Grundlegende Algorithmen

Transkript

1 3D Spieleprogrammierung Grundlegende Algorithmen

2 Übersicht Game Loop Spielarchitektur Aufäumen von Strukturen Vorbereiten für spätere Aufgaben Bewegungen Zeitmessung Zeitunabhängigkeit GameLoop Game Engine

3 Game-Engine Netzwerk Physik Objekte Verwalten von Sound Logik Grafik

4 Game-Loop Torus Tempest

5 Zentrales Element im Spiel!

6 Game-Loop Aufgaben Game Logic Player Update World Update Passive elements Logic based elements AI based elements Presentation World NPC Player Aus Daniel Sánchez Crespo Dalmau. Core Techniques and Algorithms in Game Programming. New Riders, 2003

7 Grafik Subsystem Pipeline Anwendung Update aller beweglichen Objekte Anwendung (APP) Fahrzeuge, Fußgänger, Kamera,... Verwaltet den Szenengraph Sichtbarkeit Sichtbarkeit (CULL) Ermittlung der sichtbaren Objekte Räumliche Datenstrukturen Frustum Culling Zeichnen (DRAW) Occlusion Zeichnen Zeichnen aller sichtbaren Objekte Material Shader

8 Szenengraph Verwaltet die Objekte in der Szene Eigentlich kein Graph, sondern ein Baum Hat genau einen Root Knoten Verschiedene Ebenen Organisation von 3D Szenen High Level Objekte

9 Low Level vs. High Level Low High

10 Szenengraph Beispiel igmodel *pmodel = igmodel::load( gelände.i3b, false); igobject *pobject = new igobject(pmodel, igobjectusemodel); C++ Code Ahead! pobject >AddToScene(iScene::GetScene(0)); igswitchpart * pswitch = (igswitchpart *) pobject >GetPart("Bahnschranke"); Computergrafik und Bildverarbeitung, Vieweg S. 296

11 infinity Copyright by Martin Faust Features SGI Onyx2/3, 16 CPUs, 4 Graphic Pipes Indoor/Outdoor Engine mit dynamischen Portalen Radar und Sensorsimulation Large Area Database Management Fade LOD Irix, Linux, BeOS Unterstützung... Paralleles Prozessmodell (N CPUs) Multiprozeß und nicht Multithreaded APP CULL DRAW DBASE

12 ELTAM Elektronische Taktiksimulator für Mechanisierte Verbände

13 High Level Szenengraph Vorteile Der Benutzer sieht die interne Repräsentation nicht mehr Viele Aspekte können automatisiert werden Einfachere Synchronisation über mehrere PCs

14 Grafik Subsystem: APP BeginFrame Input einlesen Update aller Objekte in der Szene: z.b. foreach(object obj in Scene) obj.update(dt); NPCs (AI) EndFrame Ruft automatisch Culling und anschließendes Drawing auf

15 Grafik Subsystem: CULL Ermitteln aller sichtbaren Objekte Traversierung des Szenengraphen Frustum Culling Level of Detail ermitteln

16 Bounding Spheres Ein raumlich organisierter Szenengraph. Jedem Knoten ist eine Hülle (Kugeloberfläche) zugeordnet. Computergrafik und Bildverarbeitung, Vieweg S. 297

17 Frustum Culling Das View Frustum wird durch den Sichtwinkel (engl. Field of view, fov) sowie die near/far plane bestimmt Culling geschieht an den 6 Ebenen des Frustums

18 Culling von Kugeln Distanz eines Punktes P zu einer Ebene E ist definiert als distance = (P E P )*E N Damit können wir 6 Distanzen ermitteln d0 = (BSphere.Pos Camera.Pos) * Frustum.N[front]; d1 = (BSphere.Pos Camera.Pos) * Frustum.N[back]; d2 = (BSphere.Pos Camera.Pos) * Frustum.N[up]; d3 = (BSphere.Pos Camera.Pos) * Frustum.N[down]; d4 = (BSphere.Pos Camera.Pos) * Frustum.N[left]; d5 = (BSphere.Pos Camera.Pos) * Frustum.N[right];

19 Culling Komplett sichtbar, wenn d0 Camera.Near+BSphere.Radius BSphere.Radius d1 Camera.Far d2 BSphere.Radius d3 BSphere.Radius d4 BSphere.Radius d5 BSphere.Radius Teilweise, wenn d0 > Camera.Near BSphere.Radius BSphere.Radius d1 < Camera.Far d2 > BSphere.Radius d3 > BSphere.Radius d4 > BSphere.Radius d5 > BSphere.Radius

20 Frustum Culling Bounding Volumen Hierarchien ermöglichen effizientes Culling Computergrafik und Bildverarbeitung, Vieweg S. 302

21 Level of Detail Wird beim Traversal ermittelt Reduziert die Geometrielast für weiter entfernte Objekte Seitenbemerkung Sichtweite für Ground Warfare Simulator ist max. 24Km Computergrafik und Bildverarbeitung, Vieweg S. 311

22 Fade LOD Fade LOD Verhindern von Popup zwischen LOD Stufen Continuous LOD Meistens bei Gelände Keine festen Stufen, sondern permanentes anpassen der Geometrie FadeLOD, infinity

23 Grafik Subsystem: DRAW Sichtbare Objekte zeichnen

24 Prozeßmodelle Marble Madness Neverball

25 Prozeßmodelle Singlethreaded APP+CULL+DRAW APP CULL DRAW APP CULL DRAW Multithreaded Variante 1: (APP+CULL) DRAW APP CULL APP CULL DRAW Variante 2: APP (CULL+DRAW) Variante 3: APP CULL DRAW APP CULL DRAW DRAW APP APP CULL APP CULL DRAW CULL DRAW DRAW

26 Prozeßmodelle Was gewinnt man? Entzerrung der Zeitsituation Mehr Berechnungen sind möglich Bessere Ausnutzung der CPU Beim Singlethreaded Modell hat man für App, Cull und Draw zusammen eine Zeiteinheit, d.h. T App +T Cull +T Draw < T Frame Beim Multithreaded Modell in der Variante 3 z.b. T App < T Frame T Cull < T Frame T Draw < T Frame

27 Content Virus, Amiga Version

28 Dateiformate Unterschied zwischen Modellierung und Echtzeit Modellierung/Austausch z.b. Collada Echtzeit Optimiert für schnelles Parsen Optimiert für schnelles Anzeigen z.b. TerraPage