spelutveckling med .net

Spelutveckling Spelutveckling med .NETmed .NET

Johan Lindfors

AgendaAgenda Introduktion till DirectX och Direct3D

◦Komponenter◦Grafik

DirectX SDK och Visual Studio◦Visual Studio 2005 Express?

XNA◦XNA Framework◦XNA GameStudio Express

Vad är DirectX?◦En grupp av tekniker som erbjuder

multimedafunktioner till Windows-applikationer

◦En samling komponenter◦API oberoende av hårdvara

Grafik◦Direct3D – 3D grafik◦DirectDraw – 2D grafik

Ljud◦DirectSound

Inspelning och uppspelning Mixning i realtid “Surround” och positionering i 3D Filter och effekter (reverb, dist osv)

◦DirectMusic

DirectInput◦Hanterar inmatning med kontroller◦Tangentbord, joysticks, möss osv.◦Stöd för “Force Feedback”

DirectPlay◦Protokoll-oberoende nätverksmöjligheter◦Fungerar med NAT och brandväggar

DirectShow◦“Streaming media”◦Video

“Managed DirectX” “High Level Shader Language” API för animationer Förbättrat 2D stöd

◦Interoperabilitet med GDI En massa annat

Komponenter◦DirectX grafik

2D – DirectDraw 3D – Direct3D

◦DirectSound◦DirectInput◦DirectPlay◦AudioVideoPlayback

Enklare hantering av ljud och video Alla funktioner och “features”

Bättre prestanda◦Eliminerar flaskhalsar med COM

interoperabilitet◦Prestandan ligger i paritet med ren C++

Enklare utveckling◦Färre rader kod◦”Ingen” minneshantering◦Kraftfull debuggning med Visual Studio

Fördelar med MDXFördelar med MDX

Koordinatsystemet◦Vänsterhänt◦Högerhänt (OBS standard i XNA)

Nästan allting konstrueras av trianglar En modell (kallas för Mesh) är en

geometrisk struktur av trianglarY

Z

X

Grundläggande 3DGrundläggande 3D

Vektorer (Vector3)◦Används för att definera punkter, riktningar,

avstånd Matriser

◦Matrix = 4x4 matris◦Används för transformationer

Quaternion◦Används för rotationer

3D matematik3D matematik

””Rendering Pipeline”Rendering Pipeline” Applikation

◦Logik som är specifik för applikationen Geometri

◦Definerar hur “världen” ser ut◦Operationer på polygoner

Rasterisering◦Tilldelar färger till pixlar på skärmen◦Operationer på pixlar

Initialisera

Hanterainmatning

Uppdateravariabler

Uppdateraskärm

Städa upp

Starta Direct3D◦Initialisera objekt◦“RestoreDeviceObjects”

“Main Loop”◦Uppdatera◦Rita◦Repetera

Städa upp

Anatomin av en 3D-Anatomin av en 3D-applikationapplikation

Vilken är den optimala loopen?

Videominne◦Vertexdata, texturer, osv.

3D kort har mer och mer tagit över geometriska operationer

3D kort är mycket bättre på geometri än en vanlig CPU◦Specialiserade för vektor-matematik

Programmerbar “pipeline” ger nya möjligheter

3D kort3D kort

Exponerar funktionalitet från grafikkorten

Hanterar dubbel- och trippel-buffring ”Hardware”

◦Erbjuder bara existerande förmågor ”Reference”

◦Enbart implementera i mjukvara◦Erbjuder alla förmågor◦Betydligt lägre prestanda

Objektet ”device”Objektet ”device”

Skapa en device och rensa ytan

Enkla◦PointList◦LineList◦LineStrip

Lite mer avancerade◦TriangleList◦TriangleStrip◦TriangleFan

v1

v2

v3v4

v5

v6

v1

v2

v3

v4

v5

v1

v2

v3

v4

v5

Primitiva typerPrimitiva typer

Rita något på skärmen

En vertex är mer omfattande än en punkt Vanliga vertex-format (CustomVertex)

