DevOps C++ と「キッチン ウォーズ」、または食事中にゲームを書き始めたきっかけ

「私は自分が何も知らないことを知っている」ソクラテス

誰のため： すべての開発者に唾を吐き、自分たちのゲームをプレイしたい IT 担当者向けです。

何について： 必要に応じて C/C++ でゲームを書き始める方法!

これを読むべき理由: アプリ開発は私の仕事の専門分野ではありませんが、毎週コーディングするように努めています。 ゲームが大好きなので！

こんにちは、私の名前は アンドレイ・グランキン, 私は Luxoft の DevOps です。 アプリケーション開発は私の仕事の専門分野ではありませんが、毎週コーディングするように努めています。 ゲームが大好きなので！

コンピューター ゲーム業界は巨大で、今日では映画業界よりもさらに噂されています。 ゲームは、コンピューターの開発が始まった頃から、現代​​の基準から見ると、複雑で基本的な開発手法を使用して作成されてきました。 時間が経つにつれて、すでにプログラムされたグラフィックス、物理学、サウンドを備えたゲーム エンジンが登場し始めました。 これにより、ゲームの基礎について気にすることなく、ゲーム自体の開発に集中できるようになります。 しかし、それらとエンジンとともに、開発者は「盲目になり」、劣化していきます。 ゲームの制作そのものがコンベア上に置かれます。 そして、生産量が品質よりも優先され始めます。

同時に、他の人のゲームをプレイするとき、私たちは他の人が考え出した場所、プロット、キャラクター、ゲームメカニクスによって常に制限されます。 それで気づいたのですが…

…私だけを対象として、あなた自身の世界を創造する時が来ました。 私が父であり、子であり、聖霊である世界です！

そして私は、独自のゲーム エンジンとその上でゲームを作成することで、目を開け、窓を拭き、車室内の空気を汲み上げることができるようになり、より経験豊富で不可欠なプログラマーになれると心から信じています。

この記事では、私がどのようにして C / C ++ で小さなゲームを書き始めたのか、開発プロセスとは何なのか、そして忙しい環境の中でどこで趣味のための時間を見つけているのかについて説明したいと思います。 これは主観的であり、個人のスタートのプロセスを説明しています。 無知と信仰、現在の世界についての私の個人的なイメージについての資料です。 つまり、「行政はあなた個人の脳みそには責任を持ちません！」ということです。

練習

「実践のない知識は無益であり、知識のない実践は危険である。」 孔子

私のノートは私の人生です！

つまり、実際には、私にとってすべてはノートから始まると言えます。 そこでは毎日のタスクを書き留めるだけでなく、絵を描いたり、プログラムを作成したり、フローチャートを設計したり、数学的な問題を含む問題を解決したりすることもできます。 必ずメモ帳を使用し、鉛筆のみで書きます。 私の意見では、清潔で快適で信頼性があります。

私の（すでに記入された）ノート。 見た目はこんな感じです。 日常のタスク、アイデア、図面、ダイアグラム、ソリューション、黒簿記、コードなどが含まれています。

この段階で、私はなんとか XNUMX つのプロジェクトを完了することができました (これは、私の理解では「最終性」であり、どの製品も比較的無限に開発できるためです)。

• プロジェクト0： これは、Unity ゲーム エンジンを使用して C# で作成された Architect デモ 3D シーンです。 macOS および Windows プラットフォーム用。
• ゲーム1： Windows 用のコンソール ゲーム Simple Snake (誰もが「スネーク」として知っています)。 Cで書かれています。
• ゲーム2： コンソール ゲーム Crazy Tanks (皆さんには「Tanks」として知られています) は、すでに C++ (クラスを使用) で書かれており、Windows 上でも作成されています。

プロジェクト 0 アーキテクトのデモ

• プラットフォーム： Windows (Windows 7、10)、Mac OS (OS X El Capitan v. 10.11.6)
• 言語： C#
• ゲームエンジン: Unity
• インスピレーション： ダリン・ライル
• リポジトリ: GitHubの

