Разработка игрового движка
Игровой движок довольно сложная часть в разработке игры. Выбор в сторону готового движка сокращает время разработки в разы и позволяет сразу приступить к игре. Популярные движки имеют комьюнити, поддержку и много разработчиков, которые уже попробовали его в деле и выпустили свои разработки. Поэтому поиск проблем и их решение обычно занимает не так много времени, есть кто-то кто уже решал проблему до Вас.
Выбор движка по бэкграунду знаний:
Для реализации простых 2D игрушек решил присмотреться к движкам и определиться с подходящим. Среди всего многообразия вариантов присматривался в первую очередь на Unity. Но обдумав все за и против, решил писать свой.
Причины написать сейчас свой движок:
Посколько я начал работать с С++ с 2005 года выбор языка отпал сам собой. За основу был взят стандарт C++11.
В следующих статьях я опишу структуру движка, его основные компоненты и написание игры.
Спасибо за внимание.
Мои любимые статьи про то как начну что-то делать 😉 можно открывать тотализатор, на сколько статей без воды хватит автора 😉
Обычно, не более 3-х.
Ставка принята, я пожалуй поставлю на то, что эта статья будет последняя 😀
Разработка игрового движка
Не нужна.
Не опен сорс? А нафига тогда ты о нём пишешь? Кому он нужен такой?
Описать детали разработки, выслушать мнение других. Дальше опишу о разных аспектах разработки. Будет взаимовыгодная польза для тех кто также работает над своим движком.
Почему бы не перекопать исходники условного Godot или UE, или чего попроще типа Love, если чуть пониже уровнем то условный SDL, при этом реализуя какие-то фишечки рендеринга/оптимизации/работы с медиа/физики/контроллеров/чегоугодно в качестве отдельных либ/кусков кода/примеров, чтобы не терять время? Человек сверху хорошо написал про пруф оф концепты.
Ну т.е. не похоже что у тебя есть хоть какой-то план. Какая-то минимальная спека хотя бы в голове, видение MVP движка, кроме как хочу на C++ 11, чтобы было кроссплатформенно, а еще потом будут тесты, а вообще, чтобы сделать игру где можно грабить корованы.
«Начинайте с идеи игры, а не движка». Разработчик игровых движков — о том, что это и как устроено
Василий разрабатывает игровые движки с 16 лет, с того момента, как дома появился первый ZX Spectrum, — и не представляет, чем еще мог бы заниматься в жизни. Айтишник выпускал мобильные и веб-игры, создавая их в одиночку, а также написал несколько движков (вот один из них). В рамках спецпроекта Onliner и BGaming мы узнали у разработчика этой компании, как устроен игровой движок и что он собой представляет.
Как выглядит движок
— Простым языком: движок игры — что это такое?
— Изначально у тебя есть язык программирования, в котором ты можешь сделать все что угодно. Но примерно ко второй игре становится ясно, что многие вещи повторяются из игры в игру, и чтобы не писать их повторно, ты объединяешь их в некий набор библиотек и инструментов, который и принято называть движком. Хороший движок избавляет от необходимости делать то, что уже сделано раньше, но в то же время оставляет тебе свободу действий. Продвинутый и удобный движок — это не просто набор библиотек, понятный только программистам. Это инструмент, в котором можно увидеть и отредактировать игру. То есть это, если сильно утрировать, как Photoshop или Word, только для игр. Такого пути при разработке движка я всегда придерживался.
Обычно в движке есть окно, в котором ты видишь то же, что и игрок, когда запускает твою игру. С тем лишь отличием, что ты можешь выделить любой объект и изменить его свойства, переставить в другое место. Есть окно, в котором показана иерархия игровых объектов в виде дерева или списка. По большому счету эти два окна позволяют тебе собрать игру как из кирпичей.
Иногда эти кирпичи, то есть объекты игрового мира, нужно настроить, придать им свою логику и свойства. Выглядит это так: создаешь свой новый тип игрового объекта, который наследует свойства одного из стандартных объектов, и дописываешь ему свою логику — то, как объект ведет себя в игре при взаимодействии с другими объектами. Нажимаешь кнопку запуска — и смотришь результат.
— По такому принципу можно любую игру сделать?
— Визуально вся игра сводится к тому, что каждый объект перед каждым кадром обновляет свою позицию. У него есть координаты — X и Y. Если к X прибавить 1, объект сдвинется на один пиксель. А если на каждом кадре прибавлять к X по единице, то объект будет непрерывно двигаться вправо. Вот и все: когда в 16 лет я узнал, как вывести произвольную букву в произвольную точку экрана, мне хватило, чтобы уйти в это с головой. Я составлял человечков из букв, которые бегали по лестницам, собирали монеты и так далее.
