Khóa luận Xây dựng game engine đa nền tảng quản lý tài nguyên và chuyển động của các đối tượng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Hoàng Tuấn Hưng

XÂY DỰNG GAME ENGINE ĐA NỀN TẢNG

QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA

CÁC ĐỐI TƯỢNG

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

Hoàng Tuấn Hưng

XÂY DỰNG GAME ENGINE ĐA NỀN TẢNG

QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA

CÁC ĐỐI TƯỢNG

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

1

Lời cảm ơn

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Công nghệ Thông tin trường

Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô ở Bộ môn Công

nghệ Phần mềm đã giúp đỡ tôi trưởng thành trong những năm học tập và rèn luyện ở

môi trường đại học.

Xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Việt Hà, thầy Vũ Quang Dũng và phòng thí

nghiệm TOSHIBA-COLTECH đã tạo điều kiện cho tôi tìm hiểu, nghiên cứu và học

hỏi những kinh nghiệm trong quá trình nghiên cứu và làm khoá luận.

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các bạn trong lớp K50CD, K50CNPM đã ủng hộ,

khuyến khích tôi trong suốt quá trình học tập tại trường.

Và lời cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng chân thành và biết ơn vô hạn tới cha mẹ, và

người thân, những người luôn ở bên cạnh tôi những lúc tôi khó khăn nhất, giúp tôi

vượt qua khó khăn trong học tập cũng như trong cuộc sống.

Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2009

Sinh viên

Hoàng Tuấn Hưng

i

TÓM TẮT

Ngày nay, ngành công nghiệp Game đang trên đà phát triển nhanh chóng song

song với việc phát triển phần cứng. Game engine sẽ là một công cụ hữu ích cho việc

phát triển Game, nếu như các nhà phát triển mỗi khi bắt tay vào làm một Game nào đó

từ đầu thì sẽ rất vất vả và mất nhiều công sức. Với một Game engine thì công việc đó

trở nên đơn giản và nhanh hơn nhiều, nó sẽ cung cấp các API cho người phát triển

Game có thể sử dụng và tạo ra những hiệu ứng một cách nhanh chóng.

Khóa luận sẽ trình bày tổng quan kiến trúc về Game engine mà chúng tôi đang

xây dựng và đi chi tiết vào hai thành phần là quản lí tài nguyên trong Game và các

chuyển động của đối tượng.

Phần đầu sẽ giới thiệu một cách tổng quan nhất về hệ thống, các thành phần sẽ có

trong Game engine, và thiết kế cho các thành phần đó.

Phần thứ hai khóa luận dành để giới thiệu về các tài nguyên sẽ có trong Game

engine, tầm quan trọng của việc quản lí tài nguyên cho một hệ thống. Đặc biệt khóa

luận sẽ trình bày cách tổ chức và quản lí tài nguyên một cách hiệu quả nhất.

Phần thứ ba của khóa luận sẽ giới thiệu về các chuyển động của các đối tượng

trong Game, các kỹ thuật để có thể tạo ra được các loại chuyển động cho đối tượng và

cách triển khai các kỹ thuật vào trong Game engine.

Phần cuối cùng sẽ là tổng kết những kết quả đã đạt được của khóa luận, những

vấn đề còn tồn tại và hướng phát triển tiếp theo của đề tài.

ii

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU...................................................................................................................1

Chương 1.ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................3

1.1.Bối cảnh nghiên cứu............................................................................................................. 3

1.2.Mục tiêu................................................................................................................................ 3

1.3.Giới thiệu chung................................................................................................................... 3

Chương 2.KIẾN TRÚC TỔNG THỂ .....................................................................6

2.1.Các dữ liệu cơ bản ................................................................................................................ 7

2.2.Giao tiếp với hệ điều hành.................................................................................................. 8

2.3.Render Engine....................................................................................................................... 9

2.3.1.Khái quát về Render Engine.......................................................................................... 9

2.3.2.Kiến trúc của Render Engine ........................................................................................10

2.4. Các thành phần còn lại.......................................................................................................11

Chương 3.QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN...................................................................12

3.1.Giới thiệu .............................................................................................................................12

3.2. Quản lý tài nguyên trong GEM ........................................................................................12

3.3. Liên kết giữa các thành phần ............................................................................................13