3D シーン アーキテクトのデモ

最初のプロジェクトは C/C++ ではなく、Unity ゲーム エンジンを使用した C# で実装されました。 このエンジンはハードウェアに対する要求がそれほど高くありませんでした。 Unrealのエンジン、また、インストールと使用が簡単であるように思えました。 他のエンジンは考えていませんでした。

私にとって Unity での目標は、ある種のゲームを開発することではありませんでした。 ある種のキャラクターを含む 3D シーンを作成したかったのです。 彼、あるいはむしろ彼女 (私が恋をした女の子をモデルにした =) は移動し、外の世界と交流しなければなりませんでした。 Unity とは何か、開発プロセスとは何か、何かを作成するのにどれくらいの労力がかかるかを理解することだけが重要でした。 こうして Architect Demo プロジェクトが誕生しました (名前はほとんどでたらめから思いついたものです)。 プログラミング、モデリング、アニメーション、テクスチャリングを毎日行うには、おそらく XNUMX か月かかりました。

私は YouTube で 3D モデルの作成方法に関するチュートリアル ビデオから始めました。 ブレンダー。 Blender は、インストールを必要としない 3D モデリング (およびその他) のための優れた無料ツールです。 そしてここで衝撃が私を待っていました...モデリング、アニメーション、テクスチャリングは、本を書くことができる大きな別々のトピックであることがわかりました。 これは特にキャラクターに当てはまります。 指、歯、目、その他の体の部分をモデル化するには、解剖学の知識が必要です。 顔の筋肉はどのように配置されているのでしょうか？ 人はどうやって動くのか？ 腕、脚、指、関節のそれぞれに骨を「挿入」する必要がありました。

アニメーションが自然に見えるように、鎖骨と追加のボーン レバーをモデル化します。 このようなレッスンを終えると、アニメーション映画のクリエイターが、たった 30 秒のビデオを作成するだけでも、どれほど大変な仕事をしているかがわかります。 しかし、3D 映画は何時間も続きます。 そして、私たちは劇場から出てきて次のように言います。「た、くだらない漫画/映画だ！ 彼らはもっとうまくできたかもしれない…」愚か者！

そして、このプロジェクトのプログラミングについてもう 2 つ。 結局のところ、私にとって最も興味深い部分は数学的な部分でした。 シーン (プロジェクトの説明にあるリポジトリへのリンク) を実行すると、カメラが球体の女の子のキャラクターの周りを回転することがわかります。 このようなカメラの回転をプログラムするには、まず円 (3D) 上の位置点の座標を計算し、次に球 (XNUMXD) 上の位置点の座標を計算する必要がありました。 面白いことに、私は学校の数学が嫌いで、マイナスで数学を知っていました。 おそらく、部分的には、学校では、この数学が人生でどのように応用されるのかを単に説明していないからです。 しかし、自分の目標、夢に夢中になると、心はクリアになり、明らかになります。 そして、複雑なタスクをエキサイティングな冒険として認識し始めます。 そして、あなたはこう考えます。「なぜ、*愛する*数学者は、これらの公式がどこから導き出せるのかを通常は教えてくれなかったのだろうか?」

円と球上の点の座標を計算する公式の計算 (私のノートから)

ゲーム 1

• プラットフォーム： Windows (Windows 7、10でテスト済み)
• 言語： 純粋なCで書かれていると思います
• ゲームエンジン: Windowsコンソール
• インスピレーション： ジャビッドx9
• リポジトリ: GitHubの

シンプルなスネークゲーム

3D シーンはゲームではありません。 さらに、3D オブジェクト (特にキャラクター) のモデリングとアニメーション化は時間がかかり、困難です。 Unity をいじってみた結果、基礎から継続、というか始めなければならないことに気づきました。 ゲームの構造そのものを理解するための、シンプルかつ高速でありながら同時にグローバルなもの。

