カプコンゲームの例によるNESのゲームエンジンデバイス

NESゲームに関する3番目の記事では、ゲームエンジンの作成に使用する手法、つまり画面スクロールの実装、メモリバンクの切り替え、オブジェクトのリストの整理、キャラクターアニメーションシステムの配置、ゲームオブジェクトの更新（および衝突処理）、メインマップの作成を紹介します。 説明に根拠がないように、特定のゲーム（Chip＆DaleとDuck Talesに言及したすべての人に愛されているDarkwing Duck）の逆アセンブルされたコードを引用します。 例として、「Capcom」のエンジンが考慮され、その修正で少なくとも数十のゲームが動作します。



一部のトピックは関連していないため、この記事はいくつかのセクションに分かれています。 また、広大なため、この資料は小さな本には十分なので、詳細を理解したい人のために記事へのリンクを提供し、エンジンのアーキテクチャに関する一般的なことだけを説明します。



研究のために、 FCEUXエミュレーターに組み込まれている逆アセンブラーと、コードベースを操作するための有名なIDA逆アセンブラーを使用します（ノートブックとペンを使用せずに実行できます）。 ここ（「FCEUdのドキュメント」シリーズ）には、デバッガーの使用に関するいくつかの記事があります。 検索のアイデアは、おそらくリバースエンジニアリングに携わっているすべての人に知られています。メモリ内で、目的が知られており、調査中の機能に直接または間接的に関連するアドレスを見つけ、そのアドレスのデバッガーにブレークポイントを設定する必要があります 次に、研究者はゲームを起動し、ブレークポイントが機能するのを待ち、それをトリガーしたコードを調べて、内部で何が起こっているかに関する情報を取得します。 以下は、エンジンの研究の例です。

画面スクロールの実装

ゲームのレベルごとに複数の画面がある場合、プレイヤーが境界線に近づくと、常に画像を更新する必要があります。 エミュレータでゲーム「Darkwing Duck」を実行し、最初のレベルをロードして、 [デバッグ]-> [名前テーブルビューアー]画面ビューアーを開きます。 ここで一歩進んでこのウィンドウの変更を観察すると、ゲームが緊急事態の各ステップで2ブロック（各2x2タイル、合計8つのビデオメモリタイル）を更新していることがわかります。





（今回は変更のため、ゲームハックのスクリーンショットを使用します）



したがって、ブラッククロークの16ステップで、1行にスクロールが行われ、この時点で完全に準備が整います。 NESビデオプロセッサは、オフセットを使用して画面の画面部分を表示できるため、画面は右側に構築され続け、既に描画されているすべてのタイルをコピーすることはありません。 また、ビデオプロセッサには、ページの水平方向の繰り返しを設定できるオプションフラグがいくつかあります。 そのため、画面を右の境界まで完成させた後、次の行が左側に作成されます。



スクロールの仕組みを技術的に確認できます。 これを行うには、デバッガーで、レベルが既に読み込まれている時点で、ビデオメモリに記録するブレークポイントをアドレス範囲$ 2007- $ 23BF （デバッガーのPPU MEMオプション）に設定する必要があります。 その後、ゲームが開始され、緊急事態が進行してスクロールが機能し、エミュレーターがゲームを停止し、デバッガーウィンドウを表示します。

ROM:C119 loc_C119:; CODE XREF: ROM:C137 ROM:C119 LDA $360,X ROM:C11C BMI locret_C139 ROM:C11E STA byte_2006 ROM:C121 LDA $361,X ROM:C124 STA byte_2006 ROM:C127 LDY $362,X ROM:C12A ROM:C12A loc_C12A:; CODE XREF: ROM:C132 ROM:C12A LDA $363,X >ROM:C12D STA byte_2007 ROM:C130 INX ROM:C131 DEY ROM:C132 BPL loc_C12A ROM:C134 INX ROM:C135 INX ROM:C136 INX ROM:C137 BNE loc_C119
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

NESのビデオメモリとの通信は、プロセッサのアドレス空間を介して行われ、アドレス$ 2006はアドレス指定に使用され、アドレス$ 2007はメモリへの値の読み取りと書き込みに使用されます。 次に、上記のコードのロジックを理解できます-これは、RAMからビデオメモリにコピーする場所、場所、およびバイト数に関するレコードを読み取る機能です。 レコード自体は360ドルから始まり、次の形式になります。

COPY_TO_VIDEO_REC |バイト0xFFを停止します 。ここで、 COPY_TO_VIDEO_REC = （ビデオメモリの レコード アドレス、コピーするバイト数、コピーするバイト） 。



