Game Programming

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Game を作るには...

結構、いろんな知識が必要。

何を勉強すれば良いか?

でも、給料は安いです。

儲かるのはどこか?

プログラミング

ゲーム作成の中で、プログラミングは実は限られた一部。

でも、新しい効果とかを出すには必須。

ゲーム機の寿命は短い。

比較的特殊なCPUや、デバイス(GPU)を取り扱う

従って、常に新しいもの勉強する必要がある。

ライブラリを作成する

自分で、いろんなツールを作成していく。

自分で道具を作っていく。

もし、良いライブラリができたら、それを販売する。

線形代数

3D を取り扱うゲームでは必須。

線形代数は、もっとも役に立つ数学。

フーリエ変換とかも、線形代数の一部。

ゲームの設計、企画

物語を作れる方が良い。これは、プログラミングとかの技術とは別物。

演出

かっこの良い動作

登場のさせかた

見せる順序

これも、プログラミングとは関係ない。

大学で、なんでゲームプログラムを勉強するの?

Real-time Programming の例題として

複雑な実際のプログラミングを体験する

チームプログラミングを体験する

その中で、出てきたプログラミングの問題を解決する

研究としては

時間を含む仕様を保証する

作成したプログラムが正しいことを調べる

基本的には、あらゆる可能な状態を調べる

普通に調べていると調べる状態が増え過ぎる

うちの研究室では...

Cerium Engine

    PS3 上のゲームフレームワーク
    並列実行
    Rendering Engine
    SceneGraph

Continuation based C

    関数呼び出しのないC
    Code Segment / Data Segment の組合せ
    仕様記述からハードウェア記述とかも
    検証系を内蔵

Federated Linda

    分散ネットワークフレームワーク
    この上で、サーバのないネットワークゲームを作る
    スーケーラビリティ

英語

ほとんどの資料は英語です。

プログラムでも英語の単語がたくさん出てくる。

英語の名前を付けるセンス。

自分で作ったものを世界中の人に使ってもらう。

英語の勉強の仕方

若い時の方が英語の勉強は絶対に楽。

2ヵ月、毎日2時間。(日曜日も)

英語の勉強は、体力作りと同じ。頭の中に回路を作る。

覚えようとする必要はない。

文法も必要ありません。

考えないで、英語が出てくる。英語で考えるようにならないとダメ。

とにかく量をこなす

読んで聞く。

書いて話す。

5000ページ程度を目標にする。

ペーパーバックで10-15冊ぐらい。

自分の好きなものを読んで良い。

興味があれば、技術書でも良い。

数学の教科書とかでも。

英語の方が良い教科書が多い。

テレビドラマ

日本語字幕はだめ。

英語を英語字幕で聞き取る。

日本だと、見れない場合が多い。DVDなら、必ず見れるはず。

500単語

君達は既に習ってます。これだけ知っていれば、後は、英語を使いながら覚えるので十分。

日本語でも知らない単語は日常的に出てきている。

英和辞書を引かない。

英英の辞書を使う。

アクセント

発音は悪くても通じる。

アクセントが間違っていると通じません。

なので、アクセントだけは覚える。

でも、だいたい決まったルールがある。

しばらく覚えれば、あとは自然にわかるようになる。

2Dモデリング

色彩

ドットで書いていっても良い

でも、今は結構大きいので大きな絵を書く必要がある。

3Dモデリング

Blender というフリーのツールがあります。

是非使ってみよう。

ポリゴン

三角形を集めて、3Dの物体を作る。

三つの点があるので、

    (x_1, y_1, z_1)
    (x_2, y_2, z_2)
    (x_3, y_3, z_3)

の9つのデータが必要。

Texture

ポリゴンに貼られた 2D の画像

なくても良いが...

