Khóa luận Xây dựng game engine đa nền tảng quản lý khung cảnh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Trương Đức Phương

XÂY DỰNG GAME ENGINE ĐA NỀN TẢNG

QUẢN LÝ KHUNG CẢNH

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Công nghệ thông tin

HÀ NỘI - 2009

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Trương Đức Phương

XÂY DỰNG GAME ENGINE ĐA NỀN TẢNG

QUẢN LÝ KHUNG CẢNH

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Công nghệ thông tin

Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Việt Hà

Cán bộ đồng hướng dẫn : ThS. Vũ Quang Dũng

HÀ NỘI - 2009

Lời cảm ơn

Tôi xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Nguyễn Việt Hà, Thạc sĩ Vũ Quang Dũng là

người trực tiếp, nhiệt tình hướng dẫn tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.

Tôi xin gửi lời cảm ơn phòng thí nghiệm Toshiba-Coltech đã tạo môi trường làm

việc để nhóm chúng tôi tập trung cùng nhau nghiên cứu.

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể các thầy giáo, cô giáo tại Trường Đại học

Công Nghệ - Đai học Quốc gia Hà Nội những người đã hết lòng dạy cho tôi những

kiến thức hết sức bổ ích trong 4 năm học qua.

Xin cảm ơn gia đình và những người bạn đã dành cho tôi tình thương yêu và sự

hỗ trợ tốt nhất.

Hà nội, ngày 22 tháng 05 năm 2009

Sinh viên

Trương Đức Phương

Tóm tắt nội dung

Khái niệm Game Engine xuất hiện ở giữa thập kỉ 90 và ngày này đã trở thành

một thành phần quan trọng trong quy trình phát triển trò chơi điện tử. Sự ra đời và phát

triển của Game Engine đã mang đến cho các game hiện đại những bước tiến nhảy vọt

về mọi mặt : đồ họa, khả năng tương tác, độ chân thực…

Khóa luận này đề cập đến phương pháp triển khai module “Quản lý khung cảnh”

trong dự án “Xây dựng Game Engine đa nền tảng” của chúng tôi. Cụ thể, chương 1 và

chương 2 mang đến cho người đọc một các nhìn tổng thể về kiến trúc của cả hệ thống

Game Engine. Sau đó, chương 3 trình bày chi tiết về module “Quản lý khung cảnh”, đi

sâu vào cách tổ chức khung cảnh và các giai đoạn trong quá trình render khung cảnh.

Cuối cùng là thông tin kiểm thử thực nghiệm về hiệu năng của các kỹ thuật được triển

khai và hướng phát triển trong tương lai.

Mục lục

Tóm tắt nội dung ...........................................................................................................

Bảng các thuật ngữ ........................................................................................................

Danh mục hình vẽ..........................................................................................................

Chương 1. Đặt vấn đề ..................................................................................................1

1.1. Bối cảnh nghiên cứu ..........................................................................................1

1.2. Mục tiêu ............................................................................................................1

1.3. Giới thiệu chung................................................................................................2

Chương 2. Kiến trúc tổng thể.......................................................................................4

2.1. Thành phần Các kiểu dữ liệu cơ bản..................................................................5

2.2. Thành phần Giao tiếp với hệ điều hành..............................................................7

2.3. Thành phần Render Engine................................................................................8

2.4. Các thành phần còn lại.....................................................................................10

Chương 3. Quản lý khung cảnh..................................................................................11

3.1. Khái niệm khung cảnh và cách tổ chức khung cảnh .........................................11

3.2. Thiết kế cấu trúc..............................................................................................13

3.3. Thiết kế chức năng ..........................................................................................21

Chương 4. Tổng kết...................................................................................................34

4.1. Kết quả............................................................................................................34

4.2. Hướng phát triển..............................................................................................37

Bảng các thuật ngữ

Thuật ngữ

Ý nghĩa

Axis aligned bounding box

Bounding Sphere

Là một loại bounding volume có dạng

hình hộp, các cạnh dọc theo 3 trục xyz.

Là một loại bounding volume có dạng

hình cầu.

Bounding Volume

Là danh từ chung chỉ các loại hình học

đơn giản được sử dụng để mô tả một

không gian bao bọc hoàn toàn một vật thể

nào đó.