では、簡単かつ迅速にできるものは何でしょうか? そう、コンソールと2Dです。 より正確には、コンソールとシンボルも含まれます。 再び、私はインターネットでインスピレーションを探し始めました（一般的に、私はインターネットが XNUMX 世紀で最も革命的で危険な発明だと考えています）。 コンソール版テトリスを作成したあるプログラマーのビデオを掘り出しました。 そして、自分のゲームに似せて、彼は「蛇」を切り倒すことにしました。 このビデオから、ゲーム ループ (XNUMX つの基本的な機能/部分) とバッファーへの出力という XNUMX つの基本的なことについて学びました。

ゲームループは次のようになります。

int main()
   {
      Setup();
      // a game loop
      while (!quit)
      {
          Input();
          Logic();
          Draw();
          Sleep(gameSpeed);  // game timing
      }
      return 0;
   }

このコードは、 main() 関数全体を一度に示します。 そして、対応するコメントの後にゲームサイクルが始まります。 ループには、Input()、Logic()、Draw() という XNUMX つの基本関数があります。 まず、データの入力（主にキーストロークの制御）、次に入力されたデータをロジックで処理し、画面に表示する - 描画します。 そしてどのフレームもそうです。 アニメーションはこのようにして作られます。 まるで漫画のようだ。 通常、入力データの処理に最も時間がかかり、私の知る限り、これがゲームのフレーム レートを決定します。 ただし、ここでの Logic() 関数は非常に高速です。 したがって、フレーム レートは、このレートを決定する gameSpeed パラメータを使用して Sleep() 関数によって制御する必要があります。

ゲームサイクル。 メモ帳でのスネークプログラミング

シンボリック コンソール ゲームを開発している場合、通常のストリーム出力 'cout' を使用して画面にデータを表示することは機能せず、非常に時間がかかります。 したがって、出力はスクリーンバッファ内で実行する必要があります。 非常に高速になり、ゲームは不具合なく動作します。 正直に言うと、スクリーンバッファとは何なのか、どのように機能するのかよくわかりません。 ただし、ここでコード例を示します。おそらくコメント内の誰かが状況を明確にすることができるでしょう。

画面バッファの取得 (そう言ってもいいかもしれません):

// create screen buffer for drawings
   HANDLE hConsole = CreateConsoleScreenBuffer(GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0,
 							   NULL, CONSOLE_TEXTMODE_BUFFER, NULL);
   DWORD dwBytesWritten = 0;
   SetConsoleActiveScreenBuffer(hConsole);

特定の行スコアライン（スコアを表示する行）の画面に直接出力します。

// draw the score
   WriteConsoleOutputCharacter(hConsole, scoreLine, GAME_WIDTH, {2,3}, &dwBytesWritten);

理論的には、このゲームには複雑なことは何もなく、入門レベルのゲームの良い例のように思えます。 コードは XNUMX つのファイルに記述され、複数の関数に配置されます。 クラスも継承もありません。 GitHub のリポジトリにアクセスすると、ゲームのソース コードをすべて確認できます。

ゲーム 2 クレイジータンクス

• プラットフォーム： Windows (Windows 7、10でテスト済み)
• 言語： C + +
• ゲームエンジン: Windowsコンソール
• インスピレーション： книга ゲームプログラミングによるC ++の開始
• リポジトリ: GitHubの

クレイジータンクスゲーム

コンソールに文字を出力することは、おそらくゲームに変えることができる最も単純なことです。 しかし、その後、問題が 1 つ発生します。それは、文字の高さと幅が異なる (高さが幅よりも大きい) ということです。 したがって、すべてが不均衡に見え、下または上に移動する方が、左または右に移動するよりもはるかに速く見えるようになります。 この効果は「スネーク」（ゲーム 2）で非常に顕著です。 「タンク」（ゲーム XNUMX）では、画面のピクセルを異なる色でペイントすることで出力が整理されているため、そのような欠点はありません。 私がレンダラを書いたと言ってもいいかもしれません。 確かに、これはすでに少し複雑ですが、はるかに興味深いものです。

このゲームでは、画面上にピクセルを表示するためのシステムを説明するだけで十分です。 ここがこのゲームのメイン部分だと思います。 その他、すべて自分で思いつくことができます。