3.4. Các thành phần trong Resource Manager........................................................................14

3.5. Biểu đồ lớp ..........................................................................................................................15

3.5.1.Quản lý Mesh.................................................................................................................16

3.5.2.Quản lý Texture .............................................................................................................17

3.5.3.Quản lý Effect.................................................................................................................19

3.5.4.Quản lý AnimatedMesh................................................................................................20

3.5.5.Quản lý Material............................................................................................................21

Chương 4.CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC ĐỐI TƯỢNG ....................................23

4.1.Giới thiệu .............................................................................................................................23

4.2.Khái quát về animation ......................................................................................................23

4.3.Kỹ thuật tạo chuyển động nhân vật ..................................................................................23

4.3.1.Kỹ thuật nội suy Key-Frame.........................................................................................23

4.3.1.1. Giới thiệu..................................................................................................................24

4.3.1.2. Nội suy bậc 1............................................................................................................24

4.3.1.3. Nội suy bậc 2............................................................................................................25

4.3.1.4.Triển khai kỹ thuật key-frame ....................................................................................25

4.3.2.Kỹ thuật skinning ..........................................................................................................27

4.3.2.1.Giới thiệu...................................................................................................................28

4.3.2.2. Kỹ thuật Skeletal Subspace Deformation...................................................................29

4.3.2.3. Kỹ thuật Animation Space........................................................................................31

iii

4.3.2.4. Kỹ thuật Multi-Weight Enveloping ..........................................................................32

4.3.2.5.Triển khai skinning....................................................................................................33

Chương 5.THỰC NGHIỆM..................................................................................35

5.1. Demo key-frame.................................................................................................................35

5.2. Demo Skinning...................................................................................................................37

Chương 6.KẾT LUẬN............................................................................................39

6.1.Kết quả đạt được..................................................................................................................39

6.2.Định hướng tương lai.........................................................................................................39

PHỤ LỤC.................................................................................................................40

TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................44

iv

BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT

API

Application Programming Interface

CPU

GPU

LBS

MWE

SBS

SSD

Central Processing Unit

graphics processing unit

Linear Blend Skinning

Multi-Weight Enveloping

Spherical Blend Skinning

Skeletal Subspace Deformation

v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ BẢNG BIỂU

Hình 1. Kiến trúc phân tầng của GEM .........................................................................4

Hình 2. Kiến trúc tổng thể............................................................................................6

Hình 3. Biểu đồ lớp của thành phần các kiểu dữ liệu cơ bản ........................................7

Hình 4. Quá trình điều phối event ................................................................................9

Hình 5. Kiến trúc phân tầng của Render Engine.........................................................10

Hình 6. Biểu đồ gói của Render Engine .....................................................................11

Hình 7. Mô hình quan hệ với các thành phần khác.....................................................12

Hình 8.Ví dụ Mesh Bank ...........................................................................................13

Hình 9. Mô hình liên kết với các thành phần khác......................................................14

Hình 10. Các thành phần trong Resource manager.....................................................15

Hình 11. Biểu đồ lớp Mesh và MeshBank..................................................................16

Hình 12. Biểu đồ lớp Texture và TextureBank...........................................................17

Hình 13. Biểu đồ lớp Effect và EffectBank................................................................19

Hình 14. Biểu đồ lớp AnimatedMesh và AnimatedMeshBank ...................................20

Hình 15. Biểu đồ lớp Material....................................................................................21

Hình 16. Ví dụ key-frame ..........................................................................................24

Hình 17. Nội suy bậc 1 và bậc 2.................................................................................25

Hình 18. Mô hình tổ chức các loại animation.............................................................26

Hình 19. Biểu đồ lớp KeyFrame ................................................................................27

Hình 20.Ví dụ Skinning.............................................................................................28

Hình 21. Thành phần trong một nhân vật ...................................................................29

Hình 22. Hạn chế kỹ thuật SSD .................................................................................30

Hình 23. Sử dụng kỹ thuật SSD .................................................................................31

Hình 24. Sử dụng kỹ thuật SBS .................................................................................31

Hình 25. Sơ đồ chuyển trục tọa độ.............................................................................32

Hình 26. Mô hình tổ chức khung xương.....................................................................34

Hình 27. Demo key-frame .........................................................................................37