Но есть более продвинутый способ двигать объекты по экрану — это когда мы работаем не с X и Y объекта напрямую, а с его скоростями по оси X и Y. Назовем их speedX и speedY, значения которых попросту прибавляются к X и Y каждый кадр. Теперь, однажды установив speedY значение, равное 1, мы заставим объект двигаться вниз со скоростью 1 пиксель за кадр. А если мы начнем каждый кадр увеличивать speedY на 1, то объект будет двигаться вниз с ускорением — получится действие гравитации. Нам останется проверить наличие препятствия под объектом и установить speedY в 0, чтобы объект не проваливался сквозь пол. А можно при касании пола speedY умножить на минус один (изменить скорость на противоположную), и тогда объект «отскочит» и полетит вверх.
Другая, обычная для игры задача — определить момент, когда два объекта друг друга коснулись. В упрощенном виде касание — это когда расстояние между центрами двух объектов стало меньше, чем размер этих объектов. Пересеклись — соответственно, есть касание: наносим урон, добавляем на экран взрывы. Во многих движках это реализовано, и тебе остается написать, что именно произойдет при столкновении.
Универсальность — не всегда хорошо
— Почему нет движков, которые подошли бы под любой игровой жанр?
— Идей очень много, и они всегда выходят за пределы того, на что рассчитывал разработчик движка. Вообще, универсальный движок сводится к простоте: чем меньше функционала, тем он универсальнее. А когда пытаешься все охватить, то универсальность, наоборот, страдает.
— Бывает так, что движок заточен под определенный жанр? Например, для стратегии подойдет, а для гонок — вообще нет.
— Одни заточены, другие нет. Это зависит от количества реализованного в них функционала. Например, есть движок для текстовых адвенчур. Понятно, что там можешь сделать только текстовую адвенчуру. Но вообще, возможности движка ограничены только фантазией разработчика, который его использует: если горишь этим и хочешь что-то сделать, то даже в простейшем движке реализуешь интересные вещи.
В целом при разработке самое главное — не ставить глобальные задачи, пытаясь все охватить. И не пытаться в новой для тебя задаче с ходу сделать что-то фундаментальное и долгоживущее. Нужно подходить экспериментально: двинулся куда-то, понял, что есть проблема, — попробуй другой путь. Если видишь, что идея рабочая — можешь проработать ее детальнее. Свой игровой редактор я создал не с первой попытки. Было множество версий на разных языках, были и тупиковые версии, которые я бросал через две недели после начала разработки, так как понимал, что подход нежизнеспособный.
Кстати, важный момент в любой разработке — скорость итерации, то есть насколько быстро ты увидишь внесенные тобой изменения в действии. Бывают проекты, в которых на компиляцию и запуск игры уходит минута и больше, а бывают такие, где хватает 1—2 секунд. И простая математика: ты сразу становишься в 15—30 раз эффективнее. Даже не в том смысле, что сделаешь в 30 раз больше работы, а в том, что получишь в 30 раз меньше стресса и при этом будешь полон сил двигаться дальше.
— От чего зависит популярность движка? Например, CryEngine, несмотря на технологичность, почти нигде не использовался, а Unreal Engine много где встречается.
— Движков тысячи, есть удобные и не очень. У человека есть какое свойство: когда ты смотришь на что-то новое с большим количеством кнопок — оно тебе всегда не нравится. Допустим, работаешь год в 3ds Max, потом переходишь на Blender — кажется, что это полная муть и его инопланетяне придумали. Только дня через три начинаешь понимать, что к чему. То есть привыкание, инертность играют большую роль. Допустим, появился новый движок — он может быть объективно удобным и хорошим. Но кто захочет уйти от чего-то привычного и понятного? А когда речь идет о крупной компании, все в разы сложнее, тем более если на кону большие деньги.
— Почему многие студии делают собственные движки? Не проще ли лицензировать существующий?
— Я лицензированием движков не занимался, но по себе могу сказать, что свое всегда ближе, и ты меньше тратишь времени на доработку и исправление чужих «косяков». Цепляешься за какой-то недочет в стороннем движке — и либо тебе приходится от чего-то отказываться, либо тратить большое количество времени на поиск обходного пути.
Года три назад при переходе с Flash на HTML я около месяца просидел на Unity в качестве эксперимента. На мой вкус, там слишком много рутинных вещей, игровые объекты избыточно раздроблены на подкомпоненты, и 90% твоего кода занимают связи между этими подкомпонентами. Другие вещи, которые я считаю важными, реализованы не идеальным образом. Возможно, тут сыграла роль та самая человеческая инертность.
— Ты разрабатываешь только движок или игрой тоже занимаешься?
