Разработка игрового движка с использованием C++ и OpenGL

1.

Разработка
игрового движка
С использованием C++ и OpenGL

2.

Введение:
В мире современных компьютерных игр
игровые движки играют ключевую роль,
обеспечивая основу для создания
увлекательных виртуальных миров и
захватывающих игровых сценариев.
Разработка игрового движка - это процесс,
требующий высокой квалификации и
глубокого понимания технологий
компьютерной графики и
программирования.

3.

Зачем выбраны C++ и
OpenGL?
Выбор языка программирования и графической библиотеки играет
ключевую роль в разработке игрового движка. Вот несколько причин, по
которым выбраны C++ и OpenGL:
Производительность: C++ - это компилируемый язык программирования
с низкоуровневым доступом к памяти, что позволяет эффективно
использовать ресурсы системы и получить высокую производительность.
В контексте игровых движков, где каждый фрейм должен быть обработан
максимально быстро, это особенно важно.
Гибкость и контроль: C++ предоставляет разработчикам полный
контроль над каждым аспектом разрабатываемого приложения. Это
позволяет оптимизировать код, создавать мощные алгоритмы и
эффективно управлять ресурсами.
Кроссплатформенность: Хотя C++ не является полностью
кроссплатформенным языком, он обеспечивает высокую степень
переносимости между различными операционными системами и
аппаратными платформами. Это позволяет разрабатывать игровые
движки, которые могут работать на разных устройствах без существенных
изменений в коде.

4.

Зачем выбраны C++ и
OpenGL?
OpenGL - открытая графическая библиотека: OpenGL является мощным
инструментом для создания высококачественной 2D и 3D графики в
реальном времени. Она широко используется в индустрии компьютерных
игр и обеспечивает доступ к широкому спектру функциональности,
включая шейдеры, текстурирование, освещение и многое другое.
Большое сообщество и ресурсы: C++ и OpenGL имеют обширные
сообщества разработчиков, а также множество ресурсов, таких как
учебники, форумы и библиотеки, которые облегчают процесс разработки
игровых движков и помогают решать возникающие проблемы.
Выбор C++ и OpenGL для разработки игрового движка обеспечивает
высокую производительность, гибкость, кроссплатформенность и доступ к
широкому спектру графической функциональности, что является
ключевыми факторами успешного создания современных компьютерных
игр.

5.

Библиотеки GLFW и GLAD
GLFW (Graphics Library Framework):
Функциональность: GLFW - это библиотека, предоставляющая набор
инструментов для создания и управления окном, контекстом OpenGL, обработки
ввода с клавиатуры и мыши, а также управления временем.
Поддержка кроссплатформенности: GLFW разработана для обеспечения
кроссплатформенной поддержки и может быть использована на различных
операционных системах, включая Windows, macOS и Linux.
Простота использования: Благодаря своей простой и интуитивно понятной API,
GLFW позволяет быстро создавать и настраивать окна, а также обрабатывать
пользовательский ввод без необходимости написания большого количества кода.
Открытый исходный код: GLFW распространяется под свободной лицензией и
имеет открытый исходный код, что позволяет разработчикам использовать и
модифицировать ее по своему усмотрению.

6.

Библиотеки GLFW и GLAD
GLAD (OpenGL Loading Library):
Функциональность: GLAD - это библиотека для загрузки точек входа функций
OpenGL в программу. Она позволяет получить доступ к функциям OpenGL во
время выполнения, что особенно важно при использовании современных версий
OpenGL, где многие функции необходимо загружать динамически.
Генерация заголовочных файлов: GLAD позволяет генерировать заголовочные
файлы для определенной версии OpenGL и расширений, что обеспечивает
гибкость и возможность использования последних возможностей OpenGL.
Поддержка кроссплатформенности: Подобно GLFW, GLAD также поддерживает
кроссплатформенную разработку и может быть интегрирован с проектами,
работающими на различных операционных системах.
Легкая интеграция: GLAD легко интегрируется с проектом и может быть настроен
для загрузки только необходимых точек входа функций, что позволяет
оптимизировать размер исполняемого файла и уменьшить нагрузку на систему.

7.