Event

Đơn vị truyền thông liên tiến trình được

gửi đến bởi Hệ điều hành.

Game Engine

Mesh

Middleware cung cấp một giao diện đơn

giản hơn để phát triển game .

Là một mạng lưới các đa giác dùng để mô

tả hình dạng của vật thể trong không gian

3 chiều.

OpenGL

Render

Một chuẩn 3d graphic API .

Là việc từ các dữ liệu về khung cảnh, đối

tượng 3D, ta thực hiện các phép biến đổi,

các tính toán để đưa ra hình ảnh 2D thu

được tại vị trí nhìn ( giống nhau quá trình

mắt người hay các camera thu hình ảnh

2D từ môi trường ).

Texture

Là một hoặc một loạt các bức ảnh dùng để

tăng độ chi tiết cho các đối tượng.

View Frustum

Hình chóp cụt xác định khung nhìn của

camera.

Danh mục hình vẽ

Hình 1: Kiến trúc phân tầng của GEM. .......................................................................2

Hình 2: Kiến trúc tổng thể...........................................................................................4

Hình 3: Biểu đồ lớp của thành phần Các kiểu dữ liệu cơ bản.......................................5

Hình 4: Quá trình điều phối event. ..............................................................................7

Hình 5: Kiến trúc phân tầng của Render Engine..........................................................8

Hình 6: Biểu đồ gói của Render Engine. .....................................................................9

Hình 7: Axis Aligned Bounding Box và Bounding Sphere trong GEM. ....................12

Hình 8: Ví dụ cây khung cảnh và BHVs tương ứng...................................................12

Hình 9: Biều đồ lớp của module Quản lý khung cảnh. ..............................................13

Hình 10: Lớp SceneNode..........................................................................................14

Hình 11: Lớp SolidMeshSceneNode. ........................................................................16

Hình 12: Hình ảnh Bàn cờ và các quân cờ dùng SolidMeshNode.............................17

Hình 13: Lớp CameraSceneNode..............................................................................18

Hình 14: Lớp SkyboxSceneNode. .............................................................................19

Hình 15: Skybox.......................................................................................................20

Hình 16: Lớp SceneGraphManager...........................................................................20

Hình 17: Lớp RenderList và RenderContext. ............................................................21

Hình 18: Biều đồ hoạt động của giai đoạn prepare-render.........................................23

Hình 19: Biều đồ hoạt động của giai đoạn Tính lại BVHs.........................................25

Hình 20: Ví dụ minh họa khung hình. .......................................................................27

Hình 21: Biều đồ hoạt động giai đoạn view frustum culling......................................28

Hình 22: Ví dụ một Bounding Sphere có d > R.........................................................29

Hình 23: Biều đồ hoạt động của giai đoạn render từng render-list. ............................32

Hình 24: Ví dụ minh họa một vật thể bị chắn hoàn toàn............................................33

Chương 1. Đặt vấn đề

1.1. Bối cảnh nghiên cứu

Ngành công nghiệp phát triển game trên thế giới đang phát triển như vũ bão.

Cách đây 20 năm, game rất đơn giản và chỉ cần một người hoặc một nhóm nhỏ người

phát triển nhưng ngày nay, các game hiện đại với đồ họa và khả năng tương tác ấn

tượng thường được phát triển bởi một đội ngũ đông đảo người thiết kế game, lập trình

viên, nghệ sĩ… trong thời gian ròng rã từ một đến ba năm. Chính việc game ngày càng

trở nên phức tạp như vậy nên hiện nay, các game thương mại không còn phát triển từ

nguyên thủy nữa mà được phát triển lên từ game engine. Game engine hỗ trợ việc xây

dựng game một cách nhanh chóng, đơn giản hơn đồng thời cung cấp khả năng tái sử

dụng code cao do có thể phát triển nhiều game từ một game engine.

Ở Việt Nam, Game online mới chỉ thực sự thâm nhập vào thị trường cách đây 6

năm nhưng chỉ trong khoảng thời gian ít ỏi đó, chúng ta đã có một số lượng nhà phát

hành game lên tới con số hàng chục, số game được phát hành cũng tương ứng với số

lượng đó. Nhưng theo như chúng tôi được biết, gần như tất cả các game online đang

được phát hành ở Việt Nam là được nhập khẩu từ nước ngoài, chủ yếu là Trung Quốc

và Hàn Quốc ( trừ một số game nhỏ chơi trên web như đánh bài, đánh cờ ..) Một câu

hỏi mà có lẽ tất cả những người chơi game đều trăn trở là “bao giờ mới được chơi

game Việt Nam?”.