— Разрабатывать движок, отгородившись от игры, вредно. Если сам с ним не работаешь как пользователь, то понятия не имеешь, куда двигаться дальше. Только непосредственно при разработке игровой сцены ты заметишь, что чего-то не хватает или какая-то процедура занимает больше сил, чем могла бы. Как только я натыкаюсь на рутину или баг — сразу добавляю какую-то кнопку, галочку, пару дней проверяю, как оно работает в «боевых условиях», и если все в порядке, включаю ее для всех.
Если делать движок отдельно от игры, то ты не сможешь до конца понять, что именно нужно разработчику, и то, что ты сделаешь, не будет таким удобным и полезным, каким могло бы быть.
Принципы оптимизации
— Как выглядит оптимизация под разные платформы, железо?
— Устройств много, и в первую очередь нужно думать о самых слабых девайсах. Наиболее простой способ оптимизации выглядит так. Допустим, у тебя есть набор анимаций, частиц. Их можно сделать в десять раз меньше по количеству. На маленьком экране разницу даже не заметишь, а нагрузка на железо серьезно уменьшится.
Однако больше всего производительность страдает от отрисованной на экране площади за один кадр. Когда картинка состоит из нескольких слоев, каждый слой в ней отъедает значительную часть ресурсов, даже если она неподвижная. Неподвижные объекты из разных слоев нужно склеивать в один везде, где это возможно, и не отправлять на отрисовку то, что находится за пределами экрана. Например, изображение для фона в играх часто имеет размер намного больше, чем сам игровой экран, видимый пользователю. Если такое изображение отрисовывать как есть, то области за пределами экрана будут нагружать видеокарту. Значит, нужно вычислить область в пределах экрана и отрисовать только ее. В нашем движке для этого есть специальный объект, который обрезает у себя «лишние» части.
Даже если у тебя игра уже работает максимально быстро и дополнительная оптимизация не дает видимого глазу эффекта, есть батарея телефона, которая будет греться и быстро садиться, если не подойти к вопросу оптимизации с душой или хотя бы с серьезными намерениями.
— Разработчик игры должен быть технарем?
— Человек, отвечающий за программирование, — да. Для художника это не обязательно, но когда он имеет опыт разработки игр собственными руками — это очень сильно помогает и экономит время. Он может заранее организовать слои максимально близко к тому виду, в каком они будут организованы в игре. Не потратит время на то, что будет в любом случае вырезано и реализовано программно.
Даже в отрыве от арта и кода игра — это сложная инженерная система, в которой пересекается множество идей и механик. Если ты не видишь все эти пересечения наперед, всплывает множество неожиданных переделок, которые дорого обходятся.
«Самое сложное — не начать разработку, а закончить ее»
— По каким признакам можно понять, хороший в игре движок или нет?
— Если движок хороший, то его присутствие в игре не заметно. Бывает, вижу какую-нибудь известную игру, а спустя годы узнаю, что ее сделали в GameMaker.
В 3D-играх возможны некоторые особенности в освещении и цветообработке. Но в случае с 2D все обычно сводится к отрисовке картинки такой, какая она есть, и движок не оставляет своих признаков. У меня была игра Iron Impact: она сделана в 2D с динамическим освещением, то есть каждый спрайт был не плоским, а имел карту высот и нормалей. И если бы на этом моем движке мне показали другую игру, я бы его узнал.
— Что посоветуешь разработчикам игровых движков?
— Начинайте с игры и ее идеи, а не движка. Нельзя сделать движок, а потом думать, какую игру на нем разработать. Только в процессе создания игры будет понятно, в какую сторону двигаться по расширению движка, как его адаптировать и оптимизировать.
Главный совет — не делайте чего-то глобального. Даже если уверены в своих силах, лучше сделать что-то простое, тогда будет шанс закончить дело и выпустить игру. Самое сложное — не начать разработку, а закончить ее. Ведь как все идет: за второй день разработки ты удвоишь объем сделанной работы, и это очень много. А день разработки после трех месяцев работы — это лишь один процент от уже проделанного. Чувство прогресса замедляется, и радость от разработки улетучивается.
BGaming — быстрорастущий игровой провайдер с белорусскими корнями, предлагающий качественные продукты для онлайн-казино по всему миру.
Игрок и его выбор — главная ценность компании, поэтому мы постоянно изучаем и анализируем потребности и предпочтения аудитории, чтобы создавать яркие и запоминающиеся продукты. Студия разрабатывает онлайн-игры на стыке gambling и gaming, в которых идеально сбалансированы визуальные эффекты и математика. Это возможно благодаря команде экспертов с безграничной энергией и более чем 20-летним опытом в индустрии.
Спецпроект подготовлен при поддержке ООО «Меркелеон девелопмент», УНП 193084780.
Читайте также:
Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!
Есть о чем рассказать? Пишите в наш телеграм-бот. Это анонимно и быстро
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.