Использование CMake
для сборки проекта
Использование CMake - это мощный и гибкий подход к сборке проекта, который
облегчает кроссплатформенную разработку и управление зависимостями. Основные
принципы использования CMake для сборки проекта:
1. Определение структуры проекта:
Создание корневой директории проекта.
Разделение проекта на модули, например, модуль графики, модуль ввода и т.д.
Создание файла CMakeLists.txt в корневой директории проекта, а также в каждом
модуле.
2. Конфигурация проекта с помощью CMakeLists.txt:
В файле CMakeLists.txt в корневой директории проекта определяются основные
параметры проекта, такие как минимальная версия CMake, название проекта и
используемый язык программирования.
Определение зависимостей проекта, таких как библиотеки GLFW и GLAD, которые
могут быть внешними или встроенными в проект.
В каждом модуле определяется исходные файлы и библиотеки, которые нужно
скомпилировать.).

8.

Использование CMake
для сборки проекта
3. Генерация файлов сборки:
CMake запускается с помощью командной строки или графического интерфейса.
Выбирается целевая платформа и компилятор.
CMake создаст файлы сборки для выбранной платформы (например, Makefile для
Unix-подобных систем или проект Visual Studio для Windows).
4. Сборка проекта:
Сборка запускается с помощью выбранного сборочного инструмента (например, make
или Visual Studio).
CMake автоматически обработает зависимости, определит порядок компиляции и
выполнит сборку всех компонентов проекта.
5. Установка проекта:
Определяются цели установки в файле CMakeLists.txt для каждого модуля.
Запускается установка после сборки проекта, чтобы скопировать исполняемые файлы,
библиотеки и другие ресурсы в нужные места на вашей системе.
Использование CMake упрощает процесс сборки проекта, делая его более гибким и
кроссплатформенным. Кроме того, CMake позволяет автоматизировать процесс сборки
и управлять различными настройками проекта, что делает его очень полезным
инструментом для разработки крупных и сложных проектов.

9.

Архитектура игрового движка
Архитектура игрового движка - это организация его
компонентов и их взаимодействие для обеспечения
функциональности и производительности при разработке
и запуске игр.
Каждый модуль игрового движка взаимодействует с
другими для обеспечения полной функциональности игры.
Гибкая и эффективная архитектура игрового движка
позволяет разработчикам создавать разнообразные игры с
минимальными усилиями и максимальной
производительностью.

10.

Общий обзор типичной архитектуры
игрового движка:
1. Ядро движка (Engine Core):
Это основа игрового движка, включающая базовые функции и классы для управления жизненным циклом игры.
Основные компоненты могут включать управление временем, рендеринг, управление сценами, загрузку ресурсов и
обработку ввода.
2. Модуль рендеринга (Rendering Module):
Отвечает за отображение графики на экране игрового окна.
Включает в себя классы для управления шейдерами, текстурами, моделями, освещением и другими аспектами
визуализации.
Обычно использует графические API, такие как OpenGL или DirectX.
3. Модуль физики (Physics Module):
Обеспечивает симуляцию физики в игровом мире, такую как столкновения объектов, гравитация и движение.
Включает в себя классы для работы с коллизиями, твердыми телами, динамическими объектами и т.д.
Может использовать физические движки, такие как PhysX или Bullet.

11.

4. Модуль аудио (Audio Module):
Отвечает за воспроизведение звуковых эффектов и музыки в игре.
Включает в себя классы для управления аудиоисточниками, звуковыми дорожками, пространственным звуком и т.д.
Может использовать аудио API, такие как OpenAL или FMOD.
5. Модуль искусственного интеллекта (AI Module):
Отвечает за создание и управление поведением виртуальных персонажей и объектов в игровом мире.
Включает в себя алгоритмы для поиска пути, принятия решений, адаптивного поведения и т.д.
Может использовать различные техники искусственного интеллекта, включая конечные автоматы, нейронные сети и т.д.
6. Модуль пользовательского интерфейса (UI Module):
Отвечает за отображение и взаимодействие с пользовательским интерфейсом игры.
Включает в себя классы для создания и управления элементами интерфейса, такими как кнопки, текстовые поля, меню
и т.д.
Обычно использует библиотеки для работы с графическим интерфейсом, такие как ImGui или Qt.
7. Модуль управления ресурсами (Resource Management Module):
Отвечает за управление загрузкой, хранением и выгрузкой игровых ресурсов, таких как текстуры, модели, звуки и т.д.
Включает в себя классы для кэширования ресурсов, управления памятью и предварительной загрузки данных.

12.

