Как сделать свой игровой движок

Как за 3 дня создать игровой движок для новелл

Одним дождливым питерским днем мой проект в UE4 перестал загружаться, и из-за этого я захотел сделать свой собственный движок. И одна новелла подтолкнула меня сделать движок именно для новелл. Если вам хочется узнать побольше и вы не боитесь goto, gosub и других ужасов, добро пожаловать под кат.

Оглавление

Этот же друг зная, что я пытаюсь создать игру уже третий месяц предложил мне портировать Катаву на iPad без Jailbreak. Выбор пал на smart BASIC, так как я пользуюсь этой программой уже полтора года и знаю синтаксис её внутреннего языка программирования (также у smart BASIC есть SDK для XCode).

Сразу же был скачан архив со всеми файлами игры кроме текста. Но ни он не я не знали, что это приведет к созданию своего движка для удобства разработки.

Акт 2. Разработка

1. Текст

Файл Katawa Shoujo Port.txt будет подгружать все скрипты.

Файл colorcodes.txt будет содержать RGB цвета имен для рендера, для примера возьму Сидзунэ и ее синее выделение:

Основные приготовления сделаны, теперь можно писать скрипт для показа текста. В Катаве, как и в любой визуальной новелле, текст показывается в поле, и над текстом пишется имя персонажа, от чьего лица этот текст.

За это будет отвечать скрипт speak.txt.

Для начала в файл load.txt я прописал загрузку спрайта bg-say.png (поле для реплик) и шрифта playtime_cyrillic:

После я решил использовать в скрипте сценария знак “|” как разделитель команды, цели команды, вторичной цели, действия и аттрибута.

Источник

Как написать собственный игровой движок на C++

Перевод статьи Джеффа Прешинга (Jeff Preshing) How to Write Your Own C++ Game Engine.

Как написать собственный игровой движок на C++

В последнее время я занят тем, что пишу игровой движок на C++. Я пользуюсь им для создания небольшой мобильной игры Hop Out. Вот ролик, записанный с моего iPhone 6. (Можете включить звук!)

Hop Out — та игра, в которую мне хочется играть самому: ретро-аркада с мультяшной 3D-графикой. Цель игры — перекрасить каждую из платформ, как в Q*Bert.

Hop Out всё ещё в разработке, но движок, который приводит её в действие, начинает принимать зрелые очертания, так что я решил поделиться здесь несколькими советами о разработке движка.

С чего бы кому-то хотеть написать игровой движок? Возможных причин много:

Игровые платформы в 2017-ом — мобильные, консоли и ПК — очень мощные и во многом похожи друг на друга. Разработка игрового движка перестала быть борьбой со слабым и редким железом, как это было в прошлом. По-моему, теперь это скорее борьба со сложностью вашего собственного произведения. Запросто можно сотворить монстра! Вот почему все советы в этой статье вращаются вокруг того, как сохранить код управляемым. Я объединил их в три группы:

Эти советы применимы к любому игровому движку. Я не собираюсь рассказывать, как написать шейдер, что такое октодерево или как добавить физику. Я полагаю, вы и так в курсе, что должны это знать — и во многом эти темы зависят от типа игры, которую вы хотите сделать. Вместо этого я сознательно выбрал темы, которые не освещаются широко — темы, которые я нахожу наиболее интересными, когда пытаюсь развеять завесу тайны над чем-либо.

Используйте итеративный подход

Мой первый совет — не задерживаясь заставьте что-нибудь (что угодно!) работать, затем повторите.

Вуаля! У меня появился замечательный вращающийся кубик, использующий OpenGL ES 2.0.

Моим следующим шагом было скачивание сделанной кем-то 3D-модели Марио. Я быстро написал черновой загрузчик OBJ-файлов — этот формат не так уж сложен — и подправил пример, чтобы он отрисовывал Марио вместо кубика. Ещё я интегрировал SDL_Image, чтобы загружать текстуры.

Затем я реализовал управление двумя стиками, чтобы перемещать Марио. (Поначалу я рассматривал идею создания dual-stick шутера. Впрочем, не с Марио).