Chúng tôi chọn đề tài này làm khóa luận tốt nghiệp không phải với một tham

vọng quá lớn, chỉ là muốn đi những bước chân chập chững đầu tiên vào thế giới phát

triển game rộng lớn, để thu lượm kiến thức về lĩnh vực khó khăn nhưng đầy thú vị này

và hi vọng ở một tương lai không xa, chúng tôi có thể góp một phần sức lực giái đáp

trăn trở của cộng đồng người chơi game Việt Nam.

1.2. Mục tiêu

Xây dựng một Game Engine đa nền có thể chạy trên nhiều hệ điều hành khác

nhau, hướng đến phân khúc phát triên game nhập vai trực tuyến (MMORPG). Game

Engine này được đặt tên là GEM. Đây là mục tiêu dài hạn, còn hiện tại, do thời gian

làm luận văn chỉ khoảng 5 tháng nên nhóm chúng tôi chỉ tập trung hoàn thiện thành

phần Render Engine trong Game Engine ( Xem chi tiết ở chương 2).

1

1.3. Giới thiệu chung

Như đã giới thiệu ở trên, Game Engine là một lớp trung gian giữa game và nền

tảng bên dưới, các thư viện lập trình cấp thấp. GEM là một game engine nên dĩ nhiên

nó cũng tuân thủ theo nguyên tắc này

Hình 1: Kiến trúc phân tầng của GEM.

Đặt điểm đầu tiên của GEM là khả năng chạy đa nền.Để đặt được điều đó, GEM

sử dụng các bản build trên các nền tảng khác nhau ( chứ không phải sử dụng thông

dịch ). Các đoạn code phụ thuộc nền tảng sẽ được phân chia bằng việc sử dụng các cờ

tiền biên dịch, hạn chế tối đa việc sử dụng các lớp abstract – vì việc này sẽ làm giảm

hiệu suất chương trình đáng kể [1]. Cũng vì lí đo chạy đa nền nên chúng tôi lựa chọn

openGL làm giao diện lập trình đồ họa 3D cấp thấp cho GEM, do chuẩn openGL là

chuẩn mở và không bị phụ thuộc vào hệ điều hành.

GEM được thiết kế hướng đối tượng và yêu cầu về hiệu năng chạy cao nên chúng

tôi sử dụng ngôn ngữ C++ - ngôn ngữ đáp ứng hoàn hảo các điều kiện trên. Đa số các

Game Engine trên thế giới hiện nay đều được phát triển bằng ngôn ngữ C++.

Chúng tôi thiết kế GEM nhắm đến phân khúc phát triển game nhập vai trực

tuyến, nên khả năng tương thích với một phạm vi rộng cấu hình phần cứng là một điều

kiện quan trọng, dự kiến sẽ support các card đồ họa hỗ trợ openGL 1.4 và shader 1.0

trở lên.

2

Bảng cấu hình tối thiểu dự kiến :

Hãng sãn xuất

nVidia

Dòng card hỗ trợ

Từ GeForce4 Ti trở lên

ATI

Từ Radeon 9500 trở lên

Intel ( card tích hợp )

Từ Intel® GMA 3100 ( chipset G31,Q33) trở lên

3

Chương 2. Kiến trúc tổng thể

GEM là được chia thành nhiều thành phần để tiện cho việc phát triển và bảo trì.

Cụ thể GEM gồm các thành phần như sau :

Hình 2: Kiến trúc tổng thể.

Ghi chú : Do thời gian làm luận văn có hạn, chúng tôi mới chỉ hoàn thành

những thành phần sau : Giao tiếp với hệ điều hành, Các kiểu dữ liệu cơ bản, Render

Engine. Những thành phần này đủ để hỗ trợ người sử dụng tạo ra các khung cảnh 3D

và tương tác với chúng.