Работа с графикой в игровом движке
1. Рендеринг объектов:
Это основная функция графического модуля, которая отвечает за отображение игровых объектов на
экране. Он использует данные о положении, ориентации, размере и других характеристиках объектов
для создания изображения, которое будет отображаться на экране игрока.
2. Управление камерой:
Графический движок обычно включает в себя систему управления камерой, которая позволяет игроку
видеть игровой мир с различных ракурсов и углов обзора. Это может включать в себя свободное
перемещение камеры, зумирование, поворот и другие эффекты.
3. Работа с шейдерами:
Шейдеры - это программы, которые запускаются на видеокарте и определяют внешний вид объектов
в игре. Графический движок обычно включает в себя систему управления шейдерами, которая
позволяет программистам создавать и использовать шейдеры для реализации различных визуальных
эффектов, таких как отражения, тени, освещение и т. д.
4. Работа с текстурами:
Текстуры используются для придания объектам в игре визуального оформления. Графический
движок обычно включает в себя систему управления текстурами, которая позволяет загружать,
хранить и применять текстуры к объектам в игре.

13.

Работа с графикой в игровом движке
5. Обработка освещения:
Освещение играет важную роль в создании реалистичных изображений в игре.
Графический движок может включать в себя систему управления освещением,
которая позволяет создавать различные виды освещения, такие как
диффузное, спекулярное, окружающее освещение и другие.
6. Применение специальных эффектов:
Некоторые игровые движки поддерживают применение различных
специальных эффектов, таких как размытие, сглаживание, глубина резкости,
эффекты частиц и многие другие. Эти эффекты помогают создать более
реалистичные и захватывающие визуальные образы.
Работа с графикой в игровом движке требует управления различными
аспектами визуализации игрового мира и обеспечивает создание
привлекательного и реалистичного визуального опыта для игроков.

14.

Обработка пользовательского ввода
1. Обнаружение ввода:
Игровой движок постоянно мониторит ввод от устройств пользователя, таких как клавиатура, мышь, геймпад или
сенсорный экран. Он определяет, какие кнопки нажаты, какие клавиши нажаты на клавиатуре, какие движения
выполнены мышью или какие кнопки нажаты на геймпаде.
2. Обработка событий:
После обнаружения ввода игровой движок обрабатывает соответствующие события, сгенерированные этим вводом.
Например, если пользователь нажимает клавишу "вперед", движок генерирует событие о перемещении персонажа
вперед.
3. Управление персонажем или объектами:
Пользовательский ввод может быть направлен на управление перемещением, поворотом, прыжками, стрельбой и
другими действиями персонажей или объектов в игре. Игровой движок интерпретирует ввод и обновляет состояние
игровых объектов в соответствии с этим вводом.
4. Обработка интерфейса пользователя:
Ввод также может использоваться для взаимодействия с интерфейсом пользователя, таким как меню, кнопки,
диалоговые окна и т. д. Игровой движок обрабатывает ввод, связанный с интерфейсом, чтобы пользователь мог
взаимодействовать с игрой.
5. Многопользовательский ввод:
Если игра поддерживает многопользовательский режим, игровой движок также должен управлять вводом от
нескольких игроков. Он обрабатывает ввод от каждого игрока и синхронизирует его с игровым миром, чтобы
обеспечить согласованное игровое взаимодействие между всеми участниками.
Обработка пользовательского ввода в игровом движке позволяет игрокам контролировать игровой мир и
взаимодействовать с ним, создавая интерактивный и захватывающий игровой опыт.

15.

Заключение
● В заключении хочется подчеркнуть, что разработка игрового движка на основе C++ и OpenGL с
использованием библиотек GLFW, VLAD и инструмента сборки CMake представляет собой
захватывающий и весьма значимый процесс в индустрии разработки видеоигр.
● Использование современных технологий и инструментов позволяет создавать мощные и гибкие
игровые движки, способные реализовывать широкий спектр функций, от обработки графики и физики
до управления ресурсами и вводом пользователя.
● Разработка игрового движка - это сложный и многогранный процесс, требующий глубоких знаний
программирования, алгоритмического мышления и понимания принципов работы графических систем
и физических движков. Однако, благодаря правильному подходу и эффективному использованию
инструментов, можно создать мощный и гибкий игровой движок, способный стать основой для
разработки увлекательных и успешных видеоигр.
● В результате данной работы мы получили не только практические навыки в области разработки
игровых движков, но и углубленное понимание принципов работы с графикой, физикой, вводом
пользователей и другими аспектами создания игр. Эти знания и навыки будут ценными ресурсами в
нашей дальнейшей карьере в области разработки видеоигр.
● Создание игрового движка - это всегда вызов, но также и возможность воплотить свои творческие
идеи в жизнь, создавая увлекательные и захватывающие игровые миры для миллионов игроков по
всему миру.