektůI složitých pasivních objektů a aktivních objektůI hráče

I Prezentace může probíhat pomocí více kanálůI vizuálníI audioI taktilníI . . .

21 / 39


Statický svět

I Stará se o vykreslení statického světa a objektů s jednoduchouanimací

I výběr relevantní části světaI ořezáváníI odstranění odvrácených částíI zakrytí

I výběr vhodného rozlišení (LOD)I příprava geometrieI vykreslení

22 / 39


Statický svět



I výběr vhodného rozlišení (LOD)

I příprava geometrieI vykreslení

22 / 39


Statický svět



I výběr vhodného rozlišení (LOD)I příprava geometrie

I vykreslení

22 / 39


Statický svět



I výběr vhodného rozlišení (LOD)I příprava geometrieI vykreslení

22 / 39


Aktivní objekty

I Stará se o vykreslení objektů s komplexní animacíI objektyI postavy (NPC)

I Musí zajistit

I výběr relevantních objektůI výběr vhodného rozlišeníI animováníI příprava geometrieI vykreslení

23 / 39


Aktivní objekty


I Musí zajistitI výběr relevantních objektů

I výběr vhodného rozlišeníI animováníI příprava geometrieI vykreslení

23 / 39


Aktivní objekty


I Musí zajistitI výběr relevantních objektůI výběr vhodného rozlišeníI animování


23 / 39


Aktivní objekty


I Musí zajistitI výběr relevantních objektůI výběr vhodného rozlišeníI animováníI příprava geometrie

I vykreslení

23 / 39


Aktivní objekty


I Musí zajistitI výběr relevantních objektůI výběr vhodného rozlišeníI animováníI příprava geometrieI vykreslení

23 / 39


Hráč

I Speciální případ NPCI většinou není nutné testovat zda je či není viditelný

I Malé zjednodušení

I (výběr vhodného rozlišení)I animováníI příprava geometrieI vykreslení

24 / 39


Hráč


I Malé zjednodušeníI (výběr vhodného rozlišení)I animování


24 / 39


Hráč


I Malé zjednodušeníI (výběr vhodného rozlišení)I animováníI příprava geometrie

I vykreslení

24 / 39


Hráč


I Malé zjednodušeníI (výběr vhodného rozlišení)I animováníI příprava geometrieI vykreslení

24 / 39


Struktura prezentace

// static worldSelectVisibleSubset ()SelectResolution ()PackGeometry ()RenderWorld ()

// active objectsSelectVisibleSubset ()Animate ()PackGeometry ()RenderNPC ()

// playerAnimate ()PackGeometry ()RenderPlayer ()

25 / 39


Záludnosti síťové hry

I Předchozí model se musí upravitI pro jiného hráče jste NPC

I Při updatu hráče jeI odeslání změn na server

I Při updatu aktivních objektůI zavedení speciální třídy UII síťové zprávy mapuje na objekty

26 / 39


Hotové enginy

I Vyrábění vlastního enginu od základu je příliš nákladnéI inspirace jinými enginyI úpravy existujících enginůI hotová řešení

I Výběr enginu záleží na mnoha aspektechI licence a cenaI typ hryI požadované modulyI stabilitaI hw nárokyI požadovaný jazykI podpora

27 / 39


Vlastnosti – Grafika

I Modely osvětleníI TexturyI Speciální efektyI TerényI AnimaceI LODI Částicové systémy

28 / 39


Vlastnosti – Zvuk

I 3d zvukI Text to speechI VoIPI Streamování

29 / 39


Vlastnosti – AI

I AI behaviourI BotiI FormaceI Fuzzy logikaI Line of SightI Zpracování přirozeného jazykaI Hledání cestyI Stavový automatI Skriptování

30 / 39


Vlastnosti – Fyzika

I Detekce kolizíI Režimy pohybuI Fyzikální vlastnostiI Simulace dopravních prostředkůI Simulace tekutinI Rag dolls

31 / 39


Vlastnosti – Síťařina

I Počet hráčůI Úroveň implementaceI ProtokolI VýkonI ArchitekturaI Seznam serverů

32 / 39


Vlastnosti – Platforma a HW požadavky

I PlatformaI CPUI Paměťová náročnostI ZvukI GrafikaI Síťové připojení

33 / 39


Vlastnosti – Náročnost

I Počet polygonůI Počet objektůI Velikost texturI Počet spuštěných skriptůI Počet síťových klientů

34 / 39


Vlastnosti – Dokumentace a podpora

I Úroveň dokončeníI Úroveň dokumentaceI Online helpI Ukázkové kódyI TutoriályI KnihyI FóraI Podpora

35 / 39


Vlastnosti – Ladění

I DebuggerI ProfilerI Ladění za běhuI Simulátor síťového prostředí

36 / 39


Vlastnosti – Ostatní

I Nahrávání a přehrávání hryI Instant replayI Nahrávání a ukládání stavu hryI Přehrávání videaI Cut scenesI . . .

37 / 39


Přehled enginů

I http://www.devmaster.net/enginesI Volné enginy

I OGREI IrrlichtI Crystal SpaceI Quake 3I . . .

I Nízkonákladové enginyI Torque Game EngineI TV3DI . . .

I Profi enginyI Doom3I HavokI . . .

38 / 39


Konec

39 / 39

Pocítacové hry - Herní engine

Documents

Transcript of Pocítacové hry - Herní engine