◦Transformed - X och Y för skärm◦TransformedColored - ovanstående och färg◦PositionOnly - X, Y och Z◦PositionColored - ovanstående och färg

Kan också innehålla◦Normal för exempelvis ljussättning◦Tu och Tv koordinater för texturer

Lagras ofta i en ”VertexBuffer”

Mer om vertexMer om vertex

Effektivare buffert av vertex◦Kan lagra vertex i GPU-minnet◦Kan kombineras med en uppsättning index

IndexBuffer◦Vektor med int eller short◦Kan snåla med minnet (med begränsningar)

VertexBufferVertexBuffer

Använda Vertex- och Index-bufferts

“View Transform”◦Positionerar kameran◦Kontrollerar kamerans riktning◦Beskriver vad som är uppåt

“Projection Transform”◦Kontrollerar kamerans lins◦Hur mycket och hur långt ska vi se

TransformationerTransformationer

“World Transform”◦Positionerar en modell i förhållande till andra

Förflyttning◦Matrix.Translation(…)

Rotation◦Matrix.RotationX(…)◦Matrix.RotationYawPitchRoll(…)

Skalning◦Matrix.Scaling(…)

TransformationerTransformationer

Skapa en kamera

(0,0)

(1,1)

(1,0) (1,0) (1,1)

(0,1)(0,0)

Texturer◦”Mappa” en bild mot en triangel◦En bild har bara 2 dimensioner◦Tu och Tv koordinater

Direct3D hanterar transformationer

TexturerTexturer

Använda texturer

Olika typer av ljus◦Ambient – Lika mycket ljus överallt◦Direction – solen◦Point – lampa◦Spot – ficklampa

Attribut på ljus◦Position, riktning, räckvidd och avmattning◦”Diffuse”, ”ambient”, ”Specular”

LjussättningLjussättning

Material och skuggorMaterial och skuggor Material reflekterar ljus

◦ ”Diffuse” reflektion◦ ”Ambient” reflektion◦ ”Specular” reflektion och styrka◦ ”Emission” – material verkar skina utan ljus

Skuggor◦ Flat – hela polygonen får samma nyans◦ Gouraud – interpolering mellan vertex

Normalen är viktig!!!

Varde ljus!

Modeller och objekt◦ Skapas sällan av programmerare

Flertal verktyg◦ 3D Studio Max, Maya, Softimage◦ Blender, Milkshape3D

Olika filformat◦ .X är vanligt för DirectX◦ Funktionalitet finns i D3DX

Mesh

Avancerade objektAvancerade objekt

MeshesMeshes Vad behövs för att rita en Mesh

◦ Ladda data Information om vertex och index Material och texturer

◦ Uppdatera postition◦ Rita

Anropa DrawSubset(…) för varje material

Djup med z-buffer◦ Sparar värde på djup för varje pixel◦ Jämförs för att hantera perspektiv

”Stencil buffer”◦ Kan användas för skuggor

Andra buffertsAndra bufferts

Avancerade objekt

Animerade meshes◦“Key Frame animation”◦“Skinned Meshes”

Animations-API för att förenkla◦Har stöd för interpolering mellan “frames”◦Blanda animationer

AnimationerAnimationer

Animationer

Text ”Fog” 2D och 3D tillsammans ”Skybox” ”AlphaBlending” Generera terränger Rita i fullskärm Flera skärmar samtidigt (backspegel)

Andra sakerAndra saker

Andra saker…

Introducerades i DirectX 8 Ger flexibilitet och prestanda Vertex Shader

◦ Jobbar med en vertex åt gången◦ Kan inte lägga till nya vertex

Pixel Shader◦ Jobbar med en pixel åt gången◦ Kan inte lägga till pixlar

””Programmable Pipeline”Programmable Pipeline”