4

2.1. Thành phần Các kiểu dữ liệu cơ bản

Các kiểu dữ liệu cơ bản là thành phần bao gồm các cấu trúc dữ liệu cơ bản như

mảng động, vector, ma trận…, các phép toán trên các kiểu dữ liệu đó cung cấp cho

thành phần khác sử dụng

Hình 3: Biểu đồ lớp của thành phần Các kiểu dữ liệu cơ bản.

Các kiểu dữ liệu này có thể chia thành 2 nhóm chính :

- Các yếu tố trong không gian 3D :

+ Vector2, Vector, Vector4 : các loại vector biểu diễn tọa độ 2

chiều, 3 chiều và tọa độ đồng nhất

+ Aabb ( Axis aligned bounding box ) : hình hộp chữ nhật có các

cạnh dọc theo 3 trục xyz, được mô tả bằng 2 điểm (x_min,y_min,z_min),

( x_max,y_max,z_max

)

+ Sphere : hình cầu, được mô tả bởi tọa độ tầm và bán kính.

5

+ LineSequent, Line, Ray : đoạn thẳng, đường thẳng, tia.

+ Matrix : ma trận sử dụng để biểu diễn các phép biến đổi : dịch,

xoay, co giãn trong không gian 3 chiều.

+ Plane : mặt phẳng được mô tả bằng các hệ số của phương trình :

ax + by + cz + d = 0.

+ Frustum : là hình chóp cụt biểu diễn khung nhìn của camera,

được mô tả bằng 6 mặt phẳng tạo nên nó.

- Các kiểu đối tượng lưu trữ :

+ String.

+ Array : mảng động với hệ số mở rộng có thể tùy biến.

+ GemAllocator : sử dụng bởi các lớp khác để thực thi việc cấp

phát và giải phóng bộ nhớ.

+ List : linked list 2 chiều.

+ Stack.

6

2.2. Thành phần Giao tiếp với hệ điều hành

Giao tiếp với hệ điều hành là thành phần thực thi các công việc cần giao tiếp với

hệ điều hành như điều phối event, đọc ghi file, lấy thời gian hệ thống… Trong đó quan

trọng nhất là quá trình điều phối event :

Hình 4: Quá trình điều phối event.

GEM lấy event từ Message System của hệ điều hành, từ đó lấy các thông tin cần

thiết tạo ra GemEvent - lý do cần tạo ra GemEvent là để tránh bị phụ thuộc vào hệ

điều hành. Sau đó, GemEvent sẽ được gửi lần lượt đến các thành phần có khả năng

nhận và xử lý event.

7

2.3. Thành phần Render Engine

2.3.1. Khái quát về Render Engine

Render Engine là thành phần cốt lõi của một Game Engine. Nó hỗ trợ người

dùng các công việc thiết yếu để tạo ra một khung cảnh 3D. Người dùng sẽ không cần

biết nhiều đến những công việc tầng thấp như quá trình đọc file tài nguyên, sử dụng

3D Graphic API, quá trình tạo các effect… mà chỉ cần dùng giao diện do Render

Engine cung cấp.

Render Engine là thành phần duy nhất trong Game Engine giao tiếp với các thư

viện đồ họa cấp thấp ( cụ thể ở đây là openGL và Cg )

Hình 5: Kiến trúc phân tầng của Render Engine.

8

2.3.2. Kiến trúc của Render Engine

Render engine được chia thành các module sau :

Hình 6: Biểu đồ gói của Render Engine.

- Graphic Driver là module duy nhất trực tiếp sử dụng 3D Graphic API

(openGL), cung cấp cho các module khác một giao diện đơn giản hơn để tương tác với

card đồ họa.

- Quản lý tài nguyên là module quản lý các tài nguyên cần thiết để xây dựng một

khung cảnh 3D như mesh, animated mesh, texture 2D, cubemap…Module này được

bạn Hoàng Tuấn Hưng trình bày trong khóa luận “Xây dựng Game Engine đa nền

tảng – Quản lý tài nguyền và chuyển động đối tượng ”.

- Quản lý khung cảnh là module thực hiện việc tổ chức và kiểm soát các đối

tượng tồn tại trong một khung cảnh 3D, từ đó thực hiện quá trình render toàn bộ khung

cảnh đó tạo nên hình ảnh 2D tại vị trí nhìn. Module này được trình bày chi tiết trong

các chương sau của tài liệu này.

