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Heliumエンジンの設計と実装
- 1. Helium エンジンの設計と実装 @dada246
- 2. 自己紹介 • ゲームプログラマやってます • 得意分野 C++,C#,GPU,javascript,PHP • 低レベルから描画、 web まで幅広く書いて ます • Steam,Origin,iPhone で海外ゲームを遊んでい ます
- 3. はじめに • 今回の話では、ゲーム画面は出ません • Helium エンジンはビルドしていません → コードを読んで理解した箇所を解説しま す • ゲームエンジンが読めるって楽しいよ ね！
- 4. アジェンダ • Helium エンジンとは • 外部ライブラリ • 基礎ライブラリ • システム設計 • 描画
- 5. Helium エンジンとは • オープンソースのゲームエンジン • github で公開されている https://github.com/HeliumProject/Helium • Insomniac Games のオープンソースプロジェク トをベースに Whitemoon Dreams が開発を引き 継いだ • Nocturnal Initiative によると、初版は 2008 年ら しい
- 6. • 代表作 Resistance Ratchet & Clank Spyro the Dragon
- 7. Whitemoon Dreams • 代表作 Planet Legend Warmachine
- 8. その他、コード提供者 • Rob Wyatt →Dreamworks,Microsoft, Naughty Dog, Insomniac Games などに在籍
- 9. Helium Project • http://heliumproject.org/ • Overview http://nocturnal.insomniacgames.com/index.ph p/Helium
- 10. 対象プラットフォーム • 言語： C++ • OS:Windows(32bit,64bit) • グラフィックス :DirectX9 • CPU:x86(32bit,64bit) • コンパイラ (CL,GCC,SNC) • Posix 関係のファイルは存在するが、未実 装になっている
- 11. その他特徴 • 汎用的なゲームエンジン • 基礎機能のみ実装されている • マルチスレッド前提 • Reflection を使う • レベルエディタ用のコードも若干含まれ ている • クラスが .cpp+.h+.inl で構成されている
- 12. 全体構成
- 13. 外部ライブラリ • オープンソースのゲームエンジンなの で、 GPL 関係のライブラリも駆使している • boost • lua • libpng • zlib • Expat(XML Parser) • freetype(font engine)
- 14. 外部ライブラリ • TBB(Intel Threading Building Blocks) • wxWidgets(A cross-platform GUI and tools library for GTK) • nvtt(nvidia-texture-tools) • P4API.NET(Perforce for the .NET)
- 15. ファイルフォーマット • アニメーション： fbx • フォント： ttf • 設定ファイル： xml
- 16. アジェンダ • Helium エンジンとは • 外部ライブラリ • 基礎ライブラリ • システム設計 • 描画
- 17. Container • ArrayIterator • BitArray, DynArray • Map,Set • HashMap,HashSet • SortedMap, SortedSet • Pair • RbTree • Table • ObjectPool
- 18. Memory • ArrayPtr • AutoPtr • エンディアン変換 • SmartPtr • 参照カウンタ
- 19. Checksum • Crc32 • MD5 • Hash64 http://burtleburtle.net/bob/c/lookup8.c • MurmurHash http://tanjent.livejournal.com/756623.html
- 20. IPC(Inter Process Communication) • プロセス間通信 • Message クラスをやりとりする • ファイル経由 or TCP 経由 • Worker で動作する
- 21. RCS(Revision Control System) • Perforce をゲームエンジンから利用するた めのクラス？ • Provider クラスを実装する必要がある
- 22. Inspect • Button や CheckBox 、 ColorPicker など GUI 関係のクラス • SceneGraph:: CreateTool で使われている → ゲーム内のデバッグ用 GUI 表示かもしれ ない http://nocturnal.insomniacgames.com/index.ph p/Inspect
- 23. SmartBuffer • BufferSerializer でファイルに読み書きでき るバッファ • GDC2012 で解説されていたものと似てい る http://gdcvault.com/play/1015319/Developing- Imperfect-Software-How-to
- 24. 数学 • Float16 IEEE 754-2008 の 15bit 浮動小数点 (half) を実 装している
- 25. EulerOrder • Graphics Gems IV(1994 年 ) Ken Shoemake の 実装を元にしている • オイラー角の X 、 Y 、 Z の掛け順を Enum に閉じ込めたもの →Matrix3 の回転計算が汎用的に書ける
- 26. 図形 • AlignedBox • AngleAxis • Linear • Bspline • CatmullRom
- 27. 衝突形状 • FPU 実装と SIMD 実装が用意されている • AABB • OBB • Line • Frustum • BoundingSphere →point list の中にある最小球を求める関数など がある
- 28. SIMD • _mm_load_ps といった SSE による実装 • Vector 、 Matrix 、 Quaternion など基本的 なものは SOA でも提供されている • SSE 関数をラップした Load と Store が用意 されている • typedef __m128 Register 型でアクセスする
- 29. テスト • GoogleTest を利用 • job や string 、 map 、 socket 、数学関係な ど基礎部品をテストする • ソートなどのベンチマークも計測する
- 30. メモリ管理 • dlmalloc(by Doug Lea) か nedmalloc(by Niall Douglas) を使用する • http://www.nedprod.com/programs/portable/ nedmalloc/ • https://github.com/ned14/nedmalloc → マルチスレッドでロックフリーなメモリア ロケータ
