Vấn đề
Qui trình xử lý game của chúng em gồm 3 bước chính là Update, Render và Draw. Trong đó, Draw là quá trình tiêu tốn nhiều thời gian nhất do phải thao tác với thiết bị để vẽ lên màn hình. Hơn nữa, màn hình có độ phần giải càng lớn thì quá trình này càng lâu do phải vẽ càng nhiều pixel. Tốc độ càng trở nên chậm hơn nữa với độ phân giải 480x640 mà chúng em đã chọn. Do đó, tìm ra một giải pháp để giới hạn những vùng cần được vẽ lại là một trong những giải pháp hữu hiệu để làm tốc độ vẽ hình nhanh hơn nữa.
Giải pháp
Trong hầu hết các game, nếu như ảnh nền không thay đổi thì sự khác biệt giữa những khung hình liên tiếp nhau thường không chiếm hết màn hình mà nó chỉ là một phần nhỏ trên màn hình. Hay nói cách khác không phải phần nào trên màn hình cũng thay đổi cần phải vẽ lại mà chỉ có một phần nhỏ trên màn hình là phải được cập nhật và vẽ lại. Hơn nữa, những vùng cần vẽ lại có thể được xác định sau quá trình Render.
Dựa trên khái niệm Invalidate trong Windows Form, chúng em lồng ghép thêm một bước là khi vẽ các hình ảnh vào vùng đệm thì ghi nhận lại những vùng cần vẽ. Điều này giúp hạn chế việc vẽ lại toàn màn hình sau mỗi chu kỳ xử lý game.
Kết luận
Với giải pháp ghi nhận lại những vùng cần vẽ lên màn hình, tốc độ vẽ của game đã được tăng lên đáng kể.
4.9. Xây dựng hình ảnh các đối tượng trong game
Vấn đề
Một game dàn trận thông thường cần có những đối tượng đồ họa cần được thể hiện như nhà cửa, quân lính,... Vì thế, vấn đề là tìm ra cách dựng hình ảnh của các đối tượng lên màn hình nhanh chóng, phù hợp với môi trường thiết bị mobile nói riêng cũng như lập trình game nói chung.
Giải pháp
Hình ảnh một đối tượng có thể được tạo ra bằng nhiều cách:
Ghép các hình ảnh hình học đơn giản như đoạn thẳng, hình chữ nhật, hình tròn,... lại để tạo thành một đối tượng hình ảnh. Các hàm vẽ các hình học đơn giản đó hầu hết đều được các thư viện đồ họa hỗ trợ và tốc độ vẽ là khá nhanh. Tuy nhiên, tìm ra các giải thuật có thể tính toán tạo thành các hình ảnh đối tượng một cách chính xác là một vấn đề cực kỳ khó khăn. Tất nhiên ta vẫn có thể tạo thành các đối tượng đơn giản như nhà cửa (có thể được tạo
thành từ các đoạn thằng), con người (hình tròn và các đoạn thẳng),... hay phức tạp hơn như các hình ảnh Fractal nhưng liệu các hình ảnh tạo ra có đẹp hay không hay làm sao để tạo ra được các đối tượng phức tạp không hề có qui luật với thời gian tương đối nhanh là một vấn đề cực kỳ khó khăn.
Sử dụng hình ảnh các đối tượng được xây dựng sẵn bên ngoài để tạo hình ảnh trong game. Đây là cách làm phổ biến nhất và luôn được đề cập trong các tài liệu về lập trình game. Cách làm này giúp xây dựng nên các hình ảnh đẹp nhưng lại đơn giản hơn rất nhiều so với cách trên.
Lá dương xỉ vẽ bằng thuật toán vẽ hình Fractal
Ngôi nhà vẽ bằng các hình ảnh đồ họa đơn giản
Ngôi nhà sử dụng ảnh nhóm sử dụng phát triển game
Hình 4-30-So sánh giữa ảnh vẽ bằng 3 phương pháp
Kết luận
Chính vì những lý do đó, chúng em quyết định sử dụng các hình ảnh được xây dựng sẵn từ bên ngoài để tạo hình cho các đối tượng trong game. Với cách làm này, chúng em có thể tập trung vào xử lý các vấn đề trong lập trình game hơn là nghiên cứu các giải thuật vẽ hình cho từng đối tượng đơn thuần.
4.10. Tìm kiếm và xây dựng các hình ảnh cho game
Vấn đề
Một trong những giai đoạn quan trọng trong qui trình làm game là thiết kế và xây dựng hình ảnh, tài nguyên cho game. Từ những hình ảnh đối tượng trong game như nhà cửa, quân lính,... đến những hiệu ứng cho game đều cần phải có hình ảnh. Vì vậy, tìm ra giải pháp tìm kiếm hình ảnh và điều chỉnh sao cho các tài nguyên đó phù hợp với game chúng em xây dựng là việc vô cùng cần thiết.
