39

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

Počítačové hry Herní engine

1 / 39


Obsah přednášky

I

Co je „Engineÿ

I

Herní smyčka

I

Struktura enginu

I

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 problems just with potatoes.” -Douglas Adams

4 / 39


Co je engine?

I I

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

poskytuje základní metody I I I I

I

inicializace nahrání dat ... ukončení

Ulehčuje vývoj hry I

možnost znovuvyužití velkých kusů kódu I

I

v ideálním případě „pouzeÿ změna dat

přechod na jinou platformu

5 / 39


Co všechno engine nabízí?

I

Záleží na kvalitě enginu I I I I I I I I I I I I

grafika 2D, 3D fyzika a kolize zvuk vstupy/výstupy skriptování animace umělá inteligence síťové záležitosti správa paměti reprezentace světa (scene graph) správa souborů GUI

6 / 39


Aplikace v reálném čase I

Hry jsou časově závislé aplikace I

modul pro simulaci virtuálního světa I I I

I

prezentační modul vstupní modul

I

pro zjednodušení jen 3 - update světa a prezentace, vstup

I

I

AI fyzika ...

Každý z modulů je časově omezen I

co si s tím počít?

7 / 39


Aplikace v reálném čase I

Hry jsou časově závislé aplikace I

modul pro simulaci virtuálního světa I I I

I

prezentační modul vstupní modul

I

pro zjednodušení jen 3 - update světa a prezentace, vstup

I

I

Každý z modulů je časově omezen I

I

AI fyzika ...

co si s tím počít?

Všechny moduly běží současně I

jak to ale zařídit?

7 / 39


Pokus první – jednoduchá smyčka I

Jednoduchá smyčka I I

update, pak prezentace oba moduly mají stejnou váhu

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

Vstupy

Update

Prezentace

8 / 39





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

Vstupy

Update

Výhody I

jednoduchost

Prezentace

8 / 39





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

Update

Výhody I

I

Vstupy

jednoduchost

Prezentace

Problémy I

závislost na výkonu systému I I

na rychlém stroji nehratelné na pomalém taky 8 / 39


Pokus druhý – konstantní rychlost hry a závislé FPS I

Konstantní rychlost hry I I

update, pak prezentace pokud zbývá čas, čeká se

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

Vstupy

Update

Prezentace

Sync

9 / 39





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

Vstupy

Update

Prezentace

Výhody I

jednoduchost

Sync

9 / 39





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

Update

Prezentace

Výhody I

I

Vstupy

jednoduchost

Sync

Problémy I I

na rychlém stroji čeká na pomalém stroji nestíhá 9 / 39


Pokus třetí – proměnné FPS a závislá rychlost hry

I

Maximální rychlost diktovaná kreslením I

počítá se čas od posledního snímku

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

Vstupy

Update

Prezentace

10 / 39



I




Vstupy

Update I

Výhody I

plynulejší v závislosti na rychlosti Prezentace

10 / 39



I




Vstupy

Update I

Výhody I

I

plynulejší v závislosti na rychlosti

Problémy I

Prezentace

spousta

10 / 39


Pokus čtvrtý - konstantní rychlost a maximální FPS I

Oddělení updatů a prezentace I

update držet konstantní, prezentace kdykoliv je to možné

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

Vstupy

Update

Prezentace

11 / 39





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

Výhody I

stabilní rychlost

Vstupy

Update

Prezentace

11 / 39





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

Výhody I

I

stabilní rychlost

Vstupy

Update

Prezentace

Problémy I

na rychlém stroji se zbytečně kreslí stejné snímky

11 / 39


Pokus pátý – konstantní rychlost a variabilní FPS I

Využití inter/extrapolace pro větší plynulost animace while (! end ) { loops = 0 while ( GetTime () > nextTime && loops < MAX_SKIP ) { Input () Update () loops ++ nextTime += 1000/ TPS } interpolation = ( GetTime () + 1000/ TPS - nextTime )* TPS /1000 Presentation ( interpolation ) }

12 / 39




I

Výhody I I

plynulost pohybu podle rychlosti počítače konstantní rychlost hry

12 / 39




I

Výhody I I

I

plynulost pohybu podle rychlosti počítače konstantní rychlost hry

Nevýhody I

nutnost interpolátoru 12 / 39


Paralelní smyčka

I

Řešení podobné jako v předchozím případě I I

I

I

I

zvlášť update zvlášť prezentace

Nevýhody I

Vstupy

zajištění synchronizace problémy na 1 procesoru

Update

Výhody I

více času Prezentace

13 / 39


Struktura enginu Hudba

Audio engine

Čas

Síť Zvuky

Fyzikální egine Detekce kolizí

Update GUI

Script engine A.I.

