Slides de la charla presentada

1. Juegos
´ ´
¿Que hay detras de la pantalla?
Marcelo Arroyo
´
Dpto. de Computacion - FCEFQyN - Universidad Nacional de R´o Cuarto
ı
Mayo de 2011
Marcelo Arroyo Juegos 1/21

2. Juegos
SuperTuxKart
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3. Juegos: Caracter´sticas
ı
´
¿Que tipo de programas son?
• Son programas de Simulacion
´
• Con restricciones de tiempo real
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4. Juegos: Caracter´sticas
ı
´
¿Que tipo de programas son?
• Son programas de Simulacion
´
• Con restricciones de tiempo real
Requerimientos actuales
• > 30 frames por segundo, sonido, . . .
• 3 Dimensiones (3D)
• Escenarios con
´
• Multiples vistas (camaras)
´
´
• Iluminacion, perspectiva, . . .
• Materiales y texturas avanzadas
• Realidad virtual (modelo f´sico preciso)
ı
• Cuerpos solidos y blandos (deformables)
´
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5. Juegos: F´sica
ı
Part´culas
ı
1 ´
Posicion:
y


x
z x p= y 
z
2 Velocidad:
∆p dp
v = l´
ım = =p
∆t→0 ∆t dt
3 ´
Aceleracion:
∆v dv
a = l´
ım = =v =p
∆t→0 ∆t dt
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6. Juegos: F´sica
ı
´
Integracion
´
Dada una aceleracion, necesitamos calcular su velocidad y
´
posicion
T
v= a dt
t=0
T
p= v dt
t=0
T T
p= a dt
t=0 t=0
´
Con aceleracion constante:
1
v(t) = v(0) + at p(t) = p(0) + p(0)t + a t2
2
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7. Juegos: F´sica
ı
Leyes de Newton
1 Un objeto se mueve a velocidad constante excepto que se
´
aplique una fuerza sobre el.
´
Friccion (drag) = coeficiente o damping (≈ 1)
2 ´
Una fuerza aplicada a un objeto produce una aceleracion
proporcional a su masa
f
f = ma a=
m
3 La fuerza de gravedad (g ≈ 10m/s2 ):


0
f = mg a=g gravedad =  -g 
0
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8. Juegos: Cuerpos r´gidos
ı
F´sica de cuerpos r´gidos
ı ı
• Centro de masa (o gravedad): m n mi pi
1
i=0
• Rotacion (eje,angulo): Matrices de rotacion (3x3) o
´ ´ ´
cuaterniones
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9. Juegos: Cuerpos r´gidos (cont.)
ı
F´sica de cuerpos r´gidos (cont.)
ı ı
• Velocidad angular: velocidad y direccion de la rotacion
´ ´
• Cuaterniones: Orientacion de un cuerpo
´
cos π
 
2
 x sin π 
 2 
 y sin π 
2
z sin π2
• Velocidad y posicion de un cuerpo: Dependen de la
´
velocidad lineal y angular
• Computar v y p requiere:
´
1 Multiplicacion de matrices (3x3 y 3x4)
2 Inversas y transpuestas
3 Transformaciones: Cuaternion ⇐⇒ matriz (3x3)
´
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10. Juegos: Cuerpos r´gidos (cont.)
ı
F´sica de cuerpos r´gidos (cont.)
ı ı
• Aplicacion de fuerzas: Newton 2 con rotacion
´ ´
´ −1
1 Aceleracion: a = m f
2 Rotacion: Θ = I −1 τ
´
3 Torque: fuerza aplicada en un punto relativo al origen
τ = pf × f
4 Momento de inercia: Dificultad para rotar
n
Ia = mi × d2i →a
p
i=0
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11. Juegos: Colisiones
Detectar choques entre objetos
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12. Juegos: Colisiones
Detectar choques entre objetos
´
Reaccion ante choques
Marcelo Arroyo Juegos 10/21

13. ´
Juegos: Deteccion de colisiones
´
Dificultad de implementacion en tiempo real
• Volumenes delimitados (cajas,
´
esferas, cilindros, . . . )
• Particionado del conjunto de
objetos para evitar
comparaciones todos con todos
(O(n2 ))
• Grillas
• Particionado binario del
espacio
• Quad-trees, Oct-trees
• Detectores: Dos etapas
´
1 Seleccion de candidatos
´
2 Deteccion de proximidad y
´
generacion de contactos
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14. Juegos: Ejemplo en 2D
Uso de Axis Aligned Bouding Boxes
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15. Juegos: Colisiones (ej. de falla)
´ ´
Falla en deteccion de colision
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16. Juegos: Colisiones (ej. de falla)
´
Falla en respuesta a colision
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17. Juegos: Cuerpos articulados
Articulaciones (joints)
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18. ´
Juegos: Graficos
´
Visualizacion
• Personajes animados
• Terrenos complejos (llanos, montanas, agua, . . . )
˜
• Posicionado dinamico de camaras
´ ´
• Iluminacion dinamica
´ ´
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19. ´
Juegos: Graficos
´
Visualizacion
• Personajes animados
• Terrenos complejos (llanos, montanas, agua, . . . )
˜
• Posicionado dinamico de camaras
´ ´
• Iluminacion dinamica
´ ´
Modelado
Marcelo Arroyo Juegos 16/21