さらに、ブレークポイントは0x360-0x36F領域に書き込むためにシフトされます。この領域にはこのデータが格納され、デバッガーはアドレス$ DB40- $ DD09 （457バイト）に大きなスクロール機能を表示します。 この関数は多目的で、ゲームのすべてのタイプのスクロール（右、上、下）で使用され、さまざまなビットの設定に応じて多くのブランチがあります。 関数の入力には、セル23 ドルと25ドル （2バイト）の文字スクロール値があります。

次に、調査の一部をスキップし（ブレークポイントの再配置と、データが最初にどこから来て、どの変換を受けるかを確認することで構成されます）、変換関数のグラフをレイアウトします。







グラフからわかるように、関数全体を分析しませんでしたが、その下部に集中しました-140ドル 、さらにRAMには、画面に表示されるマクロブロックから選択されたブロックインデックスがあり、このシリーズのレコードがコンパイルされますビデオメモリ（行0x360 ）にコピーします。これはスクロールデバイスを理解するのに十分です。上部には、ROMイメージ内のアクティブな画面の番号に関する座標の変換とデータの選択が記述されています。



他のエンジンでは、デバイスは似ています-コピー用のアドレスとマクロブロックインデックスの格納用のアドレスがあり、同じアドレスにある場合があります。

レベル構成とメモリバンクの切り替え

レベルに関するデータストリームをさらに処理することで、ストレージのソースの場所、つまりROMイメージに記録する場所にアクセスできます。 多くの場合、すべてのレベルのデータレコードはグループ化され、レベル構成と呼ばれます。

たとえば、ゲーム「Chip＆Dale」のレベルとドアの構成：

ドアの説明（25エントリ）

 1E673 -    . 1E68B - Y . 1E6A3 - X . 1E6BB -     . 1E6D3 -     . 1E6EB -   . 1E703 -    (           ). 1E71B -     (    ). 1E734 -    Y. 1E74C -    X.
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

レベルの説明（15エントリ）

 101B2, 101A3 -      X  ( ). 101D0, 101C1 -      X  (  ). 101EE, 101DF -      Y  ( ). 1020C, 101FD -      Y  (  ). 1022A, 1021B -    . 10248, 10239 -           . 1E201 -       (   ). 1E26A -    . 1E2A6, 1E297 -    ( ). 1E2C4, 1E2B5 -    (  +  ). 1E210 -     . 1E23D -      (8x=enemy gfx, 9x=tile gfx). 1E24C -      (8x=enemy gfx, 9x=tile gfx). 1E25B -  ,   . 1E279 -   ,   . 1E288 -     (    ). 1E22E -     . 1E21F -     .
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

したがって、16ビットでは64 KBのメモリしかアドレス指定できず、ROMイメージのサイズがはるかに大きくなる可能性があるため、注意深い読者はすべてのポインターが2バイトしか占有しない理由を尋ねます。 答えは、NESでは、この制限を回避するために、異なるメモリバンク、マッパーの接続を制御するカートリッジで特別なマイクロチップが使用されるということです。 ROMからの読み取りを行うプロセッサのアドレス空間にアクセスするときに、どの特定のROMメモリバンクを読み取るかを決定します。 NESへのポインターについては、cah4e3の記事を参照してください 。



プログラミング時のメモリバンクは、NESの重大な制限です（特定のタスクでは、特定のバンクに空きスペースが必要な場合がありますが、他のバンクにはまだ十分な場合でもあります）および研究の追加の難しさ（メモリに対応するポインターとバンクを比較する必要があります）。



バンク間でデータを分散する2つの可能な方法は、このアーキテクチャから得られます：1つのレベルのすべてのデータを1つのバンクに保存するか、1つのタイプのすべてのデータセットを1つのバンクに保存します（1つのマクロブロック、別のブロック、3番目の画面）。 さまざまなエンジンで、最初のアプローチと2番目のアプローチの両方が見つかります。 「カプコン」は、多くの場合、1つのバンクに同じレベルのデータを保存します。たとえば、「メガマン4」では、ブロックとマクロブロックへのポインターもすべて同じです。つまり、バンクを切り替えると、データはプロセッサーのアドレス空間の同じアドレスにマッピングされます。 それでも、バンクはフレームごとに数回切り替えられます。つまり、必要なデータはROMイメージのさまざまな場所に散在しています。

