コードでのシンプルなゲームの開発:: Direct3D 9を使用したブロック

ゲーム開発での最初の経験についてお話ししたいと思います。 Unityのような高度なゲーム開発ツールを使用せずに、Direct3Dを使用してグラフィックアプリケーションを開発するスキルを習得することだけが目的だったため、この記事は純粋に技術的なものであることをすぐに言及する価値があります。 したがって、ゲームの実装、収益化、およびプロモーションについての話もありません。 この記事は、Direct3Dアプリケーションのプログラミングの初心者、およびそのようなアプリケーションの主要なメカニズムに関心のある人々を対象としています。 最後に、ゲームプログラミングとコンピューターグラフィックスに関する100冊以上の本から私が慎重に選んだ、ゲーム開発に関する文献のリストを提供します。

はじめに

そこで、暇なときに人気のあるグラフィックAPIを勉強することにしました。 いくつかの本を読んで、多くの例とチュートリアル（DirectX SDKを含む）を調べた後、自分で手を試すべき時が来ていることに気付きました。 主な問題は、既存の例のほとんどがこれまたはそのAPI機能を単に示し、ほぼ1つのcppファイルで手続き的に実装され、DXUTラッパーを使用しても、最終的なアプリケーションがどのような構造を持っているべきかを知らないことでしたすべてのクラスが美しく、読みやすく、効率的に機能するように、どのクラスを設計する必要があり、どのように相互作用するか。 この欠点はDirect3Dブックに適用されます。たとえば、多くの初心者にとって、各フレームをレンダリングするときにレンダリング状態を常に更新する必要があるわけではなく、ほとんどの重い操作（頂点バッファーの充填など）を実行する必要があることも明らかではありませんアプリケーションの初期化中（またはゲームレベルのロード中）に1回のみ。

アイデア

ゲームのアイデアそのものを決めるために最初に必要なこと。 MS-DOSの下での1992年の古いゲームはすぐに思い浮かびました。 これはGamosロジックゲームLinesです。



さて、電話は受け入れられました。 ここに私たちが持っているものがあります：

• セルの正方形のフィールドがあります。
• フィールドのセルにはカラフルなボールがあります。
• ボールを移動した後、新しいボールが表示されます。
• プレーヤーの目標は、1色のボールを一列に並べることです。特定の数の1色のボールを1行に蓄積すると、爆発とポイントの獲得につながります。
• 主なタスクは、フィールド上で空きセルがなくなるまで可能な限り長くすることです。

次に、Direct3Dアプリケーションの視点を見てみましょう。

• セルのフィールドを突起のある3次元プラットフォームの形で作成します。各セルは表彰台のようなものになります。
• 3種類のボールアニメーションを実装する必要があります。
  
  
  1. ボールの外観：最初に小さなボールが表示され、すぐに大人のサイズに成長します。
  2. ボールの移動：セル内の単純な連続移動。
  3. ジャンプボール：マウスでボールを選択すると、アクティブになり、所定の位置にジャンプし始めます。
• 爆発のアニメーションで使用されるパーティクルシステムを実装する必要があります。
• テキストの出力を実装する必要があります。獲得したポイントを画面に表示します。
• 仮想カメラ制御を実装する必要があります：回転とズーム。

実際、上記のポイントは、設計プロジェクトと呼ばれる文書の悲惨な類似点です。 開発を開始する前に、その中のすべてを細部までペイントし、印刷して目の前に置くことを強くお勧めします！ 今後、アイテムの実装を明確にするためにデモビデオをすぐに表示します（ちなみに、ビデオはezvidプログラムを使用して記録されたので、最初のスプラッシュスクリーンに驚かないでください）。

開発開始

これまでのところ、どのツールが使用されたかは言及していません。 まず、DirectXソフトウェア開発キット（SDK）が必要です。これは、Microsoft WebサイトDirectX SDKから常に無料でダウンロードできます 。 私のようなDirect3D 9のバージョンを使用する場合は、インストール後にメインメニューからDirectXコントロールパネルを開き、Direct3D 9タブでアセンブリ中に使用するライブラリのバージョンを選択する必要があります-小売またはデバッグ（これはDirect3Dがレポートするかどうかに影響しますデバッガのアクティビティの結果について）：





