Nghiên cứu và xây dựng thử nghiệm với 3d engine

Nghiên cứu và xây dựng thử nghiệm với 3d engine

TÀI LIỆU THAM KHẢO directX 9.0 sdk Update Summer 2004, Microsoft, 2004. Jake Simpsom. Game Engines Anatomy 101, April 12, 2002. Bendik Stang, Game Engines, IMMDTU, 2003. David H. Rberrly, 3D Game Engine Design, Morrgan Kaufinann Publisshers, 2003. Wolfgang F.Engel, Shader X2: Introductions & Tutorials with DirectX9. Wolfgang Publishing, Inc,2004. Wolfgang F. Engel, Shader X: shader programming tips anh tricks with DirectX9, Wordware Publishing, Inc, 2004. Lris Gray, DirectX9 Programmable Graphics Pipeline. Microsoft Press, 2003. William Ford, William Topp, Data Structures with C++ Using STL Second Editor, Prentice Hall, 2002. Jim Adams, Advanced Animation with DirectX, Premier press Game Development, 2003.3  Evan Phipho, Focus on 3D Models, Premier Press Fame Development, 2003. Jim Adams, Programming Role Playing Game With DirextX. Premier Press Game Development, 2002. maco monster, Doom3 Models, September, 2004. website: http://www.obrazstudio.com/gaudio/ website: http://www.novodex.com Website: http://sourceforge.net/ website: http://www.Gane dev.net. Website: flipcode.org. Website: www.doom3word.org website: www.ati.com Website: www.nvidia.com4 CH ƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ NƠI THỰC TẬPTrường trung học phổ thông Kỹ Thuật Việt Trì được thành lập ngày 03/7/2003. Là một trường nằm trong hệ thống các trường trung học phổ thông công lập tỉnh Phú Thọ. Những ngày thành lập trường mới có 18 cán bộ giáo viên công nhân viên với 180 học sinh, sau gần 4 năm đội ngũ cán bộ giáo viên công nhân viên của nhà trường đã phát triển mạnh mẽ về số lượng và chất lượng, năm 2007-2008 trường có 44 cán hộ giáo viên công nhân viên với gần 500 học sinhQua hai năm học 2006-2007, 2007-2008, trường có 12 lớp ( bao gồm 04 lớp khối 10, 04 lớp khối 11, 04 lớp khối 12). Tuy có nhiều khó khăn nhưng nhà trường đã tổ chức tốt việc dạy và học. Kết quả có 12 học sinh giỏi cấp tỉnh các môn: ngữ văn, hoá học, vật lý lịch sử,. Tin học.Được sự quan tâm của tỉnh uỷ hội đồng nhân dân tỉnh ,UBND tỉnh Phú Thọ của sở Giáo Dục Đào Tạo trường được cấp vốn xây dựng đợt một, dự kiến học kỳ hai năm học 2008-2009 sẽ có một ngôi trường công lập với quy mô 30 lớp hiện đại khang trang nhất trong cả nước tại thôn Thậm Thình xã Vân Phú. Thực hiện chương trình thí đua thay đổi nội dung, phương pháp giảng dạy tiên tiến của khối trung học phổ thông. Đáp ứng nhu cầu học tập ngày càng cao của học sinh khu vực phía bắc thành phố Việt Trì và các xã lân cận thuộc huyện Phù Ninh, Lâm ThaoLà một trường vừa dạy chương trình văn hoá phổ thông vừa dạy nghề với mục đích học sinh ra trường vừa có bằng trung học phổ thông hệ chính quy vừa có bằng tay nghề bậc 2/7. vì thế chương trình dạy nghề rất nhiều mà công nghệ thông tin là một trong những nghề được học sinh yêu thích và đăng ký nhiều nhấtChương trình đào tạo nghề như sau: lớp 10: 4 tiết /1 tuần.lớp 11: 8 tiết /1 tuần.Lớp 12: 5,5 tiết/1 tuần.5 Vì sau khi ra trường học sinh chỉ nhận bằng tay nghề bậc 2/7, trong khi đó các công ty, các cơ sở tuyển dụng yêu cầu với tay nghề bậc 3/7 vì thế, nhà trường đã