オブジェクトのリストの構成

本格的なゲームのレベルマップに加えて、ボーナス、敵、破壊可能なオブジェクト、装飾用のアニメーションオブジェクト、ドア、およびゲームの他の論理要素などのゲームオブジェクトのリストも指定する必要があります。 前の2つのパラグラフでは、レベル設定に到達する方法を示しました。この設定では、高い確率で、ゲームオブジェクトのリストの先頭へのポインタを見つけることができます。 このリストは別の方法でも見つけることができます-画面上のオブジェクトに関する情報が保存されているRAM内の場所を計算し、そこからアドレスの検索を開始します。 メモリ内のこれらのアドレスを「フック」する方法はいくつかあります。

• 敵が画面に表示されたら、時間を遅くしてX、Y座標またはその他のパラメーターを確認します（メニューツール->ラム検索... ）。 したがって、RAMの「Darkwing Duck」の画面上の敵のパラメーターは、列0x580 （最初のオブジェクトの場合は0x581、2番目の場合は0x581、3番目の場合は0x582など）-オブジェクトの移動方向、 0x5A0-残りのヘルスなどに格納されます。 。 その中で、オブジェクト番号を見つけることができます
• 画面に表示されるオブジェクトのカウンターを追跡します。 次のオブジェクトが表示されると、1ずつ増加します。 ちなみに、メモリを検索せずに表示できますが、RAMを直接見ると（FCEUXでは、最近変更されたセルを強調表示する機能があるため便利です（メニューツール-> Hex Editor ））：
  
  
  
  
  
  セル0x70は、画面上の新しいオブジェクトの出現と同時に増加します（Darkwing DuckとChip＆Daleの両方で）。
  
  
• 敵を殺すためにスコアリングするゲームでは、ブレークポイントを設定してスコアカウンターを増やし、スコアリング機能に移動できます。スコアリング機能では、敵の数を使用して、
• 研究者の想像力によってのみ制限される他の方法

選択された方法に関係なく、上記から遅かれ早かれ、調査はレベル設定につながり、そこからオブジェクトのリストの先頭のアドレスを見つけることができます。 「Darkwing Duck」の場合、オブジェクトの説明は次のとおりです。

 1  — 0x10315-0x10347 2  — 0x10438-0x10473 3  — 0x10584-0x105C7 6  — 0x106A0-0x106D5 4  — 0x10816-0x10865 5  — 0x10962-0x109A0 7  — 0x10A89-0x10AC2
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

これらのアドレス付近でのデータ破損に関するいくつかの実験の後、その構造が明らかになります。オブジェクト自体のリストの前に、オブジェクトの座標XとYのペアを持つ同じ長さの4つの配列があります。 上位バイトはオブジェクトが表示される画面の座標を示し、下位バイトは画面上のオブジェクト自体の座標を示します。 したがって、オブジェクトの位置とタイプを完全に記述するには、それぞれ5バイトかかります。

また、リスト内のオブジェクトは画面に表示される順序でソートする必要があることも明らかになります。これは、エンジン内にリスト内の次のオブジェクトの外観をチェックし、その後にカウンターを1増やしてから次のオブジェクトをチェックするプロシージャがあるためです プレーヤーの背後にある場合（およびゲーム内でスクロールバックしない場合）、画面に表示されることはありません。 オブジェクトを並べ替えるときに考慮しなければならないオブジェクトのリストに関するエンジンの機能がいくつかあります。たとえば、ドアに入った後、カウンターがリセットされ、エンジンはリストの最初のオブジェクトを検索します。 これにより、元のゲームにはなかったいくつかの代替トランジションでレベルを構築できます。



他のエンジンでは、オブジェクトリストデバイスは非常に類似しており、オブジェクトの座標の1つを1バイトでエンコードする（定数を乗算するか、「ダックテイルズ2」などのオブジェクトセット全体のベースとして固定アドレスを使用するなど）または、オブジェクトのリスト内の可変長のエントリ（たとえば、「New Ghostbusters 2」では、敵の座標がそこに格納されますが、ドアの場合は遷移が行われる部屋もあります）。



Duck Talesのすべてのタイプのオブジェクトのデコード： gist.github.com/spiiin/5524555

アニメーションシステムデバイス

オブジェクト番号は単なる定数ではなく、すべてのオブジェクトに関するレコードの配列内のインデックスです。

アドレス範囲0x05A4-0x05AF （画面にオブジェクト番号を保存する）に記録するためのブレークポイントは、オブジェクトの特性がロードされる場所を示します。

 LDA (06), y. [cpu addr 0x8C57->rom addr 0x10C67] - 4   () LDA (04), y. [cpu addr 0x8AB3->rom addr 0x10AC0] - 4   ()
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

最初の配列には、オブジェクトの寿命の数と3つの空のフィールド（明らかに、より多くの特性があったMega Man 4エンジンから継承）が格納され、2番目の配列には：