-Hiệu ứng ánh sáng và vật liệu là module mở rộng các thành phần của Quản lý

khung cảnh để tạo các hiệu ứng về ánh sáng, vật liệu, và đổ bóng. Module này được

bạn Bùi Hoàng Khánh trình bày trong khóa luận “Xây dựng Game Engine đa nền tảng

– Hiệu ứng ánh sáng và vật liệu”.

9

-Mô phỏng tự nhiên là module mở rộng các thành phần của Quản lý khung

cảnh để mô phỏng các yếu tố tự nhiên cần có trong game như nước, địa hình, lửa,

khói… Module này được bạn Trần Thái Dương trình bày trong khóa luận “Xây dựng

Game Engine đa nền tảng –Mô phỏng tự nhiên”.

- Chuyển động của đối tượng là module mở rộng các thành phần của Quản lý

hung cảnh, thực hiện quá trình nội suy trong các mô hình chuyển động ( thường là các

nhân vật trong game ) thông qua hai kĩ thuật thông dụng là keyframe và skinning.

Module này được bạn Hoàng Tuấn Hưng trình bày trong khóa luận “Xây dựng Game

Engine đa nền tảng – Quản lý tài nguyền và chuyển động đối tượng”.

2.4. Các thành phần còn lại.

Các thành phần Mạng, Trí tuệ nhân tạo, Tính toán vật lí, Âm thanh chưa được

triển khai nên chúng tôi không đề cập đến trong tài liệu này.

10

Chương 3. Quản lý khung cảnh

3.1. Khái niệm khung cảnh và cách tổ chức khung cảnh

Khung cảnh có thể hiểu giống như một trường quay phim. Nó bao gồm tất cả các

đối tượng tham gia vào quá trình tạo nên hình ảnh, ví dụ như các camera, các nhân vật,

các vật thể, các nguồn chiếu sáng… Dĩ nhiên trong một chương trình máy tính, khung

cảnh được dữ liệu hóa và chúng tôi định nghĩa nó là tổng hợp tất cả dữ liệu mô tả các

đối tượng trong một không gian 3D.

Khung cảnh là rất nhiều dữ liệu, vì vậy một yêu cầu bắt buộc phải tổ chức nó một

cách hợp lý để tiện sử dụng trong quá trình render. Ở đây, chúng tôi tổ chức nó thành

một cây quan hệ về không gian và đồng thời là Bounding Volume Hierachies (BVHs).

3.1.1. Cây quan hệ về không gian

Cây quan hệ về không gian là một cây mà trong đó, node con nằm trong không

gian của node cha. Nghĩa là khi không gian của node cha thay đổi sẽ làm node con

thay đổi theo. Việc tổ chức khung cảnh thành cây quan hệ về không gian sẽ giúp mô tả

mối quan hệ giữa các đối tượng một cách dễ dàng. Ví dụ như trong khung cảnh có một

chiếc ôtô và 2 nhân vật ngồi trong đó, khi đó 2 nhân vật sẽ là 2 node con của node cha

ôtô, khi ôtô di chuyển, do bị ràng buộc về không gian nên 2 nhân vật cũng sẽ di

chuyển theo.

3.1.2. Bounding Volume Hierachies.

a. Khái niệm Bounding Volume:

Để đơn giản hóa một số giai đoạn tính toán trong quá trình render

SceneGraph, chúng ta sử dụng một số hình đơn giản hơn bao bọc quanh các đối

tượng.Các hình đó được gọi là bounding volume.

Ở đây chúng tôi sử dụng 2 loại bounding volume là :

+ Axis Aligned Bounding Box.

+ Bounding Sphere.

11

Hình 7: Axis Aligned Bounding Box và Bounding Sphere trong GEM.

b. Khái niệm Bounding Volume Hierachies (BVHs):

BVHs có thể hiểu là một cây bounding volume, trong đó bounding

volume của node cha sẽ chứa tất cả bounding volume của node con. Việc sử

dụng BVHs giúp giảm độ phức tạp của quá trình cắt theo khung hình (View

Frustum Culling)

Hình 8: Ví dụ cây khung cảnh và BHVs tương ứng.

Trong hình trên, sơ đồ bên phải là cây khung cảnh, bên trái là ví trí các

node trong không gian và bounding volume của nó. Ta có thể thấy bounding

12

volume của node A là tổng bounding volume của 2 node con, bounding volume

của root là tổng bounding volume của tất cả các node con.

