Juegos: ¿Qué hay detrás de la pantalla?

Juegos¿Que hay detras de la pantalla?

Marcelo Arroyo

Dpto. de Computacion - FCEFQyN - Universidad Nacional de Rıo Cuarto

Mayo de 2011

Marcelo Arroyo Juegos 1/21

Juegos

SuperTuxKart


Juegos: Caracterısticas

¿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 fısico preciso)• Cuerpos solidos y blandos (deformables)


Juegos: Caracterısticas

¿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 fısico preciso)• Cuerpos solidos y blandos (deformables)


Juegos: Fısica

Partıculas1 Posicion:

x

y

zp =

xyz

2 Velocidad:

v = lım∆t→0

∆p

∆t=dp

dt= p′

3 Aceleracion:

a = lım∆t→0

∆v

∆t=dv

dt= v′ = p′′


Juegos: Fısica

IntegracionDada una aceleracion, necesitamos calcular su velocidad yposicion

v =

∫ T

t=0a dt

p =

∫ T

t=0v dt

p =

∫ T

t=0

∫ T

t=0a dt

Con aceleracion constante:

v(t) = v(0) + at p(t) = p(0) + p(0)t+ a1

2t2


Juegos: Fısica

Leyes de Newton1 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 aceleracionproporcional a su masa

f = ma a =f

m

3 La fuerza de gravedad (g ≈ 10m/s2):

f = mg a = g gravedad =

0-g0


Juegos: Cuerpos rıgidos

Fısica de cuerpos rıgidos• Centro de masa (o gravedad): 1

m

∑ni=0mipi

• Rotacion (eje,angulo): Matrices de rotacion (3x3) ocuaterniones


Juegos: Cuerpos rıgidos (cont.)Fısica de cuerpos rıgidos (cont.)• Velocidad angular: velocidad y direccion de la rotacion• Cuaterniones: Orientacion de un cuerpo

cosπ2x sin π

2y sin π

2z sin π

2

• 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 transpuestas3 Transformaciones: Cuaternion⇐⇒ matriz (3x3)


Juegos: Cuerpos rıgidos (cont.)

Fısica de cuerpos rıgidos (cont.)• Aplicacion de fuerzas: Newton 2 con rotacion

1 Aceleracion: a = m−1f2 Rotacion: Θ′′ = I−1τ3 Torque: fuerza aplicada en un punto relativo al origen

τ = pf × f

4 Momento de inercia: Dificultad para rotar

Ia =

n∑i=0

mi × d2pi→a


Juegos: ColisionesDetectar choques entre objetos

Reaccion ante choques


Juegos: ColisionesDetectar choques entre objetos

Reaccion ante choques


Juegos: Deteccion de colisionesDificultad de implementacion en tiempo real

• Volumenes delimitados (cajas,esferas, cilindros, . . . )

• Particionado del conjunto deobjetos para evitarcomparaciones todos con todos(O(n2))

• Grillas• Particionado binario del

espacio• Quad-trees, Oct-trees

• Detectores: Dos etapas1 Seleccion de candidatos2 Deteccion de proximidad y

generacion de contactos


Juegos: Ejemplo en 2D

Uso de Axis Aligned Bouding Boxes


Juegos: Colisiones (ej. de falla)

Falla en deteccion de colision


Juegos: Colisiones (ej. de falla)

Falla en respuesta a colision


Juegos: Cuerpos articulados

Articulaciones (joints)


Juegos: Graficos

Visualizacion• Personajes animados• Terrenos complejos (llanos, montanas, agua, . . . )• Posicionado dinamico de camaras• Iluminacion dinamica

Modelado

⇒ ⇒


Juegos: Graficos


Modelado

⇒ ⇒


Juegos: Graficos


Modelado

⇒

⇒


Juegos: Graficos


Modelado

⇒ ⇒


Juegos: Modelado (cont.)

Modelado con poliedros

⇒ ⇒

⇒




⇒

⇒

⇒




⇒ ⇒

⇒




⇒ ⇒

⇒




⇒ ⇒

⇒


Juegos: Rendering (cont.)

Visualizacion de una escena1 Texturado2 Proyeccion: Vista de camara, rotaciones, zoom, . . .3 Iluminacion: color, refraccion, sombras, . . .4 Niebla


Juegos: Arquitectura

Componentes1 Generadores de fuerzas (y torques)2 Simulador de cuerpos rıgidos (motor de fısica)3 Detector y manejador de colisiones4 Renderer de graficos (y sonido)

Estructuras de datos1 Geometrıa de rendering y materiales (texturas, . . . )2 Geometrıas de colisiones3 Cuerpos rıgidos (sus propiedades)


Juegos: Herramientas

Bibliotecas de fısica (motores)• 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

















Juegos: Conclusiones

Escenario muy interesante• Fısica• Geometrıa y algebra lineal• Computacion grafica• Modelado• Estructuras de datos y algoritmos• Paralelismo

Algo de bibliografıa• Game Physics Engine Development. Ian Millington• OpenGL Programming Guide (the red book)• Blender tutoriales (videos)



¿Que falta?• Cuerpos blandos o deformables

• Pelo• Ropa

• Dinamica de fluidos• Lıquidos• Gases

• Explosiones• Balıstica• . . .

Muchas gracias¿Preguntas?



¿Que falta?• Cuerpos blandos o deformables

• Pelo• Ropa

• Dinamica de fluidos• Lıquidos• Gases

• Explosiones• Balıstica• . . .

Muchas gracias¿Preguntas?


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Juegos: ¿Qué hay detrás de la pantalla?