ДевОпс Ц++ и „кухињски ратови“, или Како сам почео да пишем игрице док једем

"Знам да ништа не знам" Сократ

За кога: за ИТ људе који пљују на све програмере и желе да играју њихове игрице!

о чему: како да почнете да пишете игре на Ц/Ц++ ако вам је потребно!

Зашто би требало да прочитате ово: Развој апликација није моја радна специјалност, али покушавам да кодирам сваке недеље. Зато што волим игре!

Здраво, моје име је Андреи Гранкин, Ја сам ДевОпс у Лукофту. Развој апликација није моја радна специјалност, али покушавам да кодирам сваке недеље. Зато што волим игре!

Индустрија компјутерских игара је огромна, о којој се данас више прича од филмске индустрије. Игре се пишу од почетка развоја рачунара, користећи, по савременим стандардима, сложене и основне методе развоја. Временом су почели да се појављују мотори за игре са већ програмираном графиком, физиком и звуком. Они вам омогућавају да се усредсредите на развој саме игре и не бринете о њеној основи. Али заједно са њима, са моторима, програмери "слепе" и деградирају. Сама производња игара стављена је на покретну траку. И количина производње почиње да превладава над њеним квалитетом.

У исто време, када играмо туђе игре, стално смо ограничени локацијама, заплетом, ликовима, механиком игре коју су други људи смислили. Па сам схватио да...

… време је да створите своје светове, подложни само мени. Светови где сам ја Отац и Син и Дух Свети!

Искрено верујем да ћете писањем сопственог гаме енгине-а и игре на њему моћи да отворите очи, обришете прозоре и напумпате своју кабину, постајући искуснији и интегралнији програмер.

У овом чланку покушаћу да вам кажем како сам почео да пишем мале игре на Ц / Ц ++, какав је процес развоја и где налазим времена за хоби у ужурбаном окружењу. Субјективан је и описује процес индивидуалног старта. Материјал о незнању и вери, о мојој личној слици света у овом тренутку. Другим речима, „Управа није одговорна за ваше личне мозгове!“.

Пракса

„Знање без праксе је бескорисно, пракса без знања је опасна.” Конфучије

Моја свеска је мој живот!

Тако да у пракси могу да кажем да код мене све почиње од свеске. Ту не записујем само своје дневне задатке, већ и цртам, програмирам, дизајнирам дијаграме тока и решавам проблеме, укључујући и математичке. Увек користите бележницу и пишите само оловком. Чисто је, удобно и поуздано, ИМХО.

Моја (већ попуњена) свеска. Овако то изгледа. Садржи свакодневне задатке, идеје, цртеже, дијаграме, решења, црно књиговодство, шифру и тако даље.

У овој фази сам успео да завршим три пројекта (ово је по мом схватању „коначности“, јер се сваки производ може развијати релативно бесконачно).

• Пројекат 0: ово је Арцхитецт Демо 3Д сцена написана у Ц# користећи Унити гаме енгине. За мацОС и Виндовс платформе.
• 1. игра: конзолна игра Симпле Снаке (свима позната као "Снаке") за Виндовс. написано у Ц.
• 2. игра: конзолна игра Црази Танкс (позната свима као "Танкс"), већ написана на Ц ++ (користећи класе) и такође под Виндовс-ом.

Пројецт 0 Арцхитецт Демо

• Платформа: Виндовс (Виндовс 7, 10), Мац ОС (ОС Кс Ел Цапитан в. 10.11.6)
• Језик: C#
• Мотор игре: јединство
• Инспирација: Даррин Лиле
• Репозиторијум: ГитХуб

3Д Сцене Арцхитецт Демо

Први пројекат није имплементиран у Ц/Ц++, већ у Ц# користећи Унити гаме енгине. Овај мотор није био толико захтеван за хардвер као Унреал Енгине, а такође ми се чинило лакшим за инсталирање и коришћење. Нисам разматрао друге моторе.

Циљ у Унити-у за мене није био да развијем неку врсту игре. Хтео сам да направим 3Д сцену са неком врстом лика. Он, тачније Она (ја сам моделирао девојку у коју сам био заљубљен =) морао је да се креће и комуницира са спољним светом. Било је важно само разумети шта је Јединство, шта је развојни процес и колико је труда потребно да се нешто створи. Тако је рођен пројекат Арцхитецт Демо (име је измишљено скоро из срања). Програмирање, моделирање, анимација, текстурирање ми је требало вероватно два месеца свакодневног рада.

Почео сам са видео снимцима на ИоуТубе-у о томе како да креирам 3Д моделе Блендер. Блендер је одличан бесплатни алат за 3Д моделирање (и више) који не захтева инсталацију. И овде ме је чекао шок ... Испоставило се да су моделирање, анимација, текстурирање огромне одвојене теме о којима можете писати књиге. Ово посебно важи за ликове. За моделирање прстију, зуба, очију и других делова тела биће вам потребно знање из анатомије. Како су распоређени мишићи лица? Како се људи крећу? Морао сам да „убацим“ кости у сваку руку, ногу, прст, зглобове!