Direct3Dバージョン9はなぜですか？ これは最新バージョンであるため、固定機能パイプライン、つまり、たとえば、照明の計算、頂点の処理、ブレンドなどの機能を含む固定グラフィックパイプラインが存在します。 10番目のバージョンから、開発者はこれらの機能をシェーダーに個別に実装するように招待されています。これは議論の余地のない利点ですが、Direct3Dの最初の実験では理解しにくいと思います。



なぜコード::ブロックなのか？ おそらく、クロスプラットフォームIDEを使用して、非クロスプラットフォームAPIを使用するアプリケーションを開発するのは愚かなことでした。 Just Code ::ブロックは、Visual Studioの数倍のスペースしか必要としません。



Direct3Dを使用した開発の開始は非常に簡単でした。 Code ::ブロックでは空のプロジェクトを作成し、ビルドオプションでは2つのことをしなければなりませんでした。



1）[検索ディレクトリ]タブと[コンパイラ]サブタブで、インクルードDirectX SDKディレクトリへのパスを追加します-たとえば、次のように：



2）[リンカー]タブで、2つのライブラリd3d9.libとd3dx9.libを追加します。



その後、Direct3Dヘッダーファイルをアプリケーションのソースコードに含める必要があります。

#include "d3d9.h" #include "d3dx9.h"
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

アプリケーション構造

ここで最初の間違いを犯しました。どのデザインパターンを選択するかを考え始めました。 MVC（model-view-controller）が最適であるという結論に達しました。モデルはゲーム（ゲーム）のクラスであり、すべてのロジック-移動パスの計算、ボールの外観、爆発的な組み合わせの分析を含みます。 プレゼンテーションはエンジンクラスになり、Direct3Dのレンダリングと対話を行います。 コントローラーはラッパー自体（アプリ）になります。これには、メッセージ処理サイクル、ユーザー入力処理、そして最も重要な状態マネージャーが含まれ、ゲームとエンジンオブジェクトの相互作用が保証されます。 すべてが単純なようで、ヘッダーファイルを書き始めることができますが、そこにはありませんでした！ この段階では、これらのクラスに必要なメソッドをナビゲートして理解することは非常に困難であることが判明しました。 経験の完全な欠如が私に影響を与えたことは明らかであり、私は本のいずれかのアドバイスに頼ることに決めました。 「最初から完璧なコードを書こうとしないでください。非最適で混andとします。 結果として、 すでに機能しているレイアウトをリファクタリングするいくつかの反復の後、3つの主要なクラスの定義は次の形式を取りました。









TGameクラスには、ユーザー自身が開始できる3つのメソッド（New（新しいゲーム）、Select（ボールの選択）、TryMove（ボールの移動の試み））のみがあります。 残りは補助的なもので、特別な場合にコントローラーによって呼び出されます。 たとえば、DetonateTest（爆発的な組み合わせのテスト）は、新しいボールが出現した後、または移動を試みた後に呼び出されます。 GetNewBallList、GetLastMovePath、GetDetonateListは、特定のボールのリストを取得し、何かを描画する処理のためにエンジンオブジェクトに渡すために、ボールの出現後、移動後、爆発後にそれぞれ呼び出されます。 コメント付きのソースコードがあるため、TGameのロジックについて詳しく説明したくありません。 ボールの移動経路の決定は、すべてのエッジの重みが等しい無向グラフを使用したダイクストラアルゴリズムを使用して実装されているとしか言えません。