したがって、画面上に表示されるのは、動く色付きの長方形のセットにすぎません。

長方形セット

各四角形は、数字が入った行列で表されます。 ところで、興味深いニュアンスを XNUMX つ強調しておきます。ゲーム内のすべての行列は XNUMX 次元配列としてプログラムされています。 二次元じゃなくて一次元！ XNUMX 次元配列の方がはるかに簡単かつ高速に操作できます。

ゲームタンクマトリックスの例

ゲームタンクの行列を XNUMX 次元配列で表現する

XNUMX 次元配列による行列表現のよりわかりやすい例

ただし、配列の要素へのアクセスは、XNUMX 次元配列ではなく XNUMX 次元配列であるかのように、二重ループで行われます。 これが行われるのは、まだ行列を処理しているためです。

二重ループで XNUMX 次元配列を走査します。 Y は行 ID、X は列 ID

通常の行列識別子 i、j の代わりに、識別子 x と y を使用することに注意してください。 したがって、それは目にはより心地よく、脳にはより明確であるように私には思えます。 さらに、このような表記法により、使用される行列を XNUMX 次元画像の座標軸に投影することが簡単に可能になります。

次に、ピクセル、色、ディスプレイについて説明します。 出力には、StretchDIBits 関数 (ヘッダー: windows.h、ライブラリ: gdi32.lib) が使用されます。 とりわけ、次のものがこの関数に渡されます: 画像が表示されるデバイス (私の場合、これは Windows コンソール)、画像の表示開始の座標、その幅/高さ、画像それ自体はビットマップ (ビットマップ) の形式であり、バイトの配列で表されます。 バイトの配列としてのビットマップ!

動作するStretchDIBits()関数:

// screen output for game field
   StretchDIBits(
               deviceContext,
               OFFSET_LEFT, OFFSET_TOP,
               PMATRIX_WIDTH, PMATRIX_HEIGHT,
               0, 0,
               PMATRIX_WIDTH, PMATRIX_HEIGHT,
               m_p_bitmapMemory, &bitmapInfo,
               DIB_RGB_COLORS,
               SRCCOPY
               );

メモリは、VirtualAlloc() 関数を使用してこのビットマップに事前に割り当てられます。 つまり、すべてのピクセルに関する情報を保存するために必要なバイト数が予約されており、その情報が画面に表示されます。

m_p_bitmapMemory ビットマップの作成:

// create bitmap
   int bitmapMemorySize = (PMATRIX_WIDTH * PMATRIX_HEIGHT) * BYTES_PER_PIXEL;
   void* m_p_bitmapMemory = VirtualAlloc(0, bitmapMemorySize, MEM_COMMIT, PAGE_READWRITE);

大まかに言えば、ビットマップは一連のピクセルで構成されます。 配列内の XNUMX バイトごとが RGB ピクセルです。 赤の値ごとに XNUMX バイト、緑の値ごとに XNUMX バイト (G)、青の色ごとに XNUMX バイト (B)。 さらに、インデントごとに XNUMX バイトがあります。 これら XNUMX つの色 - 赤/緑/青 (RGB) - が異なる割合で互いに混合され、その結果としてピクセルの色が得られます。

ここでも、それぞれの四角形、つまりゲーム オブジェクトは数値行列で表されます。 これらのゲーム オブジェクトはすべてコレクションに配置されます。 そしてそれらは競技場に配置され、8 つの大きな数値マトリックスを形成します。 マトリックスの各数値を特定の色にマッピングしました。 たとえば、数字の 9 は青、数字の 10 は黄色、数字の XNUMX は濃い灰色などです。 したがって、各数字が何らかの色である競技場のマトリックスがあると言えます。

したがって、一方では競技場全体の数値行列があり、もう一方では画像を表示するためのビットマップがあります。 これまでのところ、ビットマップは「空」です。目的の色のピクセルに関する情報がまだありません。 これは、最後のステップで、競技フィールドの数値行列に基づいて各ピクセルに関する情報をビットマップに入力することを意味します。 このような変換の実例を以下の図に示します。