Следующим делом я хотел познакомиться со скелетной анимацией, так что открыл Blender, создал модель щупальца и привязал к нему скелет из двух костей, которые колебались туда-сюда.

К тому моменту я отказался от формата OBJ и написал скрипт на Python для экспорта собственных JSON-файлов из Blender. Эти JSON-файлы описывали заскиненный меш, скелет и данные анимации. Я загружал эти файлы в игру с помощью библиотеки C++ JSON.

Как только всё заработало, я вернулся в Blender и создал более проработанного персонажа (Это был первый сделанный и зариганный мной трёхмерный человек. Я им весьма гордился.)

В течение следующих нескольких месяцев я сделал такие шаги:

Ключевой момент в следующем: я не планировал архитектуру движка до того как начал программировать. Это был осознанный выбор. Вместо этого я всего лишь писал максимально простой код, реализующий следующую часть функционала, затем смотрел на него, чтобы увидеть, какая архитектура возникла естественным образом. Под «архитектурой движка» я понимаю набор модулей, которые составляют игровой движок, зависимости между этими модулями и API для взаимодействия с каждым модулем.

Этот подход итеративен, потому что фокусируется на небольших практических результатах. Он хорошо работает при написании игрового движка, потому что на каждом шаге у вас есть работающая программа. Если что-то идёт не так, когда вы выделяете код в новый модуль, вы всегда можете сравнить изменения с кодом, который раньше работал. Разумеется, я предполагаю, что вы пользуетесь какой-нибудь системой контроля версий.

Готов поспорить, что больше времени тратится при противоположном подходе: пытаться заранее продумать архитектуру, которая будет делать всё, что вам понадобится. Две моих любимых статьи про опасности чрезмерной инженерии — The Vicious Circle of Generalization Томаша Дабровски и Don’t Let Architecture Astronauts Scare You Джоэла Спольски.

Я не говорю, что вы не должны решать проблемы на бумаге до того, как столкнётесь с ними в коде. Я также не утверждаю, что вам не следует заранее решить, какой функционал вам нужен. Например, я знал с самого начала, что хочу, чтобы движок загружал все ресурсы в фоновом потоке. Просто я не пытался спроектировать или реализовать этот функционал до тех пор, пока мой движок не начал загружать хоть какие-то ресурсы.

Итеративный подход дал мне куда более элегантную архитектуру, чем я мог бы вообразить, глядя на чистый лист бумаги. iOS-сборка моего движка сегодня на 100% состоит из оригинального кода, включая собственную математическую библиотеку, шаблоны контейнеров, систему рефлексии/сериализации, фреймворк рендеринга, физику и аудио микшер. У меня были причины писать каждый из этих модулей самостоятельно, но для вас это может быть необязательным. Вместо этого есть множество отличных библиотек с открытым исходным кодом и разрешительной лицензией, которые могут оказаться подходящими вашему движку. GLM, Bullet Physics и STB headers — лишь некоторые из интересных примеров.

Дважды подумайте, прежде чем слишком обобщать

Как программисты, мы стремимся избегать дублирования кода, и нам нравится, когда код следует единому стилю. Тем не менее, я думаю, что полезно не давать этим инстинктам управлять всеми решениями.

Время от времени нарушайте принцип DRY

95% времени повторное использование существующего кода — верный путь. Но если оно начинает вас сковывать или вы обнаруживаете, что усложняете что-то, однажды бывшее простым, спросите себя: не должна ли эта часть кодовой базы в действительности быть разделена надвое.

Использовать разные соглашения о вызове — это нормально

Одна из вещей, которая мне не нравится в Java — то, что она заставляет вас определять каждую функцию внутри класса. По-моему, это бессмысленно. Это может придать вашему коду более единообразный вид, но также поощряет переусложнение и не поддерживает итеративный подход, описанный мной ранее.