エンジンとコントローラーのクラスをさらに詳しく考えてみましょう。

Tengine

• このクラスは、ウィンドウとその長方形のハンドルを格納するためのフィールドを定義します。 これらはOnResizeメソッドで使用されます。このメソッドは、ウィンドウのサイズが変更されたときにコントローラーが新しい投影行列を計算するために呼び出します。
• CameraPosフィールドには、ワールド空間での観測者の座標が格納されます。 私の考えによれば、カメラは常に原点に向けられているので、視線の方向ベクトルは保存する必要はありませんが、これはちなみにプラットフォームの中心と一致します。
• Direct3Dインターフェイスへのポインターもあります。LPDIRECT3D9は、デバイスの作成にのみ必要です。 LPDIRECT3DDEVICE9-実際には、Direct3Dデバイス自体、操作しなければならないメインインターフェイス。 テキストおよびテクスチャを操作するためのLPD3DXFONTおよびLPDIRECT3DTEXTURE9。
• currentTimeフィールドは現在の時間をミリ秒単位で保存するために使用され、スムーズなアニメーションをレンダリングするために必要です。 実際には、各フレームの描画には異なるミリ秒数がかかるため、これらのミリ秒を毎回測定し、アニメーションを補間する際のパラメーターとして使用する必要があります。 この方法は時間同期と呼ばれ、最新のグラフィックスアプリケーションのあらゆる場所で使用されています。
• TGeometryクラスのオブジェクト（cellGeometryおよびballGeometry）へのポインターは、1つのセルと1つのボールのジオメトリを格納します。 TGeometryオブジェクト自体は、その名前が示すとおり、ジオメトリを操作するように設計されており、頂点バッファーとインデックスバッファー、およびマテリアルの説明（D3DMATERIAL9）が含まれています。 レンダリングするとき、ワールドマトリックスを変更し、TGeometryオブジェクトのRenderメソッドを呼び出すことができます。これにより、いくつかのセルまたはボールが描画されます。
• TParticleSystemは、複数のパーティクルを初期化し、空間内の位置を更新し、そしてもちろんレンダリングするためのメソッドを持つパーティクルシステムクラスです。
• TBall *ボール-色と状態[ジャンプ、移動、表示]に関する情報を持つボールの配列。
• タイプTAnimateの3つのオブジェクト-アニメーションを提供します。 このクラスには、世界の変換行列であるキーフレームを初期化するメソッドと、アニメーションの現在の位置を計算して変換を適用するメソッドがあります。 レンダリング手順では、エンジンオブジェクトがボールを順番に描画し、必要に応じて、目的のアニメーションのApplyTransformメソッドを呼び出してボールをワープまたは移動します。
• InitD3d、InitGeometry、InitAnimationはTEngineコンストラクターからのみ呼び出され、明確にするために個別のメソッドに分けられます。 Direct3DデバイスはInitD3dで作成され、必要なすべてのレンダリング状態がインストールされます。これには、プラットフォームの中心の真上にスペキュラーコンポーネントを持つ点光源のインストールが含まれます。
• AppearBalls、MoveBall、およびDetonateBallsの3つのメソッドは、それぞれ外観、動き、爆発のアニメーションをトリガーします。
• IsSelected、IsMoving、IsAppearing、IsDetonatingメソッドは、アニメーションが終了する瞬間を追跡するために状態マネージャー関数で使用されます。
• Onプレフィックスを持つメソッドは、対応するイベントが発生したときにコントローラーによって呼び出されます：マウスクリック、カメラの回転など。

メインのRenderメソッドを検討してください。





最初に、前回のRender（）の呼び出しから経過したミリ秒数が計算され、その後、アニメーションがアクティブな場合は進行が更新されます。 バッファはClearメソッドを使用してクリアされ、プラットフォーム、ボール、およびパーティクルシステムがアクティブな場合は順番に描画されます。 最後に、獲得したポイントの現在の値を含む行が表示されます。

Tアプリケーション

• このクラスには、カメラを回転させるために相対的なカーソルオフセットを計算する必要があるため、マウス座標を格納するフィールドがあります。
• 対応するアニメーションのステータスを追跡するには、booleanフラグ、appearStarted、moveStarted、およびdetonateStartedが必要です。
• ウィンドウクラスを登録するためのコードは、RegWindowメソッドに移動されました。
• MsgProc静的メソッドは、いわゆるウィンドウプロシージャです。
• ProcessGameは状態マネージャーの簡易バージョンで、ゲームの現在の状態が評価され、それに応じていくつかのアクションが実行されます。
• MainLoop-メッセージ処理ループ。