liên kết với các trường và trung tâm dạy nghề. Đào tạo tiếp các em có nhu cầu sau khi tốt nghiệp cần học thêm để lấy tay nghề cao hơn phục vụ cho công việc sau này.6 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI THỰC TẬP2.1. Lý do chọn đề tài: “nghiên cứu và xây dựng thử nghiệm với 3d engine”Ngày nay, các sản phẩm giải trí mà đặc biệt là game đã mang lại một nguồn lợi nhuận to lớn cho ngành công nghiệp máy tính. Do nhu cầu của thị trường tăng nhanh, các game ngày càng có chất lượng cao và thời gian xây dựng ngày càng được rút ngắn. Các game 3d trên thị trường hiện nay rất đa dạng về nội dung và chủng loại nhưng cùng có điểm chung là xây dựng trên các game engine. Chất lượng của game sẽ phụ thuộc vào chất lượng của game engine mà nó sử dụng.Game engine chính là phần cốt lõi để xây dựng game hiện nay và 3d engine chính là phần quan trọng nhất của game engine. Việc sử dụng game engine để xây sựng game là một xu thế tất yếu để có những game chất lượng cao trong thời gian ngắn. Tiếc thay. Hiện nay ở nước ta việc xây dựng game 3d cũng như game engine vẫn còn là điều mới mẻ. Chính vì vậy, em thực hiện đề tài “ nghiên cứu và xây dựng thử nghiệm 3d engine” với mong muốn góp vào những viên gạch đầu tiên để xây dựng nên ngành công nghiệp game của nước nhà trong tương lai.Thực hiện đề tài này em muốn giới thiệu với các thầy cô giáo trong trường trung học phổ thông kỹ thuật việt trì, cũng như các em học sinh một công nghệ làm game 3d mới. Em hi vọng rằng sau khi xem song đề tài này những em học sinh trong trường sẽ có một cách nhìn khác về lập trình game và biết đâu trong số những học sinh đó sẽ trở thành lập trình game chuyên nghiệp trong tương lai, đưa game việt nam có một vị trí tương đối trong làng game thế giới.2.2. L ịch sử phát triển game engine Game engine', thuật ngữ đã trở nên quá quen thuộc đối với những người mê game trong những năm gần đây, là một thành phần tối quan trọng không thể thiếu trong việc phát triển trò chơi ngày nay.Với cấu trúc cồng kềnh và ngày càng trở nên tinh vi của các 7 trò chơi, nếu không có sự hỗ trợ của game engine, các nhà phát triển lẫn phát hành thường sẽ phải đối mặt với những thử thách nguy hiểm: thời gian phát triển game kéo dài, chi phí tăng vọt, chưa kể các rắc rối phát sinh. Một ví dụ đơn cử: khi gas powered games thực hiện dungeon siege (ra mắt năm 2002), họ không có trong tay một game engine nào cả và để thực hiện được trò chơi này, mọi thứ (kể cả việc xây dựng engine cho game) phải làm từ đầu, kết quả là hãng phát triển game của chris taylor phải mất ròng rã ba năm để hoàn tất trò chơi. Trong khi đó, firaxis chỉ cần thuê engine gamebryo và họ tốn chưa tới hai năm để hoàn thành sid meier’s pirates.Theo từ điển bách khoa toàn thư wikipedia, game engine là một bộ công cụ phần mềm, tập hợp của nhiều yếu tố như: cơ chế dựng hình (2d hoặc 3d), hệ thống vật lý, ai, âm thanh . Cho phép trò chơi chạy trên nhiều nền tảng khác nhau, với việc sử dụng được đơn giản hóa, tiết kiệm chi phí.Vào đầu thập niên 90 (và trước đó nữa), việc thực hiện trò chơi rất dễ dàng, mau chóng bởi yêu cầu về hình họa và lối chơi vô cùng giản đơn. Cũng chính vì quá đơn giản, nên phần lớn những nhà phát