А ещё есть динамическая диспетчеризация, которая является формой полиморфизма. Часто нам нужно вызвать функцию объекта, не зная точного типа этого объекта. Первый порыв программиста на C++ — определить абстрактный базовый класс с виртуальными функциями, затем перегрузить эти функции в производном классе. Работает, но это лишь одна из техник. Существуют и другие методы динамической диспетчеризации, которые не привносят так много дополнительного кода, или имеют другие преимущества:

Осознайте, что сериализация — обширная тема

Сериализация — это преобразование объектов времени выполнения в последовательность байтов и обратно. Другими словами, сохранение и загрузка данных.

При подготовке такого пайплайна выбор форматов файлов на каждой из стадий остаётся за вами. Вы можете определить несколько собственных форматов, и они могут эволюционировать в процессе того как вы добавляете функциональность в движок. В то время как они эволюционируют, у вас может возникнуть необходимость сохранить совместимость некоторых программ с ранее сохранёнными файлами. Не важно в каком формате, в конце концов вам придётся сериализовать их в C++.

Можно писать более гибкий, менее подверженный ошибкам код сериализации, пользуясь преимуществом рефлексии — а именно, созданием данных времени выполнения, описывающих расположение ваших C++ типов. Чтобы получить краткое представление о том, как рефлексия может помочь с сериализацией, взглянем на то, как это делает Blender, проект с открытым исходным кодом.

Как и Blender, многие игровые движки — и связанные с ними инструменты — создают и используют собственные данные рефлексии. Есть много способов делать это: вы можете разбирать собственный исходный код на C/C++, чтобы извлечь информацию о типах, как это делает Blender. Можете создать отдельный язык описания данных и написать инструмент для генерации описаний типов и данных рефлексии C++ из этого языка. Можете использовать макросы препроцессора и шаблоны C++ для генерации данных рефлексии во время выполнения. И как только у вас под рукой появятся данные рефлексии, открываются бесчисленные способы написать общий сериализатор поверх всего этого.

Несомненно, я упускаю множество деталей. В этой статье я хотел только показать, что есть много способов сериализовать данные, некоторые из которых очень сложны. Программисты просто не обсуждают сериализацию столько же, сколько другие системы движка, даже несмотря на то, что большинство других систем зависят от неё. Например, из 96 программистских докладов GDC 2017, я насчитал 31 доклад о графике, 11 об онлайне, 10 об инструментах, 3 о физике, 2 об аудио — и только один, касающийся непосредственно сериализации.

Как минимум, постарайтесь представить, насколько сложными будут ваши требования. Если вы делаете маленькую игру вроде Flappy Bird, с несколькими ассетами, вам скорее всего не придётся много думать о сериализации. Вероятно, вы можете загружать текстуры напрямую из PNG и этого будет достаточно. Если вам нужен компактный бинарный формат с обратной совместимостью, но вы не хотите разрабатывать свой — взгляните на сторонние библиотеки, такие как Cereal или Boost.Serialization. Не думаю, что Google Protocol Buffers идеально подходят для сериализации игровых ресурсов, но они всё равно стоят изучения.

Написание игрового движка — даже маленького — большое предприятие. Я мог бы сказать намного больше, но, если честно, самый полезный совет, который я могу придумать для статьи такой длины: работайте итеративно, слегка сопротивляйтесь тяге к обобщению кода, и помните, что сериализация — обширная тема, так что понадобится выбрать подходящую стратегию. Мой опыт показывает, что каждый из этих пунктов может стать камнем преткновения, если его игнорировать.

Я люблю сравнивать наблюдения по этой теме, так что мне очень интересно услышать мнение других разработчиков. Если вы писали движок, привел ли ваш опыт к тем же выводам? А если не писали или ещё только собираетесь, ваши мысли мне тоже интересны. Что вы считаете хорошим ресурсом для обучения? Какие аспекты ещё кажутся вам загадочными? Не стесняйтесь оставлять комментарии ниже или свяжитесь со мной через Twitter.

Источник

Написать игровой движок на первом курсе: легко! (ну почти)

Привет! Меня зовут Глеб Марьин, я учусь на первом курсе бакалавриата «Прикладная математика и информатика» в Питерской Вышке. Во втором семестре все первокурсники нашей программы делают командные проекты по С++. Мы с моими партнерами по команде решили написать игровой движок.

О том, что у нас получается, читайте под катом.