””Vertex Shader”Vertex Shader” Kan skapa effekter som inte setts tidigare

◦ Simulering av kläder◦ Avancerad animation◦ Ansiktsrörelser och talsynkronisering◦ Linseffekter

Verktyg finns◦ Nvidia

Endast en vertex åt gången◦ Kan inte lägga till nya vertex

””Pixel Shader”Pixel Shader” Förändra det som slutligen ritas, per

pixel◦ Ljussättning◦ Skuggor◦ Serieboks utseende

Jobbar med en pixel åt gången◦ Kan inte lägga till nya pixlar

EffektfilerEffektfiler Uppdelade i tre delar Variabel deklarationer

◦ Texturer, matriser, parametrar Tekniker och passager

◦ Tekniker kan delas upp för hantering av olika typer av hårdvara

Funktioner◦ Kod som skrivs i exempelvis HLSL

Effekter och HLSL

DirectInput och numera även XInput Olika enheter

◦ Tangentbord◦ Möss◦ Gamepads och andra kontroller

Relativt enkel hantering◦ Initiera◦ Läs av◦ Agera

Hantera inmatningHantera inmatning

Hantera inmatning

DirectSound◦ Kan använd as för ljudeffekter och musik◦ Hårdvarukontrollerade bufferts

Flexibilitet◦ Positionera ljud i 3D-rymden◦ Lägg till effekter, reverb, eko osv…

Ljud och musikLjud och musik

Ljud och musik

Exempel Tutorials

◦ Bra att börja med◦ Men det finns bättre på nätet

Sample Framework◦ Ett ramverk som utgångspunkt

Verktyg

DirectX SDKDirectX SDK

Hur används Sample Framework?

PIX◦ Kan användas för att analysera applikationen

XACT◦ Verktyg för konstruktion av ljud och

sekvenser DXViewer

◦ Öppna och analysera .X-filer (även .FX) Texture tool

◦ För att skapa och editera texturer

Några verktyg i DirectX Några verktyg i DirectX SDKSDK

33ms… klockan tickar snabbt!◦Den mesta tiden spenderas ritandes◦Hitta ställan att förberäkna värden istället

för beräkningar varje “frame” Minneshantering

◦Trådhantering◦Boxing/unboxing◦Släpp objekt

Tänk på prestandanTänk på prestandan

XNA Game Studio ExpressXNA Game Studio Express Ge ”communityn” möjlighet att skapa

mjukvara för◦ Windows◦ Xbox 360

XNA Game Studio XNA Game Studio ExpressExpress

XNA FrameworkXNA Framework

Skikten i XNA Framework

Plattformen

“CoreFramework”

“ExtendedFramework”

Spel

XACT XINPUT XContentDirect3D

Graphics Audio Input Math Storage

“Application Model” “Content Pipeline”

Starter Kits Kod Innehåll Komponenter

Legend XNA erbjuder Du erbjuder “Community”

Kom snabbt upp ”på banan”◦ Första raden kod du skriver är för ditt spel!

Abstraktion av plattformen◦ Vilken är den bästa designen av loopen?◦ Hur skapar jag och hanterar mitt ”Window”?◦ Hur följer jag alla rekommendationer för

plattformen? Game

◦ Bastypen för alla dina spel◦ Händelser som “Load”, “Update” och “Draw”

PlatformPlatform

CoreCoreFrameworkFramework

ExtendedExtendedFrameworkFramework

GamesGames

XACTXACT XINPUTXINPUT XContentXContentDirect3DDirect3D

GraphicsGraphics AudioAudio InputInput MathMath StorageStorage

Application ModelApplication Model Content PipelineContent Pipeline

Starter KitsStarter Kits CodeCode ConteContenntt

Comps

““Application Model”Application Model”