競技場の数値マトリックス (デジタル マトリックス) に基づく情報でビットマップ (ピクセル マトリックス) を埋める例 (カラー インデックスはゲーム内のインデックスと一致しません)

ゲームの実際のコードも紹介します。 ループの各反復における変数 colorIndex には、競技場の数値行列 (mainDigitalMatrix) からの値 (カラー インデックス) が割り当てられます。 次に、インデックスに基づいて色自体が color 変数に書き込まれます。 さらに、得られた色は赤、緑、青の比率 (RGB) に分割されます。 そして、インデント (pixelPadding) とともに、この情報がピクセルに何度も書き込まれ、ビットマップ内にカラー イメージが形成されます。

コードではポインターとビット単位の演算が使用されているため、理解するのが難しい場合があります。 したがって、そのような構造がどのように機能するかをどこかで別途読むことをお勧めします。

競技場の数値行列に基づいた情報をビットマップに入力します。

// set pixel map variables
   int colorIndex;
   COLORREF color;
   int pitch;
   uint8_t* p_row;
 
   // arrange pixels for game field
   pitch = PMATRIX_WIDTH * BYTES_PER_PIXEL;     // row size in bytes
   p_row = (uint8_t*)m_p_bitmapMemory;       //cast to uint8 for valid pointer arithmetic
   							(to add by 1 byte (8 bits) at a time)   
   for (int y = 0; y < PMATRIX_HEIGHT; ++y)
   {
       uint32_t* p_pixel = (uint32_t*)p_row;
       for (int x = 0; x < PMATRIX_WIDTH; ++x)
       {
           colorIndex = mainDigitalMatrix[y * PMATRIX_WIDTH + x];
           color = Utils::GetColor(colorIndex);
           uint8_t blue = GetBValue(color);
           uint8_t green = GetGValue(color);
           uint8_t red = GetRValue(color);
           uint8_t pixelPadding = 0;
 
           *p_pixel = ((pixelPadding << 24) | (red << 16) | (green << 8) | blue);
           ++p_pixel;
       }
       p_row += pitch;
   }

上記の方法により、Crazy Tanks ゲーム内で XNUMX つの画像 (フレーム) が形成され、Draw() 関数で画面に表示されます。 Input() 関数でキーストロークを登録し、その後 Logic() 関数で処理すると、新しいピクチャ (フレーム) が形成されます。 確かに、ゲーム オブジェクトは競技フィールド上ですでに別の位置にある可能性があり、それに応じて別の場所に描画されます。 これがアニメーション（動き）の仕組みです。

理論的には (何も忘れていなければ)、最初のゲーム (「スネーク」) のゲーム ループと 2 番目のゲーム (「タンク」) の画面上にピクセルを表示するシステムを理解するだけで、任意のゲームを作成することができます。 Windows 用 XNUMXD ゲームの。 無音！ 😉 残りの部分は単なる空想です。

もちろん、「Tanks」というゲームは「Snake」よりもはるかに複雑に設計されています。 私はすでに C++ 言語を使用していました。つまり、さまざまなゲーム オブジェクトをクラスで記述しました。 私は独自のコレクションを作成しました。コードは headers/Box.h にあります。 ちなみに、このコレクションにはメモリ リークが発生している可能性が高くなります。 使用されたポインター。 記憶を使って作業しました。 この本は私にとってとても役に立ったと言わざるを得ません。 ゲームプログラミングによるC ++の開始。 これは、C++ の初心者にとって最適なスタートです。 小さくて面白く、よく組織されています。

このゲームの開発には約XNUMXか月かかりました。 主に職場のランチやおやつの時間に書いていました。 彼はオフィスのキッチンに座り、食べ物を踏み鳴らし、コードを書きました。 または家で夕食を食べます。 それで、そのような「キッチン戦争」が起こりました。 いつものようにノートを積極的に使いましたが、すべてのコンセプチュアルなものはノートから生まれました。