Всего нас в команде трое: я, Алексей Лучинин и Илья Онофрийчук. Никто из нас не является экспертом в разработке игр, а тем более в создании игровых движков. Для нас это первый большой проект: до него мы выполняли только домашние задания и лабораторные работы, так что едва ли профессионалы в области компьютерной графики найдут здесь новую для себя информацию. Мы будем рады, если наши идеи помогут тем, кто тоже хочет создать свой движок. Но тема эта сложна и многогранна, и статья ни в коем случае не претендует на полноту специализированной литературы.

Всем остальным, кому интересно узнать о нашей реализации, — приятного чтения!

Графика

Первое окно, мышь и клавиатура

Для создания окон, обработки ввода с мыши и клавиатуры мы выбрали библиотеку SDL2. Это был случайный выбор, но мы о нем пока что не пожалели.

Важно было на самом первом этапе написать удобную обертку над библиотекой, чтобы можно было парой строчек создавать окно, проделывать с ним манипуляции вроде перемещения курсора и входа в полноэкранный режим и обрабатывать события: нажатия клавиш, перемещения курсора. Задача оказалось несложной: мы быстро сделали программу, которая умеет закрывать и открывать окно, а при нажатии на ПКМ выводить «Hello, World!».

Тут появился главный игровой цикл:

Hello World

Камера

Следующим шагом нужно было написать камеру, которая могла бы перемещаться и смотреть в разные стороны. Чтобы понять, как решить эту задачу, нам потребовались знания из линейной алгебры. Если вам это не очень интересно, можете пропустить раздел, посмотреть гифку и читать дальше.

Мы хотим нарисовать в координатах экрана вершину, зная ее координаты относительно центра объекта, которому она принадлежит.

Начнем с получения координат объекта в базисе мира. С объектом можно делать три преобразования: масштабировать, поворачивать и перемещать. Все эти операции задаются домножением исходного вектора (координат в базисе объекта) на соответствующие матрицы. Тогда матрица Model будет выглядеть так:

Чтобы получить координаты вершины на экране, нужно перемножить вектор на матрицу по крайней мере пять раз. Все матрицы имеют размер 4 на 4, так что придется проделать довольно много операций умножения. Мы не хотим нагружать ядра процессора большим количеством простых задач. Для этого лучше подойдет видеокарта, у которой есть необходимые ресурсы. Значит, нужно написать шейдер: небольшую инструкцию для видеокарты. В OpenGL есть специальный шейдерный язык GLSL, похожий на C, который поможет нам это сделать. Не будем вдаваться в подробности написания шейдера, лучше наконец-то посмотрим на то, что вышло:

Пояснение: есть десять квадратов, которые находятся на небольшой дистанции друг за другом. По правую сторону от них находится игрок, который вращает и перемещает камеру.

Физика

До этого момента мы думали сделать графику в движке абсолютно двумерной, а для освещения, если решим его добавлять, использовать технику raycasting. Но у нас под рукой была замечательная камера, которая умеет отображать объекты во всех трех измерениях. Поэтому мы добавили всем двумерным объектам толщину — почему бы и нет? К тому же в перспективе это позволит делать довольно красивое освещение, которое будет оставлять тени от толстых объектов.

Освещение появилось между делом. Для его создания потребовалось написать соответствующие инструкции для рисования каждого пикселя — фрагментный шейдер.

Текстуры

Для загрузки изображений мы использовали библиотеку DevIL. Каждому GraphicalObject2d стал соответствовать один экземпляр класса GraphicalPolygon — лицевая часть объекта — и GraphicalEdge — боковая часть. На каждую можно натянуть свою текстуру. Первый результат:

Все основное, что требуется от графики, уже готово: отрисовка, один источник освещения и текстуры. Графика — на данном этапе все.

Машина состояний, задание поведений объектов

Каждый объект, каким бы он ни был, — состоянием в машине состояний, графическим или же физическим — должен «тикать», то есть обновляться каждую итерацию игрового цикла.

Проблема: хотим поставить группу объектов на паузу, например, систему частиц и частицы внутри нее. В текущем состоянии для этого нужно вручную вызвать onPause для каждого объекта, что не очень удобно.