Hình 28. Demo Skinning ...........................................................................................38

vi

MỞ ĐẦU

Trong thời đại công nghệ thông tin như hiện nay, sản phẩm công nghệ ngày càng

chịu sự đánh giá khắt khe hơn từ phía những người dùng, đặc biệt là về sản phẩm

Game được nhận rất nhiều sự đánh giá từ phía các game thủ, hay chỉ là những người

chơi bình thường. Ngành công nghiệp game hiện nay có thể nói là bùng nổ, với tốc độ

phát triển đến chóng mặt, rất nhiều những game hay và hấp dẫn đã được ra đời trong

thời gian qua. Đằng sau những Game phát triển và nổi tiếng như vậy đều có một Game

Engine. Game engine là một công cụ hỗ trợ, một middleware giúp người phát triển

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

dụng mã nguồn cao do có thể phát triển nhiều game từ một game engine. Tại Việt

Nam, ngành công nghiệp Game mới chỉ đang phát triển đa số vẫn là phát hành Game

là chủ yếu, còn việc xây dựng một Game Engine vẫn gần như chưa có. Đây là một lĩnh

vực tiềm năng, hứa hẹn sẽ phát triển nhanh ở Việt Nam trong thời gian sắp tới.

Từ những xu hướng phát triển trên, khóa luận tập trung nghiên cứu xây dựng một

Game engine để phát triển tại Việt Nam. Hiện nay những Game engine nổi tiếng cũng

khá nhiều, tuy nhiên giá thành một Game engine như vậy không phải là nhỏ, vì vậy

nhóm phát triển muốn xây dựng một Game engine phục vụ cho những người đam mê

về làm Game nhưng không đủ tài chính để có thể mua được một Game engine thương

mại.

Khóa luận sẽ tập trung đi sâu vào hai thành phần trong Game engine đó là: quản

lí tài nguyên và các chuyển động của đối tượng.

Trong các phần mềm, việc quản lí tài nguyên luôn được xem xét và cân nhắc cẩn

thận để làm sao có thể quản lí một cách hiệu quả nhất, đặc biệt trong Game thì vấn đề

này càng cấp thiết hơn bao giờ hết. Một Game muốn được phát triển sẽ phải quản lí tài

nguyên tốt, hạn chế tới mức tối đa sử dụng tài nguyên của máy tính người chơi và

cũng để tăng tốc cho chương trình. Cần có cơ chế cấp phát và giải phóng bộ nhớ một

cách hiệu quả.

Trong Game bao giờ cũng phải có các đối tượng chuyển động, vì vậy cần có cách

thức phương pháp để quản lí và tạo ra được các nhân vật có chuyển động. Khóa luận

sẽ tập trung vào nghiên cứu các kỹ thuật để tạo ra các chuyển động cho nhân vật để

cho các chuyển động ngày càng giống với chuyển động của con người, tạo được hiệu

ứng tốt cho Game.

1

Ngoài phần mở đầu kết cấu khóa luận bao gồm 6 chương:

 Chương 1, 2: Đặt vấn đề và tổng quan về hệ thống Game engine của cả

nhóm.

 Chương 3: Giới thiệu về quản lí tài nguyên và cách tổ chức tài nguyên

trong hệ thống.

 Chương 4: Giới thiệu về chuyển động cho các đối tượng, đi vào các kỹ

thuật tạo chuyển động.

 Chương 5: Thực nghiệm các kỹ thuật được nêu ở chương 4

 Chương 6: Kết luận, thực hiện đánh giá kết quả đã đạt được, hướng phát

triển sắp tới.

2

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 giải 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 triển game nhập vai trực tuyến (MMO). 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).

1.3.Giới thiệu chung

3

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

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

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

dịch). Các đoạn mã nguồn 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 [10]. 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 hỗ trợ các card đồ họa hỗ trợ openGL 1.4 và shader 1.0 trở

4

lên

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

5

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.

6

2.1.Các 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)

7

.

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

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.

2.2.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:

8

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.

2.3.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

9

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

Hình 5. Kiến trúc phân tầng của Render Engine

2.3.2.Kiến trúc của Render Engine

Render engine gồm các module sau:

10

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

trình bày chi tiết trong chương 3 của khóa luận này.

- 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

khóa luận “Xây dựng Game Engine đa nền tảng – Quản lý khung cảnh” - Trương Đức

Phương.