20. ´
Juegos: Graficos
´
Visualizacion
• Personajes animados
• Terrenos complejos (llanos, montanas, agua, . . . )
˜
• Posicionado dinamico de camaras
´ ´
• Iluminacion dinamica
´ ´
Modelado
⇒
Marcelo Arroyo Juegos 16/21

21. ´
Juegos: Graficos
´
Visualizacion
• Personajes animados
• Terrenos complejos (llanos, montanas, agua, . . . )
˜
• Posicionado dinamico de camaras
´ ´
• Iluminacion dinamica
´ ´
Modelado
⇒ ⇒
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22. Juegos: Modelado (cont.)
Modelado con poliedros
Marcelo Arroyo Juegos 17/21

23. Juegos: Modelado (cont.)
Modelado con poliedros
⇒
Marcelo Arroyo Juegos 17/21

24. Juegos: Modelado (cont.)
Modelado con poliedros
⇒ ⇒
Marcelo Arroyo Juegos 17/21

25. Juegos: Modelado (cont.)
Modelado con poliedros
⇒ ⇒
Marcelo Arroyo Juegos 17/21

26. Juegos: Modelado (cont.)
Modelado con poliedros
⇒ ⇒
⇒
Marcelo Arroyo Juegos 17/21

27. Juegos: Rendering (cont.)
´
Visualizacion de una escena
1 Texturado
2 ´ ´
Proyeccion: Vista de camara, rotaciones, zoom, . . .
3 ´ ´
Iluminacion: color, refraccion, sombras, . . .
4 Niebla
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28. Juegos: Arquitectura
Componentes
1 Generadores de fuerzas (y torques)
2 Simulador de cuerpos r´gidos (motor de f´sica)
ı ı
3 Detector y manejador de colisiones
4 ´
Renderer de graficos (y sonido)
Estructuras de datos
1 Geometr´a de rendering y materiales (texturas, . . . )
ı
2 Geometr´as de colisiones
ı
3 Cuerpos r´gidos (sus propiedades)
ı
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29. Juegos: Herramientas
Marcelo Arroyo Juegos 20/21

30. Juegos: Herramientas
Bibliotecas de f´sica (motores)
ı
• Open Dynamics Engine (ODE)
• Bullet
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31. Juegos: Herramientas
Bibliotecas de f´sica (motores)
ı
• Open Dynamics Engine (ODE)
• Bullet
´
Bibliotecas para graficos (rendering)
• OpenGL (multiplataforma)
• SLD (graficos, sonidos, joystick, . . . )
´
• DirectX (MS-Windows)
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32. Juegos: Herramientas
Bibliotecas de f´sica (motores)
ı
• Open Dynamics Engine (ODE)
• Bullet
´
Bibliotecas para graficos (rendering)
• OpenGL (multiplataforma)
• SLD (graficos, sonidos, joystick, . . . )
´
• DirectX (MS-Windows)
Aplicaciones de modelado
• Blender (modelado + animacion + motor de juegos)
´
• Maya
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33. Juegos: Conclusiones
Escenario muy interesante
• F´sica
ı
• Geometr´a y algebra lineal
ı ´
• Computacion grafica
´ ´
• Modelado
• Estructuras de datos y algoritmos
• Paralelismo
Algo de bibliograf´a
ı
• Game Physics Engine Development. Ian Millington
• OpenGL Programming Guide (the red book)
• Blender tutoriales (videos)
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34. Juegos: Conclusiones
´
¿Que falta?
• Cuerpos blandos o deformables
• Pelo
• Ropa
• Dinamica de fluidos
´
• L´quidos
ı
• Gases
• Explosiones
• Bal´stica
ı
• ...
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35. Juegos: Conclusiones
´
¿Que falta?
• Cuerpos blandos o deformables
• Pelo
• Ropa
• Dinamica de fluidos
´
• L´quidos
ı
• Gases
• Explosiones
• Bal´stica
ı
• ...
Muchas gracias
¿Preguntas?
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