И так далее, для каждой функции.

У состояния есть три стадии: оно началось, оно тикает, оно остановлено. К каждой из стадий можно добавлять какие-то действия, например, прикрепить к объекту текстуру, применить к нему импульс, установить скорость и так далее.

Сохранения

Чтобы сделать сохранение, остается просто переопределить dump() для каждого объекта. Загрузка — это конструктор от строки, содержащей всю информацию об объекте. Загрузка завершена, когда такой конструктор сделан для каждого объекта.

На самом деле, игра и редактор — это почти один и тот же класс, только в игре уровень загружается в режиме чтения, а в редакторе — в режиме записи. Для записи и чтения объектов из json-а движок использует библиотеку rapidjson.

Графический интерфейс

В какой-то момент перед нами встал вопрос: пусть уже написана графика, машина состояний и все прочее. Как пользователь сможет написать игру, используя это?

В графическом интерфейсе количество действий, которые можно произвести с объектом, будет ограничено: перелистнуть слайд анимации, применить силу, установить определенную скорость и так далее. Та же ситуация с переходами в машине состояний. В больших движках проблему ограниченного количества действий решают связыванием текущей программы с другой — например, в Unity и Godot используется связывание с C#. Уже из этого скрипта можно будет сделать что угодно: и посмотреть, в каком созвездии Уран, и какой сейчас курс евро. У нас такой функциональности на данный момент нет, но в наши планы входит связать движок с Python 3.

Для реализации графического интерфейса мы решили использовать Dear ImGui, потому что она очень маленькая (по сравнению с широко известным Qt) и писать на ней очень просто. ImGui — парадигма создания графического интерфейса. В ней каждую итерацию главного цикла все виджеты и окна отрисовываются заново только если это нужно. С одной стороны, это уменьшает объем потребляемой памяти, но с другой, скорее всего, занимает больше времени, чем одно выполнение сложной функции создания и сохранение нужной информации для последующего рисования. Тут уже осталось только реализовать интерфейсы для создания и редактирования.

Вот как в момент выхода статьи выглядит графический интерфейс:

Редактор машины состояний

Заключение

Мы создали только основу, на которую можно вешать что-то более интересное. Иными словами, есть куда расти: можно реализовать отрисовку теней, возможность создания более чем одного источника освещения, можно связать движок с интерпретатором Python 3, чтобы писать скрипты для игры. Хотелось бы доработать интерфейс: сделать его красивее, добавить больше различных объектов, поддержку горячих клавиш…

Работы еще предстоит много, но мы довольны тем, что имеем на данный момент.

За время создания проекта мы получили много разнообразного опыта: работы с графикой, создания графических интерфейсов, работы с json файлами, обертки многочисленных C библиотек. А еще опыт написания первого большого проекта в команде. Надеемся, что нам удалось рассказать о нем так же интересно, как было интересно им заниматься 🙂

Источник

Пишем собственный игровой движок с помощью C++

С нуля создадим собственный игровой движок с помощью библиотеки SFML и C++, чтобы разобраться, как происходит создание ядра.

В этом проекте мы создадим собственный игровой движок на C++. Движок будет очень простым, но готовым к расширению возможностей. Конечная игра с использованием этого кода тоже крайне проста: наш персонаж сможет перемещаться влево и право, а из графики – только бэкграунд и фигурка персонажа.

Подготовка Visual Studio

Создадим новый проект в Visual Studio. Обратите внимание, что проект требует библиотеку SFML, поэтому если вы не настраивали окружение для нее, прочтите сначала небольшое руководство по настройке.

Теперь можно приступить к коду. Исходный код и дополнительные ресурсы будут доступны на этой странице.

Проектируем собственный игровой движок

Самое важное – запуск движка, который будет происходить в файле Main.cpp, но им мы займемся немного позже.

Класс персонажа

Bob – простой класс для представления фигурки персонажа, управляемой игроком. Код класса будет легко расширяться, а что самое главное – его несложно переписать под любой другой игровой объект, который вы захотите добавить. Для этого потребуется заменить текстуру и описать поведение нового объекта в методе update().