- 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

trình bày chi tiết trong khóa luận “Xây dựng Game Engine đa nền tảng – Hiệu ứng ánh

sáng và vật liệu” - Bùi Hoàng Khánh.

- 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 trình bày chi tiết trong khóa luận “Xây dựng Game Engine

đa nền tảng –Mô phỏng tự nhiên” - Trần Thái Dương.

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

khung 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 key-frame và skinning.

Module này được trình bày chi tiết trong chương 4 của khóa luận này.

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.

11

Chương 3.QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN

3.1.Giới thiệu

Trong tất cả các Game thì vấn đề được quan tâm đầu tiên chính là tài nguyên của

game. Những người chơi khi quyết định cho mình một game nào đó thì họ sẽ phải xem

xét tài nguyên trong máy họ còn bao nhiêu, và tài nguyên mà game sẽ tiêu tốn bao

nhiêu để có thể quản lý tài nguyên trong máy mình một cách hợp lý nhất. Đó mới chỉ

đơn thuần là về phía người chơi, vấn đề quan trọng và nặng nhọc nhất lại thuộc về phía

những người viết game. Game dù có hay và hấp dẫn đến bao nhiêu đi chăng nữa

nhưng quản lý tài nguyên không tốt cũng rất khó để thành công, bởi những người chơi

game không phải ai cũng sở hữu cho mình những bộ máy tính siêu mạnh, mà mục tiêu

nhắm đến ở đây là nhiều người có thể chơi được và làm sao tốc độ đạt được cũng là tốt

nhất. Vì vậy cần phải có một cơ chế quản lý tài nguyên thật hiệu quả và hợp lý. Một

game engine thường có các tài nguyên cơ bản: các mesh (thông tin mô tả hình dạng

vật thể), các texture (thường là các hình ảnh 2D), các animated mesh (thông tin và các

vật thể có chuyển động, thường là các nhân vật), các material (vật liệu phủ lên bề mặt

các vật thể), các effect.

3.2. Quản lý tài nguyên trong GEM

Hình 7. Mô hình quan hệ với các thành phần khác

GEM sẽ có một module để quản lý các tài nguyên và sẽ được quản lý một cách

tập trung. GEM sẽ có các bank để chứa các mesh, animated mesh, texture, effect, …

12

đã được nhập vào. Như vậy thì sẽ giảm được tối đa tài nguyên, bởi vì ta chỉ lưu duy

nhất một phiên bản của mỗi đối tượng, còn các đối tượng giống nhau sẽ tham chiếu tới

nó.

Với phương pháp quản lý như vậy thì một vấn đề đặt ra là: làm thế nào để xác

định được đối tượng cần (có thể) được giải phóng. Để giải quyết vấn đề này thì với

mỗi một bản dữ liệu (mesh, texture, …) chúng ta sẽ có biến đếm số lần nó được tham

chiếu, khi biến đếm từ 1 trở về 0 tức là nó không còn được tham chiếu nữa, thì dữ liệu

đó có thể được giải phóng.

Ví dụ:

Hình 8.Ví dụ Mesh Bank

3.3. Liên kết giữa các thành phần

13

Hình 9. Mô hình liên kết với các thành phần khác

Module quản lí tài nguyên là một thành phần cốt lõi trong GEM, tất cả các

module khác như: quản lí sceneGraph, ánh sáng và đổ bóng, hiệu ứng tự nhiên đều

phải sử dụng đến các thành phần trong module quản lí tài nguyên. Module này sẽ cung

cấp các tài nguyên như: Mesh, Material, Texture, AnimatedMesh, Effect cho các

sceneNode của những module khác nhau sử dụng chúng. Các module khác sẽ không

phải quan tâm đến việc quản lí tài nguyên ra sao, mà chỉ việc khai báo và sử dụng các

tài nguyên đó. Còn việc quản lí: xóa, cấp phát bộ nhớ, tham chiếu, … là việc của quản

lí tài nguyên.