Stavový manager Renderer

Souborový manager Prezentace

Animační engine

Správce paměti Vstup

Vstupní subsystém

Scene manager

14 / 39


Herní logika

I I

Je zodpovědná za update světa Musí se starat o I I I I

statický svět hráče pasivní prvky aktivní prvky

15 / 39


Statický svět

I

Objekty, které jsou součástí světa, ale nemají definováno chování I

I

terén, zdi, . . .

U rozsáhlých světů nelze rozumně udržovat vše I I

výběr aktivní části světa (graf scény, dělení prostoru) dynamické nahrávání světa (správa paměti, souborový systém)

16 / 39


Hráč

I

Musí uchovávat a updatovat stav hráče

17 / 39


Hráč

I I

Musí uchovávat a updatovat stav hráče Vstup od uživatele I I

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

hra se nestará o čtení z konkrétních zařízení lze libovolně namapovat

17 / 39


Hráč

I I



I


Update stavu I I I

spuštění animace pro pohyb úprava pozice ...

17 / 39


Hráč I I



I

Otestování omezení I I

I


geometrická omezení (detekce kolizí) logická omezení (skriptování)

Update stavu I I I

spuštění animace pro pohyb úprava pozice ...

17 / 39


Pasivní prvky

I

Objekty s nadefinovaným chováním, bez vlastní inteligence I

I

dveře, krabice, poletující ptáci. . .

Nutné udržovat konzistentní stav

18 / 39


Pasivní prvky

I


I


Nutné udržovat konzistentní stav I

seřazení podle relevantnosti (graf scény, dělení prostoru)

18 / 39


Pasivní prvky

I


I


Nutné udržovat konzistentní stav I I

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

18 / 39


Pasivní prvky

I


I


Nutné udržovat konzistentní stav I I I

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

18 / 39


Aktivní prvky

I

Objekty s vlastní inteligencí I

I

nepřátelé (nebo spoluhráči)

Nutné udržovat konzistentní stav

19 / 39


Aktivní prvky

I


I


Nutné udržovat konzistentní stav I

seřazení podle relevantnosti (graf scény, dělení prostoru)

19 / 39


Aktivní prvky

I


I


Nutné udržovat konzistentní stav I I

seřazení podle relevantnosti (graf scény, dělení prostoru) otestování stavu a vytyčení cílů (skriptování)

19 / 39


Aktivní prvky

I


I


Nutné udržovat konzistentní stav I I I

seřazení podle relevantnosti (graf scény, dělení prostoru) otestování stavu a vytyčení cílů (skriptování) otestování omezení (detekce kolizí)

19 / 39


Aktivní prvky

I


I


Nutné udržovat konzistentní stav I I I I

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

19 / 39


Aktivní prvky

I


I


Nutné udržovat konzistentní stav I I I I I

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

19 / 39


Struktura herní logiky // static world P r e s e l e c t A c t i v e Z o n e () // player update ReadControls () C o m p u t e R e s t r i c t i o n s () U p d a t e P l a y e r S t a t e () // passive objects S o r t A c c o r d i n g R e l e v a n c e () E x e c u t e C o n s t r o l M e c h a n i s m () U p d a t e P a s s i v e O b j e c t s S t a t e () // active objects S o r t A c c o r d i n g R e l e v a n c e () S e n s e I n t e r n a l S t a t e A n d G o a l s () C o m p u t e R e s t r i c t i o n s () MakeDecision () U p d a t e A c t i v e O b j e c t s S t a t e ()

20 / 39


Prezentace scény

I

Tvoří podstatnou část hry I

I

Musí zajistit prezentaci I I I

I

stará se o to, aby byl hráč vtažen do hry statického světa a jednoduchých pasivních objektů složitých pasivních objektů a aktivních objektů hráče

Prezentace může probíhat pomocí více kanálů I I I I

vizuální audio taktilní ...