Займемся заголовками класса. Выберите правой кнопкой Header Files в Solution Explorer и нажмите Add | New Item. В окне Add New Item выберите Header File (.h), затем в поле Name введите Bob. Нажмите Add и добавьте код заголовка класса:

Здесь мы объявили объекты типа Texture и Sprite. Дальше мы свяжем эти объекты и любое действие на экране с объектом Sprite будет сопровождаться изображением Боба:

Кликните правой кнопкой, чтобы сохранить

Bob.cpp

Теперь приступим к описанию методов.

Выберите правой кнопкой мыши Source Files в Solution Explorer и откройте Add | New Item. В окне Add New Item кликните по C++ File (.cpp), а в поле Name укажите Bob.cpp. Теперь добавьте в файл код:

В конструкторе мы установили значение переменной m_Speed на 400. Это значит, что Боб пересечет экран шириной в 1920 пикселей за 5 секунд. Также мы загрузили файл Bob.png в Texture и связали его с объектом Sprite. В переменных m_Position.x и m_Position.y установлено начальное положение Боба.

Функция update обрабатывает два If. Первое If проверяет, нажата ли правая кнопка (m_RightPressed), а второе следит за левой (m_LeftPressed). В каждом If скорость (m_Speed) умножается на elapsedTime. Переменная elapsedTime рассчитывается в функции Start движка (класс Engine). Им мы и займемся далее.

Пишем класс Engine

Класс Engine будет контролировать все остальное.

Engine.h

Добавим заголовок. Откройте окно Add New Item (так же, как для класса Bob), выберите Header File (.h) и в поле Name введите Engine.h. Добавьте в файл следующий код:

Класс библиотеки SFML, RenderWIndow, используется для рендера всего, что есть на экране. Переменные Sprite и Texture нужны для создания фона. Также в заголовке мы создали экземпляр класса Bob.

Engine.cpp

В Engine.cpp мы опишем конструктор и функцию start. Создайте файл класса так же, как для Bob.cpp, и добавьте в него код:

Функция конструктора получает разрешение экрана и разворачивает игру на весь экран с помощью m_Window.create. В конструкторе же загружается Texture и связывается с объектом Sprite.

Пример фонового изображения

Скачайте пример изображения или используйте любое другое на свое усмотрение. Переименуйте файл в background.jpg и поместите в каталог Simple Game Engine/Simple Game Engine.

Игровой цикл

Следующие три функции будут описаны каждая в своем файле, но при этом они должны быть частью Engine.h. Поэтому в начале каждого файла укажем директиву #include «Engine.h», так что Visual Studio будет знать, что мы делаем.

Обрабатываем пользовательский ввод

Создайте файл Input.cpp и добавьте в него код:

Функция input обрабатывает нажатия клавиш через константу Keyboard::isKeyPressed, предоставляемую SFML. При нажатии Escape m_Window будет закрыто. Для клавиш A и D вызывается соответствующая функция движения.

Обновляем игровые объекты

Теперь опишем простую функцию update. Каждый игровой объект будет иметь собственную функцию update.

Создайте файл Update.cpp и добавьте в него код:

Поскольку у нас пока только один объект «Боб», мы вызываем только функцию m_Bob.update.

Отрисовка сцены

Это последняя функция класса Engine. Создайте файл Draw.cpp и добавьте в него код:

Экран очищается методом clear, затем отрисовывается фон. Первым делом должен быть отрисован фон, чтобы потом поверх него можно было отрисовать Боба.

Запускаем движок в main()

Теперь вернемся к нашему Main.cpp. Время добавить в него немного кода:

Несколько слов в конце

Наш собственный игровой движок получился очень простым: он умеет только двигать главный объект и закрывать программу. Он не умеет обрабатывать столкновения, работать с интерфейсом и еще много чего. Однако он отлично описывает то, как строится ядро игрового проекта с нуля. К тому же, как мы уже выяснили, класс Bob расширяется и адаптируется под другие объекты, так что дайте волю фантазии и попробуйте поэкспериментировать с окружением.

Источник