3.2. Thiết kế cấu trúc

Hình 9: Biều đồ lớp của module Quản lý khung cảnh.

SceneGraphManager : lớp đóng vai trò là gốc của cây khung cảnh, chứa các

phương thức thực thi quá trình render cây khung cảnh.

SceneNode : là lớp cơ sở để tạo thành cây khung cảnh. SceneNode bao gồm các

dữ liệu mà mọi đối tượng trong không gian 3D đều cần phải có. Các loại node khác sẽ

thừa kế từ lớp này.

CameraSceneNode, SolidMeshSceneNode, SkyBoxSceneNode ... : là các loại

node được triển khai từ lớp cơ sở SceneNode, một loại node ứng với một loại đối

tượng cụ thể.

RenderList : là tập hợp các node có chung một tập các trạng thái render. Các

node trong cây khung cảnh sẽ được đưa về các render list rồi sau đó mới thực hiện

13

việc render các render list. Việc làm này sẽ hạn chế tối đa việc chuyển các trạng thái

render, năng hiệu suất của hệ thống.

RenderContext : Là tập hợp các trạng thái render.

Animation : Là lớp cơ sở cho mọi loại animation. Một SceneNode sẽ có một list

các animation và thực hiện tất cả các animation đó ở đầu mỗi khung hình.

ValueAnimation, DestroyAnimation .. : Là các loại animation cụ thể được triển

khai từ lớp cơ sở Animation.

3.2.1. Lớp SceneNode

Hình 10: Lớp SceneNode.

Các thuộc tính chính :

- position, scale, rotation,angle : các phép biến đổi dịch, co dãn,xoay và

góc xoay của không gian node này so với không gian của node cha.

14

- modelMatrix : ma trận biến đổi không gian của node này sang không

gian thế giới ( lưu ma trận này để tăng tốc quá trình render – nếu không,

bất kì khung hình nào cũng phải tính lại nó mặc dù không gian của node

có thể không biến đổi )

- chidren : danh sách các node con của node.

- parent : node cha của node này

- boundingBox : aabb của node này trong không gian địa phương của nó.

- boundingBoxInWorld : aabb của node này trong không gian trong không

gian thế giới.

- treeBoundingBox : tổng hợp boundingBoxInWord của node này và

treeBoundingBox của các node.

- boundingSphere, boundingSphereInWorld, treeBoundingSphere : như

trên nhưng thay aabb bằng bounding sphere.

- animationList : danh sách các animation tác động lên node này

Các phương thức chính :

- updateModelMatrix() : phương thức này sẽ kiểm tra các trạng thái của

node ( không gian của nó có biển đổi không, không gian của node cha có

biến đổi không.. ) và tính lại ma trận modelMatrix nếu cần thiết.

-viewFrustumCulling(Frustum& frustum) : phương thức đệ quy thực thi

quá trình view frustum culling.

- prepareRender() : phương thức đệ quy thực thi quá trình prepareRender.

- render : phương thức được gọi khi render node này, các loại node sẽ

triển khai phương thức này cách render loại node đó.

- animate : thực thi tất cả các animation này trong animationList của node

này.

15

3.2.2. Một số loại node khác

a. SolidMeshSceneNode :

SolidMeshSceneNode loại node dành cho các đối tượng có mô hình cố

định (thường là các đồ vật ). Mỗi SolidMeshSceneNode sẽ sử dụng mesh trong

mesh bank và texture trong texture bank, khi node này được render, hệ thống sẽ

render mesh đó với ma trận biến đổi thích hợp ( có hỗ trợ tính năng Level of

Detail – LOD – xem chi tiết về LOD trong phần 3.1.Các thuật ngữ )

Biểu đồ lớp :

Hình 11: Lớp SolidMeshSceneNode.

Các thuộc tính chính :

- activeMeshID : mesh hiện tại đang sử dụng

- meshLOD : tập hợp tất cả các mesh mà node này sử dụng để hỗ

trợ tính năng static LOD

- colorSamplerID : texture sử dụng để làm kênh color

Minh họa :

16

Hình 12: Hình ảnh Bàn cờ và các quân cờ dùng SolidMeshNode.

b. CameraSceneNode

CameraSceneNode là loại node chứa các thông tin camera: vị trí, hướng

quay và góc quay.v.v., đồng thời nó cũng là 1 event receiver để xử lí các event

của người dùng ( ví dụ như di chuột thì camera xoay .v.v. )

Biểu đồ lớp :

17

Hình 13: Lớp CameraSceneNode.