Qui trình làm game bao gồm nhiều bước. Trong đó, một bước quan trọng là thiết kế hình ảnh, tài nguyên thể hiện cho game là một khâu quan trọng, đem lại sự hấp dẫn cho game. Tuy nhiên, các hình ảnh này được xây dựng bởi những họa sĩ thiết kế chuyên nghiệp với khả năng cũng như kinh nghiệm nhiều năm trong lĩnh vực đồ họa. Đây chính là vấn đề cực kỳ khó khăn, vượt quá yêu cầu lập trình game của chúng em. Chính vì vậy, chúng em sử dụng các công cụ để tìm kiếm các tài nguyên từ các game đã có trên thị trường và thực hiện những bước xử lý, biến đổi trên các tài nguyên đã có được để tạo ra những hình ảnh, tài nguyên phù hợp cho quá trình phát triển game của chúng em.
Cụ thể, với hình ảnh quân lính, nhà cửa, hình nền, chúng em đã sử dụng công cụ Modpack để tìm kiếm các hình ảnh có trong game Age of Empires II. Tuy nhiên, các hình ảnh sau khi lấy ra được đặt theo qui tắc của chương trình. Ngoài ra, kích thước các hình ảnh, qui tắc sắp xếp, tọa độ vẽ cũng cần phải điều chỉnh và tìm kiếm. Hơn nữa, với các ảnh chuyển động animation, mỗi ảnh là một khung hình với kích thước khác nhau vì vậy để sử dụng chúng em phải thực hiện thêm các thao tác như điều chỉnh kích thước, ghép các hình ảnh với kích thước khác nhau của một chuyển động animation vào chung một ảnh biểu diễn duy nhất cho một chuyển động.
Ngoài những hình ảnh về công trình, quân lính tìm kiếm từ game Age of Empires II, chúng em còn phải tìm kiếm các hình ảnh cho các hiệu ứng sử dụng trong game. Để thực hiện các hiệu ứng, chúng em đã tìm hiểu các hiệu ứng được tạo ra từ những chương trình có sẵn nhưng hầu hết đều hỗ trợ hiệu ứng là các đoạn phim, flash,... Cuối cùng, chúng em đã tìm được phần mềm: Particle Illusion với các chứng năng như tạo ra các particle dưới dạng các ảnh với chất lượng tốt, phù hợp với game chúng em xây dựng.
Tuy nhiên, các hiệu ứng cần phải có độ trong suốt nếu muốn giữ được vẻ đẹp cần thiết. Chính vì vậy, chúng em sử dụng các ảnh hiệu ứng theo định dạng PNG. PNG là định dạng ảnh nén nên phần header sẽ chiếm nhiều bộ nhớ hơn ảnh Bitmap nên việc nạp từng ảnh lên để thể hiện hiệu ứng cũng sẽ tốn chi phí rất nhiều. Do đó,
chúng em sử dụng giải pháp như đã thực hiện với các hình ảnh nhà cửa và quân lính đó là chuyển các ảnh PNG riêng lẻ đó thành một dãy các hình ảnh liên tiếp trong cùng một ảnh PNG. Vì vậy, chúng em phải xây dựng thêm phần xử lý hiệu ứng chuyển động trên ảnh PNG để tạo nên các hiệu ứng đẹp mắt sử dụng trong game.
Kết luận
Trong suốt quá trình tìm kiếm cũng, điều chỉnh các hình ảnh, tài nguyên sử dụng cho game, chúng em đã thu được một lượng khá nhiều những tài nguyên hình ảnh cho nhà cửa, quân lính xây dựng từ game Age of Empires II cùng những hiệu ứng đẹp mắt sử dụng trong game được chúng em tinh chỉnh từ các sản phẩm tạo từ phần mềm Particle Illusion.
Chương 5
Các vấn đề và giải pháp xử lý tương tác, lưu trữ trong game trên Windows Mobile
Nội dung của chương này sẽ trình bày chi tiết các vấn đề kĩ thuật xử lý tương tác và lưu trữ trong game trên Windows Mobile.
5.1. Các vấn đề xử lý tương tác game
5.1.1. Cơ chế cập nhật và hiển thị hình ảnh
Vấn đề
Một trong các yếu tố tạo nên sự hấp dẫn của game chính là chuyển động animation. Chính vì vậy, game chất lượng tốt luôn đi kèm với một giải thuật tạo hình hiệu quả. Làm sao để xây dựng các chuyển động animation cho game cập nhật trạng thái game và hiển thị hình ảnh liên tục là vấn đề quan trọng nhất trong suốt quá trình làm game nói chung cũng như game trên mobile nói riêng.