21 / 39


Statický svět

I

Stará se o vykreslení statického světa a objektů s jednoduchou animací

22 / 39


Statický svět

I

Stará se o vykreslení statického světa a objektů s jednoduchou animací I

výběr relevantní části světa I I I

ořezávání odstranění odvrácených částí zakrytí

22 / 39


Statický svět

I



I


výběr vhodného rozlišení (LOD)

22 / 39


Statický svět

I



I I


výběr vhodného rozlišení (LOD) příprava geometrie

22 / 39


Statický svět

I



I I I


výběr vhodného rozlišení (LOD) příprava geometrie vykreslení

22 / 39


Aktivní objekty

I

Stará se o vykreslení objektů s komplexní animací I I

I

objekty postavy (NPC)

Musí zajistit

23 / 39


Aktivní objekty

I


I


Musí zajistit I

výběr relevantních objektů

23 / 39


Aktivní objekty

I


I


Musí zajistit I I I

výběr relevantních objektů výběr vhodného rozlišení animování

23 / 39


Aktivní objekty

I


I


Musí zajistit I I I I

výběr relevantních objektů výběr vhodného rozlišení animování příprava geometrie

23 / 39


Aktivní objekty

I


I


Musí zajistit I I I I I

výběr relevantních objektů výběr vhodného rozlišení animování příprava geometrie vykreslení

23 / 39


Hráč

I

Speciální případ NPC I

I

většinou není nutné testovat zda je či není viditelný

Malé zjednodušení

24 / 39


Hráč

I


I


Malé zjednodušení I I

(výběr vhodného rozlišení) animování

24 / 39


Hráč

I


I


Malé zjednodušení I I I

(výběr vhodného rozlišení) animování příprava geometrie

24 / 39


Hráč

I


I


Malé zjednodušení I I I I

(výběr vhodného rozlišení) animování příprava geometrie vykreslení

24 / 39


Struktura prezentace

// static world S e l e c t V i s i b l e S u b s e t () S e l e c t R e s o l u t i o n () PackGeometry () RenderWorld () // active objects S e l e c t V i s i b l e S u b s e t () Animate () PackGeometry () RenderNPC () // player Animate () PackGeometry () RenderPlayer ()

25 / 39


Záludnosti síťové hry

I

Předchozí model se musí upravit I

I

Při updatu hráče je I

I

pro jiného hráče jste NPC odeslání změn na server

Při updatu aktivních objektů I I

zavedení speciální třídy UI síťové zprávy mapuje na objekty

26 / 39


Hotové enginy

I

Vyrábění vlastního enginu od základu je příliš nákladné I I I

I

inspirace jinými enginy úpravy existujících enginů hotová řešení

Výběr enginu záleží na mnoha aspektech I I I I I I I

licence a cena typ hry požadované moduly stabilita hw nároky požadovaný jazyk podpora

27 / 39


Vlastnosti – Grafika

I

Modely osvětlení

I

Textury

I

Speciální efekty

I

Terény

I

Animace

I

LOD

I

Částicové systémy

28 / 39


Vlastnosti – Zvuk

I

3d zvuk

I

Text to speech

I

VoIP

I

Streamování

29 / 39


Vlastnosti – AI

I

AI behaviour

I

Boti

I

Formace

I

Fuzzy logika

I

Line of Sight

I

Zpracování přirozeného jazyka

I

Hledání cesty

I

Stavový automat

I

Skriptování

30 / 39


Vlastnosti – Fyzika

I

Detekce kolizí

I

Režimy pohybu

I

Fyzikální vlastnosti

I

Simulace dopravních prostředků

I

Simulace tekutin

I

Rag dolls

31 / 39


Vlastnosti – Síťařina

I

Počet hráčů

I

Úroveň implementace

I

Protokol

I

Výkon

I

Architektura

I

Seznam serverů

32 / 39


Vlastnosti – Platforma a HW požadavky

I

Platforma

I

CPU

I

Paměťová náročnost

I

Zvuk

I

Grafika

I

Síťové připojení

33 / 39


Vlastnosti – Náročnost

I

Počet polygonů

I

Počet objektů

I

Velikost textur

I

Počet spuštěných skriptů

I

Počet síťových klientů

34 / 39


Vlastnosti – Dokumentace a podpora

I

Úroveň dokončení

I

Úroveň dokumentace

I

Online help

I

Ukázkové kódy

I

Tutoriály

I

Knihy

I

Fóra

I

Podpora

35 / 39


Vlastnosti – Ladění

I

Debugger

I

Profiler

I

Ladění za běhu

I

Simulátor síťového prostředí

36 / 39


Vlastnosti – Ostatní

I

Nahrávání a přehrávání hry

I

Instant replay

I

Nahrávání a ukládání stavu hry

I

Přehrávání videa

I

Cut scenes

I

...

37 / 39


Přehled enginů I I

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

I

Nízkonákladové enginy I I I

I

OGRE Irrlicht Crystal Space Quake 3 ... Torque Game Engine TV3D ...

Profi enginy I I I

Doom3 Havok ... 38 / 39


Konec

39 / 39

39

Recommend Documents