Các thuộc tính chính :

- m_Up : Vector up của camera.

- m_Center : Vector center của camera ( điểm nhìn )

- m_Far, m_Left, m_Right, m_Top, m_Bottom, m_Fovy, m_Aspect : các

thuộc tính xác định khung nhìn của camera.

Các phương thức chính :

- look() : tính các ma trận biến đổi cần thiết với vị trì đặt camera là

position, vị trí nhìn là m_Center, vector up là m_Up.

- calculationFrustum() : tính khung nhìn hiện tại của camera ( Xem chi

tiết trong phần 2.3.2.2.Render SceneGraph )

18

- onEvent(Event& event) : xử lí event nhận được đo quá trình dispatch

event gửi đến.

c.SkyboxSceneNode

SkyboxSceneNode là loại node dùng để tạo cảnh vật ở xa vô cực, thường

là bầu trời, cảnh núi mây ở rất xa vị trí nhìn. Để làm điều này, SkyboxSceneNode

sử dụng hình lập phương rồi dán texture chứa hình ảnh ở rất xa vào, camera sẽ

luôn nằm ở vị trí trung tâm của khối lập phương.

Biểu đồ lớp :

Hình 14: Lớp SkyboxSceneNode.

Các thuộc tính chính :

- xzTexture, yPositiveTexture,yNegativeTexture : Các texture

chứa hình ảnh ở rất xa.

Minh họa :

19

Hình 15: Skybox.

3.2.3. Lớp SceneGraphManager

Hình 16: Lớp SceneGraphManager.

Các thuộc tính chính :

- activeCamera : camera được sử dụng để nhìn toàn bộ khung cảnh.

- renderList : 16 render-list.

- renderOrder : mảng xác định thứ tự render các render-list.

Các phương thức chính :

20

- registerRenderList(..) : đăng kí một node vào một render-list.

- unregisterRenderList(..) : loại bỏ một node ra khỏi một render-list.

- drawSceneGraph() : render toàn bộ khung cảnh.

- setRenderOrder(..) : xác định thứ tự render của các render-list.

3.2.4. Lớp RenderList và RenderContext

Hình 17: Lớp RenderList và RenderContext.

Một RenderList bao gồm một danh sách các node node_list và một

RenderContext rc. Các node nằm trong node_list sẽ được render với các trạng thái đặt

trong rc.

RenderContext :

Các thuộc tính :

- RenderContext bao gồm rất nhiều trạng thái render trong đó có

hể chia làm 2 nhóm : nhóm các trạng thái của openGL và các

trạng thái của GEM.

Các phương thức :

- pushState() : đặt tất cả các trạng thái render.

- popState() : phục hồi lại tất cả các trạng thái render như trước

khi gọi pushState()

3.3. Thiết kế chức năng

Chức năng chính của module này là render toàn bộ cây khung cảnh.

Quá trình render trải qua những bước sau :

- Bước 1 – prepare-render : duyệt cây theo chiều sâu, tại mỗi node, thực hiện

tất cả các animation, kiểm tra trạng thái của node để xác định xem có cần tính lại các

ma trận biến đổi không.

21

- Bước 2 – Tính lại BVHs : Duyệt cây theo thứ tự sau (postfix) ,kiểm tra cờ

trạng thái, tính lại tree bounding volume của node nếu cần thiết.

- Bước 3 – Tính lại các ma trận biến đổi của Camera và tính khung nhìn.

- Bước 4 – view frustum culling : phát hiện các node nằm bên ngoài khung

nhìn và loại chúng ra khỏi quá trình render.

- Bước 5 - Render từng render-list : tùy vào các trạng thái render nằm trong

render context, các node trong render-list có thể sẽ được sắp xếp theo khoảng

cách đến camera, thực hiện occlusion culling mới được render.

22

3.3.1. Prepare-render

Hình 18: Biều đồ hoạt động của giai đoạn prepare-render.

23