Giải pháp
Chuyển động animation được xây dựng dựa trên hiện tượng lưu ảnh của mắt. Mắt người vẫn lưu giữ lại hình ảnh cũ sau 0.1s. Nhờ đó, nếu ta chiếu các hình ảnh đã được sắp xếp theo thứ tự nào đó lên màn ảnh với một tốc độ nhất định, khi đó mắt người không thể nhận thấy sự thay đổi hình ảnh mà sẽ thấy đó là một chuyển động liên tục.
Game cần xử lý cập nhật trạng thái game đồng thời hiển thị hình ảnh lên màn hình một cách liên tục. Chính vì vậy, cơ chế chúng em xây dựng bao gồm 2 giai đoạn được lặp đi lặp lại liên tục:
- Update (cập nhật): cập nhật, chuẩn bị sẵn các giá trị cần thiết để thể hiện lên màn hình. Đây chính là giai đoạn tiền xử lý, cập nhật lại trạng thái, tính toán các hình ảnh sẽ được hiển thị của game ngay tại thời điểm hiện tại
- Render (hiển thị): sau khi thực hiện thao tác update, các hình ảnh, trạng thái game đã được tính toán cập nhật đầy đủ sẵn sàng để hiển thị lên màn hình. Nhờ đó, tới bước render, các đối tượng sẽ được vẽ lên đối tượng đồ họa tốt hơn.
Hình 5-31- Qui trình xử lý cập nhật trạng thái game và hiển thị hình ảnh
Tuy nhiên, nếu sau thao tác update, các hình ảnh được vẽ trực tiếp lần lượt lên màn hình thì sẽ gây ra cảm giác giật hình rất rõ vì tốc độ vẽ ảnh lên màn hình của các thiết bị là khá chậm (cảm giác mắt người dễ dàng thấy được), đặc biệt là với thiết bị di động. Vì thế chúng em sử dụng cơ chế double buffer (bộ đệm đôi) đối với thao tác vẽ lên màn hình. Điều này có nghĩa là sau thao tác update, trước khi vẽ lên màn hình thì mọi hình ảnh cần hiển thị sẽ được vẽ lên vùng đệm của đối tượng đồ họa, sau khi hoàn tất chỉ cần vẽ ảnh đệm lên màn hình. Nhờ đó, chỉ có 1 thao tác vẽ ảnh lên màn hình trong một khung hình (frame) nên không gây cảm giác giật hình.
Kết luận
Như vậy, về cơ bản, cơ chế xử lý của game bao gồm 2 bước chính: update, render. Tuy nhiên, vì tích hợp cơ chế double buffer nên trên thực tế, cơ chế xử lý của game bao gồm 3 bước:
1. Update: cập nhật trạng thái game, tính toán các giá trị cần thiết để chuẩn bị cho bước vẽ hình ảnh lên màn hình
2. Render: vẽ các hình ảnh sẽ hiển thị lên màn hình vào vùng đệm. 3. Draw: thao tác vẽ vùng đệm lên màn hình.
Hình 5-32-Qui trình xử lý game có áp dụng cơ chế double buffer
5.1.2. Số khung hình
Vấn đề
Với framework tạo hoạt cảnh đã đề xuất, game đã hoạt động tốt với hình ảnh có chuyển động. Tuy nhiên vấn đề nảy sinh là thời gian thực hiện hoàn tất một vòng của qui trình trên là không giống nhau thậm chí ngay cả khi hình ảnh giống nhau thì thời gian hoàn thành vẫn khác nhau vì nhiều nguyên nhân khác nhau: phần cứng (tốc độ xử lý của các bộ xử lý khác nhau thì khác nhau), hệ điều hành, các dịch vụ chạy ngầm, ....Đây cũng chính là nhược điểm lớn nhất của cơ chế sử dụng vòng lặp hoạt cảnh để xử lý game. Chính thời gian xử lý mỗi khung hình khác nhau đã làm cho tốc độ thể hiện hình ảnh trên màn hình không đều, lúc nhanh, lúc chậm gây cảm giác khó chịu cho người chơi.
Vậy vấn đề đặt ra là làm sao để làm thời gian dựng hình được đều hơn hay nói cách khác là làm cho chỉ số FPS-Frame Per Second (tổng số khung hình trên giây) ổn định. Qua đó, tìm ra giá trị FPS phù hợp.