PlatformPlatform



GamesGames





Comps

““Application Model”Application Model” GameComponent

◦ Bastypen för alla XNA-komponenter◦ Författaren skriver ”Load”, ”Update” och

”Draw”◦ Kan hitta och interagera med andra

komponenter Game.GameComponents

◦ Hanteras vid exekvering av spelet◦ Fullt ”design-time”-stöd i IDE

PlatformPlatform



GamesGames





Comps

Byggt på Direct3D 9 Uppdaterat API som följer riktlinjer

för .NET◦ Effects◦ Resources◦ Lock/Unlock◦ Vertex streams

Provided resources◦ Mesh ◦ Texture◦ Effects and shaders

GrafikGrafik

Effekter i MDX 2.0Effekter i MDX 2.0

……och lite tilloch lite till

Effekter i XNA FrameworkEffekter i XNA Framework

PlatformPlatform



GamesGames





Comps

Skillnader mot MDXSkillnader mot MDX “Programmable pipeline”

◦ Inget stöd för “fixed-function”◦ Inga ljus, material, transformationer, FVF

Inget stöd för D3DX mesh◦ “C ontent pipeline” hanterar import av .X-filer

Vi kommer att bidra med guide för migrering◦ MDX 1.1 till XNA◦ “Fixed function” till “programmable”-pipeline

PlatformPlatform



GamesGames





Comps

LjudLjud Bygg dina ljudresurser med XACT

verktyget◦ Lägg till ljud◦ Justera egenskaper◦ Bygg “ljudbanker”

Enklare integration för utvecklare◦ Åtkomst till ljud via logiska namn◦ Loopar, strömmar och minneshantering◦ Ingen lågnivå-hantering av bufferts

PlatformPlatform



GamesGames





Comps

InmatningInmatning ”Immediate mode” modell för

programmering◦ Ingen initiering◦ Ingen hantering av tillstånd

Erbjuder◦ Xbox 360 kontroller◦ Tangentbord◦ Möss (men bara för Windows)

PlatformPlatform



GamesGames





Comps

LagringLagring “StorageContainer” agerar som ett

virtuellt filsystem◦ Filer lagras på korrekt plats på varje

plattform◦ Stöd för flera lagringsenheter och profiler

på Xbox 360

Strömbaserad integration med System.IO

PlatformPlatform



GamesGames





Comps

Vector, Matrix, Quaternion, Plane, AABB, Sphere, Ray, Frustum, Curve

Högerhänt som grundinställning Enkelt integration Tester för snitt Hjälpklasser för förflyttning

MatematikMatematik

Projektmallar för Xbox 360 spel Installera på konsol med F5 “Remote debugging”

◦ “Breakpoints”◦ “Watches”◦ “Debug and Trace” till PC’n

Men inte…◦ “Edit and Continue”◦ Visualiserare för debuggning

PlatformPlatform



GamesGames





Comps

Utveckling för Xbox 360Utveckling för Xbox 360

PlatformPlatform



GamesGames





Comps

””Starter Kits”Starter Kits” Kompletta, fungerade spel

◦ Använd som utgångspunkt för dina egna spel◦ Åtkomst via ”New Project…”◦ Tryck på F5 och börja spela◦ Dokumentation och ”tutorials”

Tillgänglighet◦ 2 kommer att inkluderas i XNA Game Studio

Express◦ Nya ”kits” planeras att släppas regelbundet

efter lansering

Tips på böckerTips på böcker Managed DirectX Shaders Modellering Tips och tricks

Andra resurserAndra resurser Forum

◦ www.gamedev.se◦ www.gamedev.net◦ www.flipcode.net◦ www.psionic3d.co.uk

Microsoft◦ msdn.microsoft.com/

forums◦ msdn.microsoft.com/

directx◦ msdn.microsoft.com/xna

◦ www.devmaster.net◦ www.thezbuffer.net◦ www.animate.se

Nvidia◦ developer.nvidia.com

[email protected]/johanl

spelutveckling med .net

Documents

r specifik

mesh r

vertexen vertex r

d stdinteroperabilitet

d grafikdirectdraw

d kortvideominnevertexdata

punktvanliga vertex

begrnsningaranvnda vertex