Моделирајте кључну кост, додатне коштане полуге, тако да анимација изгледа природно. После оваквих лекција схватате какав огроман посао раде креатори анимираних филмова, само да би направили 30 секунди видеа. Али 3Д филмови трају сатима! А онда изађемо из позоришта и кажемо нешто попут: „Та, усран цртани филм/филм! Могли су и боље...” Будале!

И још нешто о програмирању у овом пројекту. Како се испоставило, најзанимљивији део за мене био је онај математички. Ако покренете сцену (линк до спремишта у опису пројекта), приметићете да се камера ротира око девојке у сфери. Да бих програмирао такву ротацију камере, морао сам прво да израчунам координате тачке положаја на кругу (2Д), а затим на сфери (3Д). Смешно је то што сам мрзео математику у школи и знао сам је са минусом. Делимично, вероватно, зато што вам у школи једноставно не објашњавају како се ова математика примењује у животу. Али када сте опседнути својим циљем, сном, тада се ум бистри, открива! И почињете да доживљавате сложене задатке као узбудљиву авантуру. И онда помислите: „Па, зашто *вољени* математичар не би могао нормално да каже где се ове формуле могу ослањати?“.

Израчунавање формула за израчунавање координата тачке на кругу и на сфери (из моје свеске)

Игра 1

• Платформа: Виндовс (тестирано на Виндовс 7, 10)
• Језик: Мислим да је написано чистом Ц
• Мотор игре: Виндовс конзола
• Инспирација: јавидк9
• Репозиторијум: ГитХуб

Једноставна игра змија

3Д сцена није игра. Поред тога, моделирање и анимирање 3Д објеката (посебно ликова) је дуго и тешко. Након што сам се поиграо Унити-ом, схватио сам да морам да наставим, односно да почнем од основа. Нешто једноставно и брзо, али у исто време глобално, за разумевање саме структуре игара.

А шта имамо једноставно и брзо? Тако је, конзола и 2Д. Тачније, чак и конзола и симболи. Опет сам почео да тражим инспирацију на интернету (уопште, интернет сматрам најреволуционарнијим и најопаснијим изумом XNUMX. века). Ископао сам снимак једног програмера који је направио конзолни Тетрис. И по угледу на своју игру, решио је да посече "змију". Из видеа сам сазнао за две фундаменталне ствари - петљу игре (са три основне функције / дела) и излаз у бафер.

Петља игре може изгледати отприлике овако:

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

Код представља целу функцију маин() одједном. И циклус игре почиње након одговарајућег коментара. Постоје три основне функције у петљи: Инпут(), Логиц(), Драв(). Прво, унос података Унос (углавном контрола притиска на тастере), затим обрада унетих података Логика, затим приказ на екрану - Цртање. И тако сваки кадар. Анимација се ствара на овај начин. То је као цртани филмови. Обично обрада улазних података одузима највише времена и, колико знам, одређује брзину кадрова игре. Али овде је функција Логиц() веома брза. Стога, брзину кадрова мора да контролише функција Слееп() са параметром гамеСпеед, који одређује ову брзину.

циклус игре. Програмирање змија у бележници

Ако развијате симболичну конзолну игру, приказивање података на екрану помоћу уобичајеног излаза 'цоут' неће радити - веома је споро. Због тога се излаз мора извршити у баферу екрана. Толико брже и игра ће радити без грешака. Да будем искрен, не разумем баш шта је бафер екрана и како функционише. Али овде ћу дати пример кода, а можда ће неко у коментарима моћи да разјасни ситуацију.

Добијање бафера екрана (ако могу тако да кажем):

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

Директан излаз на екран одређене линије сцореЛине (линија за приказ резултата):

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

У теорији, у овој игри нема ништа компликовано, чини ми се добрим примером игре за почетнике. Код је написан у једној датотеци и распоређен у неколико функција. Нема класа, нема наследства. И сами можете видети све у изворном коду игре тако што ћете отићи у спремиште на ГитХуб-у.

Игра 2 Црази Танкс

• Платформа: Виндовс (тестирано на Виндовс 7, 10)
• Језик: Ц + +
• Мотор игре: Виндовс конзола
• Инспирација: књига Почетак Ц++-а кроз програмирање игара
• Репозиторијум: ГитХуб

Игра Црази Танкс

Штампање знакова на конзоли је вероватно најједноставнија ствар коју можете претворити у игру. Али онда се појављује једна невоља: ликови имају различите висине и ширине (висина је већа од ширине). Тако ће све изгледати непропорционално, а кретање надоле или горе ће изгледати много брже од померања лево или десно. Овај ефекат је веома приметан у "Снаке" (Игра 1). „Тенкови“ (Игра 2) немају такав недостатак, пошто је излаз тамо организован фарбањем пиксела екрана различитим бојама. Могло би се рећи да сам написао рендерер. Истина, ово је већ мало компликованије, иако много занимљивије.