3D Object

ポリゴンが集まってできた一つのオブジェクト

XML

Blender からの出力を、XML にして書き出す。

Cerium Engine は、これを表示する。

シーングラフ

3D Object の集合が作る木構造

   move()       シーングラフの各ノードの動作
   collsion()   シーングラフの相互作用

move の例

    void
    ball_move(SceneGraphPtr node, int w, int h)
    {
	node->xyz[0] += 4;
    }
    void
    ball_coll(SceneGraphPtr node, int w, int h, SceneGraphPtr tree)
    {
	if (node->xyz[0] > 600) node->remove();
    }

Rendering

シーングラフを画面上に表示する

普通、Open/GL とか GPU とか使うんだけど、

うちでは、

    Cell を使って、ソフトウェアで1dotずつ書く

(一つは教育的配慮。一つはCeriumの例題として)

Polygon の座標の計算

まず、シーングラフから、ポリゴンの座標を計算する

Span

同じ y 座標の直線を取り出す。

光の方向と、Polygon の向き (法線)の情報が必要。

Z Buffer

描画した z 座標を覚えておく

置くにあるものは描画しない

プログラミング

C とか C++ が多いです。

Java 3D を使っても良い。

OpenSceneGraph と言うのが便利。

Open/GL を使って Rendering を行う。

しかし、PS3 では使いにくい。

Real-time Programming

だいたい、メインループがある。

   SceneGraph *scene_graph = make_scene_graph();
   while(running) {
       get_input();
       scene_graph->move();
       scene_graph->collision();
       scene_graph->rendering(display);
   }

PS3 のアーキテクチャ

PS3 には、6個のSPUと、2個のPPUがある。恒常的にSPUを使わないと速くならない。

100%並列化では、実行時間は 1/6

50%並列化すると、1/6*0.5 + 0.5 = 0.58

80%では、 1/6*(0.8)+0.2 = 0.33

動作をタスクに分解する

コピーをパイプラインで隠しながらTaskを実行する。

かなりめんどくさいです。

SIMD 演算

SPU 上では、4 float (4byte x 4) の演算が高速

128bit register が128個もある。

4 x 4 行列

座標は三次元で十分なんだが、平行移動を含むには、4 x 4 行列が便利

斉次行列と呼ばれる。

平行移動

拡大縮小

省略

回転

回転の合成

ポリゴンの頂点と法線ベクトル

ポリゴンは三角形。法線ベクトルは、その三角形に垂直なベクトル。

外積

垂直なベクトルは、外積で計算する。

(A _x, A_y, A_z)

と、

(B _x, B_y, B_z)

の外積を取ると、

(A _y * B _z - A _z * B _y , A _z * B _x - A _x * B _z , A _x * B _y - A _x * B _y )

となります。大きさが|A|*|B|で、AとBに直交したベクトルになります。

A との内積を取ってみて、直交していることを確認しよう。

    A X B = - B X A
    kA X B =  k(A X B)
    A X kB =  k(A X B)
    (A+B) X C =  A X C + B X C
    A X (B+C) =  A X B + A X C
    e_x X e_y = e_z 
    e_x X e_z = e_y 
    e_y X e_z = e_x 
    e_x X e_x = e_y X e_y = e_z X e_z = 0

という性質を満たすベクトルの積は外積となる。

内積

ベクトルへの射影を計算します。

A _x * B _x + A _y * B _y + A _z * B _z

    |A|*|B|cosΘ
    A * B =  B * A
    kA * B =  k(A * B)
    A * kB =  k(A * B)
    (A+B) * C =  A * C + B * C
    A * (B+C) =  A * B + A * C
    e_x * e_y = 0
    e_x * e_z = 0
    e_y * e_z = 0
    e_x X e_x = e_y X e_y = e_z X e_z  = 1

という性質を満たすベクトルの積は内積となる。

衝突判定

法線ベクトルとの射影を取ることによって計算するのが簡単。

距離を使っても良い。

パラメータ表示

t clock 後の速度ベクトル V で移動している物体Pの位置。

    P + t V

逆行列

回転行列は、θを-θにすれば良い。

回転行列以外の逆行列の計算は繁雑。なるべく使わない。

実際のプログラムは...

いろいろ繁雑。

問題

課題を解いて下さい。

\|	e_x	e_y	e_z	\|
\|	A_x	A_y	A_z	\|
\|	B_x	B_y	B_z	\|