triển game thời bấy giờ chưa có được một khái niệm hay định hình về “game engine”. Tại sao phải phức tạp hóa một dự án game vốn chỉ cần vài người đảm trách cùng lúc nhiều vai trò khác nhau? Trò chơi nhập vai lừng danh một thuở của interplay, stonekeep, là điển hình của sự tư duy kiểu cũ này. Theo dự tính, game chỉ cần 9 tháng là hoàn thành, với ngân quỹ vào khoảng 50.000 usd và chỉ mất có . Hai người để thực hiện.Tuy nhiên, không ai ngờ tới khi công nghệ máy tính đột ngột chuyển mình mạnh mẽ trong giai đoạn 1992-1995, thị hiếu thị trường cũng thay đổi theo và điều tất yếu là sự phức tạp trong việc phát triển trò chơi tăng nhanh khó đoán. Stonekeep, một “nạn nhân” của việc không phòng bị trước – chỉ có độc mỗi engine đồ họa thô sơ, đã phải loay hoay nâng cấp dự án của mình: rót thêm 5 triệu usd kinh phí, nâng số nhân viên lên hơn 200 người và mất 5 năm mới ra mắt (vào năm 1995).Trong khi đó ở cùng thời điểm, id software với khả năng “nhìn 8 thấu tương lai” đã chuẩn bị trước cho mình một bộ công cụ tích hợp đủ tính năng, đáp ứng được nhu cầu thị trường lúc bấy giờ là wolfenstein 3d engine, và lẽ tất yếu thành công không nằm quá tầm tay họ. Điều quan trọng nhất thời điểm đó là id software đã đặt nền tảng cho khái niệm một “game engine” đúng nghĩa: tập hợp nhiều thành phần cần thiết cho việc xây dựng một trò chơi, giảm tải chi phí, thời gian và nhân lực phát sinh.Sau wolfenstein 3d (1992), một kỷ nguyên fps ra mắt, thúc đẩy thêm nhiều cải tiến vượt trội đối với game engine và bắt đầu lấn sân sang các thể loại game khác. Giờ đây, tuy có nhiều kiểu game engine khác nhau, nhưng tựu trung khi nhắc đến cụm từ này, người ta vẫn xem thể loại fps là một “biểu tượng” đặc trưng, thể hiện rõ nét nhất hai chữ: game engine.Song song với giai đoạn hoàn thiện bản thân, thì game engine còn được khai thác ở một khía cạnh khác là kinh tế. Chúng được thương mại hóa bằng cách cho thuê. Việc cho thuê này sẽ giúp người đi thuê tiết kiệm được chi phí và thời gian làm game: họ chỉ việc lấy engine đó về và “đắp da, đắp thịt” cho phần nội dung game (đồ họa, nhân vật, vũ khí và màn chơi) dựa trên khung sườn có sẵn. Với người cho thuê, có trong tay một số tiền sẽ giúp họ có kinh phí thực hiện các dự án khác hoặc nâng cấp cho engine hiện tại của mình. Một engine có thể cho nhiều hãng phát triển game thuê cùng lúc và tùy theo nhu cầu, nó có thể được chỉnh sửa. Giá cả thuê sẽ xê dịch khác nhau tùy theo chất lượng và tên tuổi của engine đó, chẳng hạn khi warcraft iii ra mắt thành công (2002), engine thực hiện game này đã được “hét giá” trên thị trường lúc đó vào khoảng . 4 triệu usd.Đi đầu và sớm nhất trong việc nắm bắt thị trường thuê game engine, có thể kể đến hai tên tuổi lẫy lừng: quake iii arena (id software) và unreal tournament (epic games). Cả hai gần như “thống trị” thị trường giai đoạn 1999 – 2002, phần lớn game ra mắt lúc đó thay phiên nhau sử dụng một trong hai engine này làm nền tảng. Khi half-life 2 ra mắt vào năm 2004, giới thiệu engine source đến với mọi người thì cả hai engine kia đã bước sang thế hệ thứ hai, và thị 9 trường giai đoạn 2004 – 2006 chứng kiến thế chân vạc phân chia giữa id software, epic games và valve corporation.Cuối