3.4. Các thành phần trong Resource Manager

14

Hình 10. Các thành phần trong Resource manager

Trong module quản lí tài nguyên sẽ có các thành phần: các mesh (thông tin mô tả

hình dạng vật thể), các texture (thường là các hình ảnh 2D), các animated mesh (thông

tin và các vật thể có chuyển động, thường là các nhân vật), các Material (vật liệu phủ

lên bề mặt các vật thể), các effect để tương tác với GPU. MeshBank dùng để lưu trữ

tập trung tất cả các mesh, tương tự như vậy có TextureBank, EffectBank,

AnimatedMeshBank để lưu trữ các: Texture, Effect, AnimatedMesh. Các lớp

DlightEffect, ShadowEffect, BumpEffect, WaterEffect sẽ được thừa kế từ lớp Effect

để tạo ra các effect với chức năng khác nhau. Lớp AnimatedMesh sẽ được thừa kế từ

hai lớp KeyFrame và Skinning.

3.5. Biểu đồ lớp

15

3.5.1.Quản lý Mesh

Hình 11. Biểu đồ lớp Mesh và MeshBank

Để quản lí một mesh (các vật thể) ta sẽ cần lưu những thông tin quan trọng sau:

 Lớp Mesh

Các thuộc tính:

- vertexArray: chứa thông tin về các đỉnh của mesh

- normalArray: chứa thông tin về véc tơ normal

- texCoordArray: chứa thông tin về texcoordinate

- numVertices: số lượng đỉnh của mesh đó

- user: cho biết số lượng tham chiếu đang chiếu tới nó

Các phương thức:

-

getUser(): lấy ra số lượng các tham chiếu đang sử dụng nó

setUser(): Khi ta dùng một mesh nào đó thì tăng số lượng tham chiếu tới nó

lên (tăng user)

-

delUser(): Khi ta không dùng một mesh nào đó thì sẽ xóa số lượng tham

chiếu tới nó đi. Khi nào user=0 thì hệ thống quản lí tài nguyên sẽ tự động

xóa mesh đó khỏi bộ nhớ.

 Lớp MeshBank

16

Các thuộc tính:

- meshArray: lưu trữ một danh sách các mesh khi được nạp vào

Các phương thức:

- insertMesh(_mesh, k): thêm một _mesh vào vị trí k trong danh sách

- appendMesh(_mesh): thêm _mesh vào cuối danh sách các mesh hiện có

- deleteMesh(k): xóa một mesh ở vị trí k trong danh sách

- getMeshFromID(meshID): lấy ra một mesh ở vị trí meshID trong danh

sách

- useMesh(meshID): gọi phương thức setUser() của phần tử có vị trí

meshID

- dontUseMesh(meshID): gọi phương thức delUser() của phần tử có vị trí

meshID

3.5.2.Quản lý Texture

Hình 12. Biểu đồ lớp Texture và TextureBank

 Lớp Texture

Các thuộc tính:

- m_User: số lượng đối tượng đang sử dụng nó

- m_NativeGDID: là ID của texture được quản lí bởi card đồ họa

- m_Info: Thông tin về một texture

- m_Name: tên của texture

17

Các Phương thức:

- Có các phương thức get, set, del User như lớp mesh

Thông tin về một textute gồm:

{

E_TEXTURE_FORMAT tfFormat;

E_PIXEL_FORMAT tfPixelFormat;

u32 tfMaxMipMapLevels;

u32 tfWidth;

u32 tfHeight;

s32 tfSize;

bool tfGenMipmap;

bool tfCompressed;

E_TEXTURE_FILTER tfFilter;

E_TEXTURE_WRAP tfWrap;

E_TEXTURE_TYPE tfType;

} TextureInfo;

E_TEXTURE_FORMAT: là một loại định dạng của texture trong card đồ họa

E_PIXEL_FORMAT: định dạng của dữ liệu fixel được sử dụng trong card đồ họa

tfMaxMipMapLevels: giá trị tầng lớn nhất của MipMap, nếu =0 tức là không có

mipmap.

tfWidth, tfHeight: kích cỡ của texture

tfSize: kích cỡ của dữ liệu pixel

tfGenMipmap: nếu = true card đồ họa sẽ tự động sinh ra mipmap cho texture

tfCompressed: =true nếu dữ liệu pixel được tạo định dạng

E_TEXTURE_TYPE: loại của texture: 1D, 2D, 3D, Cubemap

E_TEXTURE_WRAP: cách gắn texcoordinate

E_TEXTURE_FILTER: để xác định việc gắn texture, có 2 loại: min, map tức là thu

nhỏ hoặc phóng to

 Lớp TextureBank

18

Do texture không lưu dữ liệu mà lưu thông tin về texture, còn những dữ liệu đó

đã nằm trong card đồ họa. Vì vậy bank sẽ không lưu texture dưới dạng con trỏ như các

bank khác. Các phương thức trong lớp TextureBank cũng giống như trong lớp

MeshBank, vì texture có thêm thuộc tính m_Name nên trong bank sẽ có thêm các

phương thức để quản lí theo tên (cũng tương tự như ID).