これがそのような軽量のコントローラーです。 同様のメッセージ処理ループは、Direct3Dブックで見つけることができます。





elseブロック内にあるものだけが注目に値します-これはいわゆるIdleFunctionであり、メッセージがない場合に実行されます。



そして、これが状態管理機能です：





まあ、おそらくそれだけです！

おわりに

ここに欠陥をリストする場所があります。 もちろん、コードには最適化のための場所がたくさんあります。 さらに、ビデオモード設定の変更（画面解像度、マルチサンプリング）およびデバイス損失処理（LostDevice）などについては言及しませんでした。 後者を犠牲にして、gamedev.ruウェブサイトで詳細な議論があります 。



私の研究が誰かのためになることを願っています ところで、 githubのソース 。



ご清聴ありがとうございました！

約束の文学

1. Frank D. Luna DirectX 9.0による3Dゲームプログラミング入門-基本を理解するため。

2. C ++でのGornakov S. DirectX9プログラミングレッスンも基本ですが、DirectInput、DirectSound、DirectMusicに関する章があります。 サンプルプログラムでは、エラーが発生する場合があります。

3. Flenov M. Ye。DirectXおよびC ++プログラミングの芸術-楽しいプレゼンテーションスタイル。 基本的に、本の目標は、シェーダーを含むなど、興味深い効果を使用してアニメーションクリップを作成することです。 セクション名で判断してください：心臓発作、ファイアードラゴン、

4. Barron Todd DirectX 9を使用した戦略的ゲームのプログラミング-戦略的ゲームに関連するトピックに完全に専念します。ブロックグラフィック、AI、マップとランドスケープの作成、スプライト、パーティクルシステムの特殊効果、画面インターフェイスの開発、DirectSound /音楽の操作。

5. Bill Fleming 3D Creature WorkShop-プログラミングではなく、LightWave、3D Studio Max、Animation Master環境での3次元キャラクターモデルの開発に関する本。

6. Thorn Alan DirectX 9ユーザーインターフェイスの設計と実装-DirectXを使用したグラフィカルインターフェイスの開発に関する詳細な本。 Delphiで実装されているものと同様の画面フォームのコンポーネントの階層モデルが考慮されます。

7. DirectXを使用したAdams Jim Advanced Animation-アニメーションの種類（骨格、モーフィング、種類）とその実装を検討し、Xファイルからのジオメトリとアニメーションを操作します。

8. Windows用のLamot Andreプログラミングゲーム。 専門家のアドバイス-この本はより深刻です。最適化の問題、さまざまなタスクのデータ構造の選択、マルチスレッド、物理モデリング、AIが考慮されます。 最後の章では、宇宙船とエイリアンに関するゲームの作成について説明します。

9. David H. Eberly 3Dゲームエンジンの設計は、ゲーム構築の理論全体を理解するのに適した本です。最初に、グラフィックAPI（変換、ラスター化、シェーディング、ブレンド、マルチテクスチャリング、フォグなど）の技術について説明し、次にシーングラフなどのトピックについて説明します、オブジェクトの選択、衝突の定義、キャラクターアニメーション、詳細レベル、風景。

10.ゲームプログラミングにおけるDanielSánchez-CrespoDalmauコアテクニックとアルゴリズム-AI、スクリプト作成、閉空間とオープンスペースでのレンダリング、クリッピングアルゴリズム、手順テクニック、シャドウの実装方法など、ゲームエンジニアリングタスクで使用されるアルゴリズムとデータ構造の詳細、カメラの実装など。

11. Lamot AndreプログラミングdirectX 9を使用したロールプレイングゲーム-数千ページにわたる詳細なRPG開発ガイド。 Direct3D、DirectInput、DirectSound、DirectPlayを使用したプログラミングに関する理論的な章と、ゲームエンジンに直接関連する応用章の両方が含まれています。