thời điểm 2006, khi thế hệ console “next-gen” rộ lên thì cũng là lúc epic games đưa ra một quyết định táo bạo: tấn công vùng đất mới này! Kết quả là họ cho ra mắt engine unreal 3 – hỗ trợ nhiều công nghệ hiện đại, bao gồm cả directx 10, với sản phẩm đình đám gears of war (xbox 360). Thông qua cuộc bứt phá ngoạn mục này, epic đã bỏ rơi hai đối thủ đáng gờm lại phía sau một bước: valve thì vẫn giậm chân tại chỗ, không thêm thắt cải tiến, trong khi id software lật đật nghiên cứu và trình làng thế hệ engine mới (id tech 5), dù chưa có sản phẩm ứng dụng nào có mặt trên thị trường. Tính đến thời điểm này, hiện danh sách các game sử dụng engine unreal 3 đã vượt hơn con số 60 và sẽ còn tiếp tục được thêm vào, bỏ xa source ở vị trí thứ nhì (tầm 30 game) và rất, rất xa so với engine doom 3 (id tech 4) chỉ chưa đầy chục game ứng dụng.2.3. Các công cụ thiết kế game engine2.3.1. Engine unreal 3Để đạt đến thành công như ngày hôm nay, engine unreal 3 phải có trong người “võ công” thuộc hàng thượng thừa trong giới. Theo tương truyền thì unreal 3 có tới . 17 bí kíp võ công khác nhau, nhưng tựu trung lại thì hướng vào ba ý chủ đạo, đó là:- thiết kế mô hình hướng đối tượng với ngôn ngữ c++ làm nền, dễ dàng làm việc trên các hệ điều hành khác nhau, ở bất cứ nơi đâu.- người sử dụng sẽ là đối tượng được phục vụ chính, với nhiều bộ công cụ và tiện ích hỗ trợ mạnh mẽ, có thể làm được bất cứ gì dựa trên ý tưởng sáng tạo của mình.- có thể được sử dụng để phát triển game trên nhiều hệ máy khác nhau, dễ nâng cấp, thêm thắt các đoạn mã, plug-in khác nhau.Những tính năng đáng chú ý của unreal 3 scripting (lập trình mã)Unreal 3 sử dụng bộ mã riêng của mình để lập trình có tên là unrealscript. Bộ mã này được xem là gần gũi do được viết trên ngôn ngữ c++, dễ dàng tương thích với các bộ mã nguồn khác nhau. Có 10 thể tương tác với trình unrealed có sẵn để tạo nên lối chơi, thiết kế màn chơi của game một cách dễ dàng.Ngoài ra, công cụ visual ai scripting tool còn giúp cho lập trình viên rất nhiều trong việc thiết kế nhiệm vụ, các sự kiện đặc biệt trong game và trí thông minh của máy .Physics (các hiệu ứng vật lý)Engine hỗ trợ 4 cơ chế vật lý là basic physics (hiệu ứng vật lý cơ bản), collision detection (phụ trách mảng va chạm, cháy nổ sẽ xảy ra trong game), rigid body (vật lý từng phần, phụ trách các hiệu ứng như rag-doll, tháo rời từng mảnh .) và vehicle physics (tương tác giữa nhân vật và các phương tiện cơ giới khác, a.i .)Lighting (hiệu ứng ánh sáng)Hỗ trợ các cơ chế thời thượng nhất hiện nay như: per-vertex, per-pixel, volumetric, lightmapping, gloss maps và anisotropic .Shadows (hiệu ứng đổ bóng)Hỗ trợ ba cơ chế shadow mapping, projected planar và shadow volume với chất lượng ở mức cao nhất. Người lập trình có thể sử dụng những bộ công cụ riêng biệt của các hãng thứ ba để kết hợp với những hiệu ứng có sẵn, tạo ra những hiệu ứng đặc sắc khác.Texturing (vân bề mặt)Hỗ trợ hầu hết các cơ chế phủ vân bề mặt tiên tiến như basic, multi-texturing, bumpmapping (tạo hiệu ứng bề mặt sần sùi), mipmapping, volumetric, projected, procedural.Shaders (tô bóng)Hỗ trợ các cơ chế như vertex, pixel, high level với độ tích hợp cao.Scene management (dựng