За ову игру биће довољно да опишем мој систем за приказивање пиксела на екрану. Мислим да је ово главни део игре. А све остало можете сами смислити.

Дакле, оно што видите на екрану је само скуп покретних правоугаоника у боји.

Правоугаоник сет

Сваки правоугаоник је представљен матрицом испуњеном бројевима. Узгред, могу да истакнем једну занимљиву нијансу - све матрице у игри су програмиране као једнодимензионални низ. Не дводимензионално, већ једнодимензионално! Једнодимензионални низови су много лакши и бржи за рад.

Пример матрице тенка за игру

Представљање матрице тенка за игру са једнодимензионалним низом

Илустративнији пример матричне репрезентације једнодимензионалним низом

Али приступ елементима низа се дешава у двострукој петљи, као да није једнодимензионални, већ дводимензионални низ. Ово је урађено јер још увек радимо са матрицама.

Прелазак једнодимензионалног низа у двострукој петљи. И је ИД реда, Кс је ИД колоне

Имајте на уму да уместо уобичајених матричних идентификатора и, ј, користим идентификаторе к и и. Дакле, чини ми се, оку пријатније а мозгу јасније. Поред тога, таква нотација омогућава погодно пројектовање коришћених матрица на координатне осе дводимензионалне слике.

Сада о пикселима, боји и дисплеју. За излаз се користи функција СтретцхДИБитс (Заглавље: виндовс.х; Библиотека: гди32.либ). Између осталог, овој функцији се прослеђује: уређај на коме се слика приказује (у мом случају то је Виндовс конзола), координате почетка приказивања слике, њена ширина/висина и слика себе у облику битмапе (битмап), представљеног низом бајтова. Битмап као низ бајтова!

Функција СтретцхДИБитс() ради:

// 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
               );

Меморија се унапред додељује за ову битмапу помоћу функције ВиртуалАллоц(). То јест, потребан број бајтова је резервисан за чување информација о свим пикселима, који ће се затим приказати на екрану.

Креирање м_п_битмапМемори битмапе:

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

Грубо говорећи, битмапа се састоји од скупа пиксела. Свака четири бајта у низу су РГБ пиксел. Један бајт по црвеној вредности, један бајт по зеленој вредности (Г) и један бајт по плавој боји (Б). Плус, постоји један бајт по увлачењу. Ове три боје - црвена / зелена / плава (РГБ) - мешају се једна са другом у различитим пропорцијама - и добија се резултујућа боја пиксела.

Сада, опет, сваки правоугаоник, или објекат игре, је представљен бројевном матрицом. Сви ови објекти игре су смештени у колекцију. А онда се постављају на терен за игру, формирајући једну велику нумеричку матрицу. Сваки број у матрици сам пресликао у одређену боју. На пример, број 8 је плав, број 9 је жут, број 10 је тамно сив и тако даље. Дакле, можемо рећи да имамо матрицу поља за игру, где је сваки број нека врста боје.

Дакле, имамо нумеричку матрицу целог поља за игру са једне стране и битмап за приказивање слике са друге стране. За сада је битмапа „празна” – још нема информације о пикселима жељене боје. То значи да ће последњи корак бити попуњавање битмапе информацијама о сваком пикселу на основу нумеричке матрице поља за игру. Илустративан пример такве трансформације је на слици испод.

Пример попуњавања битмапе (матрице пиксела) информацијама заснованим на нумеричкој матрици (дигитална матрица) поља за игру (индекси боја се не поклапају са индексима у игри)

Представићу и део правог кода из игре. Променљивој цолорИндек на свакој итерацији петље се додељује вредност (индекс боја) из нумеричке матрице поља за игру (маинДигиталМатрик). Тада се сама боја уписује у променљиву боје на основу индекса. Даље, добијена боја је подељена на однос црвене, зелене и плаве (РГБ). И заједно са увлачењем (пикелПаддинг), ове информације се уписују у пиксел изнова и изнова, формирајући слику у боји у битмапу.

Код користи показиваче и битне операције, што може бити тешко разумети. Зато вам саветујем да прочитате негде одвојено како такве структуре функционишу.

Попуњавање битмапе информацијама заснованим на нумеричкој матрици поља за игру:

// 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;
   }

Према горе описаном методу, једна слика (оквир) се формира у игри Црази Танкс и приказује на екрану у функцији Драв(). Након регистровања притисака на тастере у функцији Инпут() и њихове накнадне обраде у функцији Логиц() формира се нова слика (оквир). Истина, предмети игре могу већ имати другачију позицију на пољу за игру и, сходно томе, нацртани су на другом месту. Тако настаје анимација (покрет).