- 31. DynamicMemoryHeap • dlmalloc や nedmalloc にクリティカルセク ションによるロックと、メモリトラッキン グ機能を付けたもの → メモリ確保時のアドレスを記録しておく hash_map< void*, void* Addresses[ BACKTRACE_DEPTH_MAX ] >
- 32. アジェンダ • Helium エンジンとは • 外部ライブラリ • 基礎ライブラリ • システム設計 • 描画
- 33. Entity 関係 • World,Layer,Entity が存在する
- 34. World • Layer と GraphicsScene を保持している • Entity の生成を行う • TickCount や Update 処理は WorldManager が行う
- 35. Layer • Entity を保持している • Package を管理している • 以下の 2 種類がある → Level layers Package からファイルを読み込んで構築される → Dynamic layers レベルエディタで動的に変更出来る
- 36. Entity • Position 、 Rotation 、 Scale を保持してい る • Skin モデルや Rigid モデルで使われる
- 37. Update • マルチスレッドを考慮して Update が 3 段 階にわかれている
- 38. NonCopyable クラス • コピーコンストラクタを private にしたク ラス • WorldManager などで継承して使う
- 39. GameObject • フラグや名前、 ID を保持するクラス • 以下のクラスの基底になっている • Package • Resource • ResourceHandler • Entity • Layer • World • GraphicsConfig • GraphicsScene
- 40. Reflect::Object • static フィールドとして Class クラスを保持 する → 型情報を扱うクラス • Reflection には Structure クラスや Enumeration クラスもある
- 41. PackageLoader • データの読み込み単位 • PackageLoader は抽象クラス • GameObjectLoader • XmlPackageLoader • CacheObjectLoader • CachePackageLoader • EditorObjectLoader(tools only)
- 42. マルチスレッド • .jobdef に xml で入出力バッファなどの設 定を記述 • .cpp に job の処理を記述して JobManager で実行する • TBB を使う
- 43. job の種類 • SortJob • WorldManagerUpdate • EntityPreUpdate • EntityPostUpdate • その他グラフィックス用に幾つか
- 44. Condition • スレッドの同期オブジェクト • Win32 は WaitForSingleObject で実装 • Posix は pthread_cond_wait などで実装 ↓ を参考にしているらしい http://www.cs.wustl.edu/~schmidt/win32-cv- 2.html
- 45. アジェンダ • Helium エンジンとは • 外部ライブラリ • 基礎ライブラリ • システム設計 • 描画
- 46. 描画周り • SceneGraph • Rendering クラス群 • RenderingD3D9
- 47. SceneGraph • Dependency Graph で構成される • ノードや階層構造は Reflection の仕組みを 使って、 XML やバイナリファイルに読み 書き出来る → Reflect::ArchiveXML, Reflect::ArchiveBinary
- 49. Traverser • HierarchyNode を辿って処理するクラス • HierarchyChildTraverser →SceneGraph をダンプするためにノード情報を 収集する • HierarchyRenderTraverser → 描画する • HierarchyPickTraverser → 特定の Box 内にあるノードを取得する
- 50. Statistics • Frame Number や Triangle Count をデバッグ 表示するクラス
- 51. プリミティブ • Axes • Capsule • Circle • Cone • Cube • Cylinder • Frame • Grid • Locator • Pointer • Radius • Rings • Sphere
- 52. Rendering クラス群 • 描画 API のラッパー • InputLayout や BlendState など、 DirectX10 の 設計を取り入れている
- 53. Rendering クラス • Index Buffer , Vertex Buffer • Input Layout • Vertex Shader , Pixel Shader • Constant Buffer • Surface • Texture • 各種 RenderState …
- 55. RenderCommandProxy • BeginScene や EndScene 、 SetIndexBuffer な ど、描画 API をまとめたもの
- 56. RenderCommandList • リスト構造ではなく、 RenderCommandProxy を Allocate するため のもの
- 57. RenderingD3D9 • DirectX9 API を Rendering クラスに合わせて ラップしたもの • 各種 Buffer や Shader など基本的なものは 揃っている
- 58. CommandProxy • ImmediateCommandProxy →IDirect3DDevice9 を直接呼ぶ • DeferredCommandProxy → 描画コマンドを D3D9ClearCommand の 様にクラス化して List に蓄積した後、 まとめて IDirect3DDevice9 を呼ぶ
- 59. Fence • IDirect3DQuery9 のラッパー • シェーダー定数の設定時やコマンドバッ ファのキック時に使う
- 61. まとめ • ゲームエンジンを学習するには良いコー ド → 設計や外部ライブラリ含め、モダンな作 りになっている → 明らかにトップレベルのゲームプログラ マが書いたコード • たまにはゲームエンジンを読んでみては いかが？
- 62. 今回解説しきれなかった箇所 • C++ Reflection • Instrumenting Profiler • Debugging Helpers • Perforce Integration • Build
- 63. Question?
- 64. ご清聴ありがとうございました