3.5.3.Quản lý Effect

Hình 13. Biểu đồ lớp Effect và EffectBank

 Lớp Effect

Các thuộc tính:

- cgContext: lưu context chứa chương trình Cg

- cgEffect: Lưu effect

- cgTechnique: lưu technique của chương trình Cg phù hợp nhất với GPU hiện

tại

Các phương thức:

- updateEffectParameter(): cập nhật giá trị các tham số trong chương trình cg

- getFirstPass(): lấy pass đầu tiên trong chương trình cg

- getNextPass(aPass): lấy pass ngay sau aPass

 Lớp EffectBank

Các thuộc tính:

- effectArray: mảng lưu danh sách các Effect

Các phương thức:

- append(_effect): lưu một Effect vào danh sách các effect, trả về id của effect

19

thêm vào

- remove(id): xóa effect có ID là id ra khỏi danh sách các effect

- getEffectFromID(id): trả về một Effect có ID là id

3.5.4.Quản lý AnimatedMesh

Hình 14. Biểu đồ lớp AnimatedMesh và AnimatedMeshBank

AnimatedMesh là một loại mesh có sẵn các chuyển động, để tạo ra được loại

mesh này ta dùng hai kỹ thuật: key-frame và skinning. Lớp AnimatedMesh sẽ được

thừa kế từ 2 lớp Key-frame và skinning. Để có thể tương tác được với các mesh có sẵn

chuyển động này thì ta sẽ phải quản lí các thông tin sau:

 Lớp AnimatedMesh

Các thuộc tính:

- vertexArray: chứa vị trí các đỉnh của mesh tại một thời điểm phụ thuộc vào hàm

tính nội suy

- numVertice: số lượng đỉnh cho một mesh

- coorPerVer: số chiều của đỉnh (thông thường là 3: x,y,z)

- normalArray: chứa thông tin về normal

- numNormals: số lượng các normal có trong mảng

20

- coorPerNor: số chiều của normal

- texCoordArray: mảng chứa các textcoordinate (tọa độ texture)

- numTexcoords: số lượng texcoordinate có trong mảng

- coorPerTex: số chiều của texcoordinate

- user: số lượng tham chiếu đang chiếu tới mesh (đang sử dụng mesh)

Các phương thức:

- interpolate(factor): hàm tính nội suy theo factor, hàm này sẽ gọi các phương

thức nội suy ở lớp Key-frame và skinning để lấy ra các đỉnh, normal, … của

mesh tại một thời điểm.

- getUser(): trả về số lượng đang tham chiếu tới mesh (đang sử dụng nó)

- setUser(): khi một đối tượng nào đó sử dụng mesh thì tăng user lên

- delUser(): khi một đối tượng không sử dụng mesh nữa thì sẽ giảm số lượng

tham chiếu tới mesh đó đi. Khi user=0 tức là không có tham chiếu nào tới nó

 Lớp AnimatedMeshBank : cũng được quản lí như trong lớp MeshBank

3.5.5.Quản lý Material

Hình 15. Biểu đồ lớp Material

21

Material là vật liệu, chất liệu được phủ lên các đối tượng, phục vụ cho việc tính

toán ánh sáng. Quản lí material có các thông tin sau:

 Lớp Material

Các thuộc tính:

-

Illum: loại mô hình chiếu sáng: Phong, Lambert, Blinn …

Ka: màu ambient của vật liệu

Kd: màu diffuse của vật liệu

Ks: màu specular của vật liệu

Tf: màu của vật liệu

Ni: hệ số bóng của vật liệu

Các phương thức:

-

loadFromMtl(fileName: String): lấy thông tin về material từ file .mtl

Các phương thức khác để set, và get các thuộc tính

22