Giải pháp
Giải pháp chúng em chọn là thêm 1 khoảng thời gian ngủ (sleep) sau mỗi một chu kì thực hiện các bước update, render và draw ở trên. Khoảng thời gian ngủ này không những làm cho FPS được tương đối ổn định mà còn giúp cho CPU có thêm thời gian để giải quyết các vấn đề sau mỗi lần lặp như bộ thu gom rác làm nhiệm vụ (đặc biệt quan trọng với tài nguyên hạn hẹp của di động), tiếp nhận các xử lý khác,…
Tuy nhiên, thời gian ngủ bao nhiêu là phù hợp? Thời gian ngủ được thêm vào mỗi chu kỳ có tác dụng giúp cho thời gian hoàn thành mỗi chu kỳ ổn định hơn nên nó không thể là một giá trị cố định. Vậy thời gian ngủ sẽ được tính như thế nào để làm cho FPS được ổn định? Ở đây chúng em đề xuất thời gian ngủ được tính dựa trên “Độ phân giải thời gian” được định nghĩa là lượng thời gian chênh lệch giữa hai lần gọi hàm thời gian của hệ thống liên tiếp. Nếu ta lấy thời gian hệ thống lần thứ nhất ở đầu vòng lặp và lần thứ hai lấy sau khi đã thực hiện xong thao tác Draw thì thời gian ngủ là độ chênh lệch giữa hai giá trị này với thời gian phù hợp tính toán dựa trên FPS. Giá trị FPS sẽ được xác định dựa trên tốc độ của game mà ta muốn xây dựng. Công thức xác định thời gian sleep t:
t = tpc – (T2-T1) t: thời gian sleep.
tpc: khoảng thời gian được tính dựa trên FPS.
T1, T2: thời gian hệ thống tại thời điểm đầu và cuối vòng lặp.
Cuối cùng, việc ta cần xác định là giá trị FPS cho game bao nhiêu là phù hợp? Đối với mắt của người bình thường thì tần số chớp nháy có thể xem là liên tục là vào khoảng 10–50 Hz, tần số này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: ánh sáng, khả năng bao quát khung hình (đối với khung hình lớn thì phụ thuộc vị trí mắt nhìn, màu sắc, chi tiết hình ảnh,...). Vì khả năng xử lý của mobile rất hạn chế với khung hình lớn mà chúng em chọn (480 x 640) nên giá trị FPS thích hợp vào khoảng 10Hz. Do mắt người vẫn còn cảm giác nhìn thấy ảnh đã đi qua trong khoảng thời gian 0.1s nên 10Hz tương ứng với 10 khung hình/s là con số vừa đủ để mắt người không nhận ra sự thay đổi giữa các tấm ảnh.
Kết luận
Bằng việc thêm một khoảng thời gian sleep vào cuối mỗi chu kỳ thực hiện cơ chế xử lý game nên tốc độ game đã ổn định hơn trước. Từ đó, chu kỳ thực hiện của game thêm vào một bước sleep vào cuối chu kỳ.
Hình 5-33-Qui trình xử lý game sau khi thêm bước sleep cuối chu kỳ
5.1.3. Thời gian hoàn thành chu kỳ chậm
Vấn đề
Như đã đề cập trong mục 5.1.3, thời gian ngủ sau mỗi chu kỳ được tính bằng công thức
t = tpc – (T2-T1)
Chính vì vậy, với các thiết bị quá yếu, thời gian để hoàn thành một chu kỳ hoạt cảnh lớn hơn khoảng thời gian đặt ra để tính thời gian ngủ (tpc). Lúc này,
không thể tính toán được thời gian ngủ.
Giải pháp
Như đã đề cập trong mục 5.1.1, chi phí để vẽ hình ảnh từ vùng đệm ra màn hình sẽ tốn nhiều thời gian nhất trong một chu kỳ của game. Chi phí này cũng khác nhau trong mỗi chu kỳ nên với các máy có cấu hình yếu, thỉnh thoảng vấn đề này sẽ được phát sinh. Đôi khi, các vấn đề trên cũng xảy ra khi trong vòng lặp xử lý chu kỳ đó, ta cần phải thực hiện các thuật toán phức tạp khiến thời gian thực hiện lâu hơn bình thường.
Bên cạnh đại lượng FPS, chúng em đề xuất đại lượng khác sẽ rất hữu dụng trong việc đo lường tốc độ xử lý hoạt cảnh để cân đối tốc độ game cho phù hợp. Đó là UPS (Update Per Second) số lần cập nhật trên giây.
Mỗi chu kỳ thực hiện một thao tác cập nhật và một thao tác vẽ lên bộ đệm rồi mới vẽ ra màn hình. Như đã phân tích ở trên thì thời gian tiêu tốn phần nhiều là
cho thao tác vẽ ra màn hình. Vì vậy khi FPS tụt xuống quá nhiều so với giá trị mong muốnthì cách để tăng tốc độ game và giữ cân bằng gần với giá trị FPS mong