 1-  -  . 2-  -     (         ). 3-  -    . 4-  -   -      .
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

次に、アニメーション番号を調べます。これにより、数ステップでオブジェクトアニメーションシステムのストレージデバイスを理解できます。



各アニメーションは、いくつかのフレームと再生時間で構成されています。

  : { 1  - -  N. 1 . . N  -  . }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

タイマーにより、フレームは次のように切り替わります。

  : {          ( 1.  -  ) }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

（フレームの配列は、異なるバンクに分割するためにサイズが大きいため、ROMイメージでは2つの部分に分割されます）。



画面へのすべてのフレームタイルの出力は、NESの標準的な手段によって実行されます。画面ページに加えて、ビデオプロセッサは、画面上の任意の場所に画面上のタイル（8x8サイズ）を描画できます。画面上のスプライトの表示の詳細については、「スプライト」セクションを参照してください。 DMAコントローラ。」



同様のアニメーションシステムは、ゲーム「Darkwing Duck」、「Chip＆Dale」、「Duck Tales」で使用されます（最初の部分、「Chip＆Dale 2」および「Duck Tales 2」には独自のシステムがあります）、「Little Mermaid」、「Tale Spin 「、」メガマン」（2〜5）、「マイティファイナルファイト」。

アニメーションを編集するには、 CadEditorエディターまたはCapcom Sprite Assemblerユーティリティを使用できます。

ゲームオブジェクトの更新機能

ゲームオブジェクトがフレームに表示されると、そのゲームサイクルごとに更新機能が呼び出されます。これは、すべてのゲームロジックを担当します。画面内での移動、新しいオブジェクト（弾丸など）の生成、壁、床、その他のオブジェクト間の衝突の処理、および切り替え論理的なフェーズとアニメーション（例： ウォーキング->ジャンプ->着陸 ）。



前のセクションで更新関数番号を探してから、オブジェクトの現在のパラメーターが保存されているメモリセルを調べる必要があります。 「ダークウィングダック」の場合：

 4D0 -  (/  /// etc.). 420 -   580 -   5A0 -   (80,   ) 410 -   430 -     400 -  ( , ,   , etc.)  .
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

これに続いて、オブジェクトの各機能の動作のロジックを理解するための骨の折れる作業が続きます（通常は最初の2つまたは3つだけが難しく、すべてが繰り返されます）。

たとえば、ブラックマントの最初の敵であるロボットの更新機能コード： gist.github.com/spiiin/14197bc6b8889a0dd4f0



ロボットには2つのフェーズがあります。最初のフェーズ（ 「パトロール」 ）では、ポストを離れず、そこから小さな半径を歩き、ブラッククロークを求めて頭を回して停止する場合があります。 プレイヤーまでの距離が32ピクセルに減少した場合、またはロボットの健康状態が低下した場合、 「攻撃」段階に入り、プレイヤーがいる方向に動き始め、行き止まりになった場合にのみ方向を変更しますジャンプで降りることができます。



オブジェクトを作成するための特別なツールはありません。できれば更新機能のサイズ制限に合わせて、コードを書き直す必要があります。 ただし、これはロックマンマイナスインフィニティのような素晴らしいハックの作成を妨げません。

マスターカードデバイス

ボーナスは、メインカードのデバイスに関する小さなセクションになります。 彼女にとって、「Darkwing Duck」はブロックではなく、記述的な方法を使用しています（データストレージの方法については、シリーズの最初の記事を参照してください）。

同時に、ストレージメソッド（アセンブラコードで記事を過負荷にしないためにスキップします）の解析に加えて、マップを変更するには、マップをROMイメージに保存する方法を記述する必要もあります。 記述的なストレージの方法は、すべてのゼロのチェーンがカードからスローされ、それらの代わりに、各データチェーンが開始元のアドレスを示すため、データをカードに入力する場所が明確になります。







C＃ パッカーコード ： gist.github.com/spiiin/8738491



これで、マップをエディターに追加できます。







...そして、たとえば、ブラッククロークをサンカナルから別の都市に移動するには：

あとがき

これが十分でない人のために、私はエンジンの独立した研究を続けるか、Darkwing Duckに似たMega Man 4エンジンの分解されたコメント付きコードを研究することを提案できます。 そこから、記事で解析されなかった情報、たとえば、パレットを切り替えることによる背景アニメーションなど、サウンドエンジンデバイスや特殊効果デバイスを描画できます。



誰かがゲームエンジンのデバイスの他の側面に興味がある場合は、コメントを歓迎します。それを整理するのを手伝います。