và quản lý cảnh)dựng cảnh, môi trường ngoài trời hay trong nhà, được hỗ trợ tốt với đầy đủ các hiệu ứng ánh sáng, đổ bóng nhờ những bộ công cụ general, bsp, portals và lod.Animation (chuyển động vật thể)11 Với các cơ chế inverse kinematics, keyframe animation, skeletal animation, facial animation, animation blending. Đặc biệt, cơ chế dựng skeletal animation (chuyển động khung xương) được hỗ trợ tốt với bốn khớp xương được thể hiện trong một vertex (đỉnh). Ngoài ra, engine còn tương thích với nhiều chương trình dựng hình nổi tiếng như 3d studio max, maya .Meshes (mô hình lưới)Để dựng được một mô hình, bạn phải bắt đầu từ việc vẽ các điểm ảnh, sau đó nối các điểm ảnh này với nhau để tạo thành những mắt lưới. Càng nhiều mắt lưới thì mô hình càng chi tiết. Unreal 3 hỗ trợ các hiệu ứng như mesh loading, skinning, progressive, tessellation, deformation.Các mô hình thường được dựng trên hai lớp lưới: đó là realtime mesh (mô hình lưới thực), với hàng ngàn đa giác ảnh trên đó và detail mesh (mô hình lưới chi tiết) với hàng triệu đa giác.Các hiệu ứng đặc biệtTập trung đủ các hiệu ứng thời thượng hiện nay như environment mapping, lens flares, billboarding, particle system, depth of field (tạo hiệu ứng chiều sâu tầm nhìn), motion blur (hiệu ứng nhòe hình khi vật chuyển động), sky, water, fire, explosion, decals (vết đạn dính trên vật thể), fog, weather, mirror (gương).Terrain (địa hình)Người sử dụng có thể dựng địa hình với nhiều lớp (layer) riêng biệt được xếp lên nhau, dễ dàng tạo nên những khung cảnh, môi trường rộng lớn với độ chi tiết cao. Ngoài ra, engine còn cho phép thêm các hiệu ứng thời tiết, mùa màng vào địa hình như: cỏ cây, hoa lá dính trên đá, cánh đồng tuyết trắng xóa .Hệ thống mạngHỗ trợ trên nhiều hệ máy, nhiều hệ điều hành với số lượng người chơi ở mức 64. Dễ dàng cho người dùng chỉnh sửa và thêm thắt nhiều tiện ích khác nhau cho mục chơi mạng của game.Âm thanh12 [...]... trên của một game engine đòi hỏi một lượng lớn thời gian cũng như công sức và đôi khi đòi hỏi nhiều kỹ thuật và kiến thức của nhiều lĩnh vực khác nhau 3d engine bao gồm một tập các hệ thống trong game engine nhằm giải quyết các vấn đề chính của đồ hoạ 3d engine nên em tập trung vào xây dựng hệ thống hiển thị và hệ thống quản lý tập tin Do 3d engine là một thành phần đặc trưng của game engine nên chúng... hiểu về 3d engine thông qua việc tìm hiểu về game engine 4.1.2 Mối quan hệ giữa game engine và game 20 Game engine chính là thành phần cốt lõi làm nền móng xây dựng nên game Sự khác biệt giữa game engine và bản thân game tương tự như sự khác biệt giữa động cơ và chiếc xe Chúng ta có thể đem động cơ ra khỏi xe, chỉnh sửa và dùng lại Một game engine có thể được xem như là một phần không phụ thuộc vào game,... game engine này thường được sử dụng trong các Game chiến lược ( strategy ) và trong các thể loại game nhập vai ( rpg: role game play genre) Một số game được xây dựng trên isometric engine có thể kể đến như baldur’s gate 2, diablo 2 và warlords battle cry 2 Isometric engine không phải là một game engine tốt cho việc xây dựng các game chuyên về đồ họa 3d engine mà chỉ có một số chức năng 3d 21 4.1.5 3d. .. shooter ) engine Đây là game