У теорији (ако нисте ништа заборавили), разумевање петље игре из прве игре („Снаке“) и система за приказивање пиксела на екрану из друге игре („Тенкови“) је све што вам треба да напишете било шта ваших 2Д игара за Виндовс. Без звука! 😉 Остали делови су само лет маште.

Наравно, игра "Тенкови" је дизајнирана много компликованије од "Змије". Већ сам користио језик Ц++, односно, описивао сам различите објекте игре са класама. Направио сам сопствену колекцију - код можете видети у хеадерс/Бок.х. Иначе, збирка највероватније има цурење меморије. Коришћени показивачи. Радио са памћењем. Морам рећи да ми је књига много помогла. Почетак Ц++-а кроз програмирање игара. Ово је одличан почетак за почетнике у Ц++. Мали је, занимљив и добро организован.

Било је потребно око шест месеци да се ова игра развије. Писао сам углавном за време ручка и ужине на послу. Седео је у канцеларијској кухињи, газио храну и писао шифру. Или код куће за вечеру. Тако да сам добио такве "ратове у кухињи". Као и увек, активно сам користио свеску и у њој су се родиле све концептуалне ствари.

На крају практичног дела извући ћу неколико скенова своје свеске. Да покажем шта сам тачно записивао, цртао, бројао, дизајнирао…

Дизајн слике резервоара. И дефиниција колико пиксела сваки резервоар треба да заузме на екрану

Прорачун алгоритма и формуле за ротацију резервоара око своје осе

Дијаграм моје колекције (највероватније онај са цурењем меморије). Колекција је креирана као повезана листа

А ово су узалудни покушаји да се вештачка интелигенција убаци у игру

Теорија

„Чак и путовање од хиљаду миља почиње првим кораком“ (Древна кинеска мудрост)

Пређимо са праксе на теорију! Како проналазите време за свој хоби?

1. Одредите шта заиста желите (авај, ово је најтеже).
2. Поставите приоритете.
3. Жртвујте све "сувишно" зарад виших приоритета.
4. Крећите се ка својим циљевима сваки дан.
5. Не очекујте да ће бити два-три сата слободног времена за хоби.

С једне стране, морате да одредите шта желите и да одредите приоритете. С друге стране, могуће је одустати од неких случајева/пројеката у корист ових приоритета. Другим речима, мораћете да жртвујете све "сувишно". Чуо сам негде да у животу треба да постоје највише три главне активности. Тада ћете моћи да се носите са њима на најбољи могући начин. А додатни пројекти/правци ће почети да преоптерећују отрцане. Али ово је све, вероватно, субјективно и индивидуално.

Постоји одређено златно правило: никада немој имати 0% дана! О томе сам сазнао у чланку независног програмера. Ако радите на пројекту, урадите нешто по том питању сваки дан. И није важно колико зарађујете. Напишите једну реч или један ред кода, погледајте један видео са упутством или закуцајте један ексер у плочу - само урадите нешто. Најтежи део је започети. Када почнете, вероватно ћете учинити мало више него што сте желели. Тако ћете се стално кретати ка свом циљу и то, верујте, врло брзо. На крају крајева, главна кочница за све ствари је одуговлачење.

И важно је запамтити да не треба потцењивати и игнорисати бесплатну "пиловину" времена за 5, 10, 15 минута, чекати неке велике "кладе" у трајању од сат-два. Да ли стојите у реду? Размислите о нечему за свој пројекат. Идеш ли покретним степеницама? Запишите нешто у свеску. Да ли једете у аутобусу? Добро, прочитај неки чланак. Искористите сваку прилику. Престаните да гледате мачке и псе на Јутјубу! Не петљај се са својим мозгом!

И последње. Ако вам се, након што сте прочитали овај чланак, допала идеја о стварању игара без употребе мотора за игре, онда запамтите име Кејси Муратори. Овај момак има вебсајт. У одељку „гледајте -> ПРЕТХОДНЕ ЕПИЗОДЕ“ наћи ћете невероватне бесплатне видео туторијале о томе како да направите професионалну игру од нуле. У пет лекција Увода у Ц за Виндовс, можда ћете научити више него за пет година студирања на универзитету (неко је о томе писао у коментарима испод видеа).

Кејси такође објашњава да ћете развојем сопственог мотора за игре боље разумети све постојеће машине. У свету оквира, где сви покушавају да аутоматизују, научићете како да креирате, а не да користите. Разумети саму природу рачунара. И такође ћете постати много интелигентнији и зрелији програмер - професионалац.

Срећно на одабраном путу! И учинимо свет професионалнијим.

Аутор: Гранкин Андреи, ДевОпс

Извор: ввв.хабр.цом