実践的な部分の最後に、ノートをスキャンしていくつか取り出します。 私が正確に何を書き留め、絵を描き、数え、デザインしていたかを示すために…

戦車をイメージしたデザイン。 そして、各戦車が画面上で何ピクセルを占めるべきかの定義

タンクの軸を中心とした回転のアルゴリズムと公式の計算

私のコレクションの図 (おそらくメモリリークのあるもの)。 コレクションはリンクされたリストとして作成されます

そして、これらは人工知能をゲームに組み込む無駄な試みです

Теория

「千里の道も最初の一歩から」（古代中国の知恵）

実践から理論へ移りましょう！ 趣味の時間をどうやって見つけますか？

1. 本当に欲しいものを決めてください（残念ながら、これが最も難しいのです）。
2. 優先順位を設定します。
3. より高い優先順位のために、すべての「余分なもの」を犠牲にします。
4. 毎日目標に向かって進みましょう。
5. 趣味のための自由時間が XNUMX ～ XNUMX 時間あるとは期待しないでください。

一方で、何が欲しいのかを決めて優先順位を付ける必要があります。 一方で、これらの優先事項を優先して、一部のケースやプロジェクトを放棄することも可能です。 言い換えれば、「余分な」ものはすべて犠牲にしなければならないということです。 人生の主要な活動は最大 XNUMX つであるべきだとどこかで聞いたことがあります。 そうすれば、最善の方法でそれらに対処できるようになります。 そして、追加のプロジェクトや指示により、陳腐な負荷がかかり始めるでしょう。 しかし、これはおそらくすべて主観的で個人的なものです。

特定の黄金律があります。それは、0% の日を決して設けないことです。 インディーズ開発者の記事で知りました。 プロジェクトに取り組んでいる場合は、毎日それについて何かをしましょう。 そして、どれだけ稼いだかは関係ありません。 XNUMX つの単語または XNUMX 行のコードを書く、チュートリアル ビデオを XNUMX つ見る、またはボードに釘を打ち込むなど、何かを実行するだけです。 最も難しいのは始めることです。 一度始めると、おそらくあなたが望んでいた以上のことをするでしょう。 したがって、あなたは常に目標に向かって、そして信じてください、非常に早く前進するでしょう。 結局のところ、すべてのことに対する主なブレーキは先延ばしです。

そして、5、10、15分の時間の無料の「おがくず」を過小評価したり無視したりしないで、XNUMX〜XNUMX時間続くいくつかの大きな「丸太」を待つべきであることを覚えておくことが重要です。 列に並んでいますか？ あなたのプロジェクトのために何かを考えてください。 エスカレーターを上りますか？ ノートに何かを書き留めます。 バスの中で食事しますか？ さて、何か記事を読んでください。 あらゆる機会を利用してください。 YouTube で犬や猫を見るのはやめましょう。 頭を混乱させないでください！

そして最後。 この記事を読んで、ゲーム エンジンを使用せずにゲームを作成するというアイデアが気に入った場合は、Casey Muratori の名前を思い出してください。 この男は持っています сайт。 「見る -> 前のエピソード」セクションには、プロフェッショナルなゲームをゼロから作成する方法に関する素晴らしい無料ビデオ チュートリアルがあります。 大学で XNUMX 年間勉強するよりも、Windows 向け C 入門の XNUMX 回のレッスンでより多くのことを学べるかもしれません (ビデオの下のコメントで誰かがこれについて書いています)。

Casey 氏はまた、独自のゲーム エンジンを開発することで、既存のエンジンをより深く理解できるようになると説明します。 誰もが自動化を試みているフレームワークの世界では、使用する方法ではなく、作成する方法を学ぶことになります。 コンピューターの本質を理解します。 そして、あなたはより知的で成熟したプログラマー、つまりプロになることもできます。

選んだ道で頑張ってください！ そして世界をよりプロフェッショナルにしましょう。

著者： グランキン・アンドレイ、DevOps

出所： habr.com