engine dùng nhiều nhất trong các 3d game hiện nay Với sự phát triển vượt bậc về công nghệ game trong vài thập niên gần đây thì người dùng mong muốn có những game bắt mắt nhất và loại game engine này đã đáp ứng được nhu cầu đó Một số trong rất nhiều game được xây dựng trên các 3d fps engine như: doom, quake Half life, counter strike, unreal, duke nuke’m, deusex, … 3d fps engine. .. lỏng, áo quần, và cáchiệu ứngkhác mà ta hiếm khi được tấy ở các 2d engine 4.1.6 mmog ( massive multiplayer online game ) engine Sự khác biệt chính giữa các game engine đã đề cập và mmog engine là game engine này dựa trên việc lập trình trên mạng và quản lý dữ liệu thông qua mạng Các game xây dựng dựa trên mmog engine thường chứa một cơ sở dữ liệu lớn và thực hiện trên một mạng phân tán và xử lý cho một... game được xây dựng trên mmog engine có thể kể đến như: ultima online ever ouest asheron’s call và anarchy online 4.1.7 Một số game engine hiện nay Ngày nay trên thế giới có rất nhiều game engine Mỗi game engine được tạo ra với những mục đích, đặc tính và độ phứctạp khác nhau và do đó sẽ rất khó khăn cho người dùng trong việc chọn ra một game engine cho chính mình sử dụng Hầu hết các game engine ngày... đã tạo ra những thay đổi lớn lao trong các engine xây dựng thực tại ảo Các game engine này thông thường còn kèm theo các công cụ để tạo ra các sản phẩm mang tính nghệ thuật và tương tác cao Các ứng dụng tạo ra các mô hình 3d nổi tiếng như 3dsmax, maya và softimage đều có thể kết xuất (export) kết quả vào các game engine này Các đặc trưng cơ bản của các game engine này là nó hỗ trợ nhiều chức năng như... tại Cạnh tranh với engine unreal 3 hiện nay trong thể loại fps là vô số các engine của nhiều game khác nhau Tuy nhiên, để được gọi là bộ engine “hoàn chỉnh” – tích hợp đầy đủ tính năng như unreal 3 thì chỉ đếm được vài con số trên đầu ngón tay Có thể kể vài engine tiêu biểu như: 2.3.2 Source engine Ra đời vào 10/2004, được phát triển bởi valve corporation dựa trên engine goldsrc cũ (engine này được... niệm về 3d engine hay physic engine là để ám chỉ các bộ thư viện con của game engine Thông thường 1 hãng game khó lòng sản xuất được 1 game engine có toàn bộ tất cả tính năng ( 3d, sound, vật lý v.v ) nên họ thường mua lại các thư viện sẳn có của hãng thứ 3 ( ví dụ unreal engine mua thư viện vật lý novodex để hỗ trợ tính năng vật lý cho unreal game 19 engine ) Nói cách khác 3d engine hay physic engine. .. thay đổi độc lập với game mà không làm thay đổi cấu trúc logic của game 4.1.3 4.1.4 Phân loại game engine isometric engine Đây là game engine dùng trong các trò chơi 2d Các game engine này hiện nay có một số phần là 2d nhưng một số phần là 3d và có thể trong thời gian sắp đến sẽ chuyển hẳn sang 3d Lý do chính của việc chuyển đổi sang 3d là để tận dụng các tính năng về ánh sáng (light ) và đổ bóng (shadơ . việc xây dựng game 3d cũng như game engine vẫn còn là điều mới mẻ. Chính vì vậy, em thực hiện đề tài “ nghiên cứu và xây dựng thử nghiệm 3d engine với. GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI THỰC TẬP2.1. Lý do chọn đề tài: nghiên cứu và xây dựng thử nghiệm với 3d engine Ngày nay, các sản phẩm giải trí mà đặc biệt là game