Enginepfad
Inhaltsverzeichnis
Der Enginepfad
Einführung
Willkommen auf dem Enginepfad des DelphiGL-Wikis. Dieser Pfad soll euch zeigen wie man eine Engine von Grund auf konzipieren und realisieren kann.
Wie funktioniert der Trampelpfad? Im nachfolgenden Abschnitt findet ihr einen Text, der euch etwas über Engines erzählen soll. Dieser Text ist durchsetzt mit Schlagwörtern, welche Links auf andere Artikel im Wiki sind. Wenn ihr diesen Links folgt, erfahrt ihr mehr zu den entsprechenden Themen.
Sinn des Trampelpfades ist es, euch die Artikel aufzuzeigen, welche ihr gelesen haben solltet und welche nützlich für den Einstieg in OpenGL sind. Am Ende dieses Trampelpfades findet ihr noch Links, die euch die Materie genauer erklären werden.
Der Trampelpfad
Am Beginn steht bei den meisten Anfängern zum Thema Engine die Frage "Was brauch' ich um eine Engine zu entwickeln?". Je nach dem welches Betriebsystem ihr als Plattform gewählt habt, können sich die Hilfsmittel unterscheiden.
Weiterhin ist die Wahl der Sprache zu treffen.
Wenn ihr mit Object Pascal in seinen vielen Varianten (z.B. Delphi) arbeiten wollt, dann ist der DGLOpenGL.pas-Header genau das richtige für euch. Wenn es eine andere Sprache sein soll, müsst ihr euch dann nach einen aktuellen Header in Google umschauen. Es ist im vorhinein schon zu erwähnen, dass dieses Wiki Object Pascal in seiner Vielfalt verwendet.
Vorbereitung
Als erstes muss uns klar werden, welches Ausmaß die Engine erreichen soll. Davon abhängig ist unsere Planung zu gestalten:
- 1. Es ist ratsam mit der Plattformunterstützung anzufangen, da diese unsere unterste Schicht bilden wird.
- Hier ist als erstes zu sagen, je mehr Plattformen unterstütz werden sollen, desto aufwendiger wird das Projekt.
- Mit Plattformen sind hier z.B. PC mit 32Bit/64Bit, Konsolen (PS1-3, XBox-360, Wii, GP2X, ...) und mobile Geräte (Palm, PSP,...) gemeint.
- Für jede Plattform gibt es eine oder mehrere Betriebssysteme zur Ansteuerung der Hardware.
- Hier eine kleine Liste mit verschiedenen Betriebssystemen:
- Windows
- Linux
- MacOS X
- 2. Abhängig davon wählen wir nun unseren Compiler.
- Delphi (Windows 32Bit)
- FreePascal (Unterstützung für alle erwähnten Plattformen und OS)
- gcc (Unterstützungen für alle erwähnten Plattformen und OS)
- Kylix (Linux 32Bit) (Veraltet, nicht mehr in Entwicklung)
- VisualC++ (Windows 32/64Bit WinCE)
- 3. Nun sollten wir entscheiden, welche Bibliothek wir für das Ansprechen der Grafikkarte verwenden:
- Es gibt einige wie z.B. DirectX, GDI, AGG und Mesa aber wir wollen uns mit OpenGL auseinander setzen, denn dieses ist ein OpenGL Wiki.
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Dieser Verweis führt Sie auf den Verwendungspfad in diesem Wiki und soll zeigen wie man OpenGL unter den einzelnen OS nutzten kann |
- 4. Nun kommen wir zu allgemeinen Bibliotheken für das Ansteuern unserer Hardware.
- Im Voraus ist zu sagen, dass ALSA und OSS Treiber unter Linux sind, die das Abspielen von Sound ermöglichen. Nur nur ein Bruchteil der Bibliotheken ist für 3D Sound ausgelegt und man müsste bei Bedarf noch einen eigene Dopplereffekt hinzufügen.
- Sound:
- ALSA (Linux)
- BASS
- Direct Sound (Windows)
- FMOD
- OpenAL
- OSS (Nur Linux)
- SDL
- Netzwerk:
- DirectX Net (Windows)
- SDL_Net
- Raknet
- 5. Jetzt sollte man entscheiden, ob und welche Bibliotheken man zur Erleichterung der nicht hardwarebezogenen Aufgaben wählt. Um den Rahmen nicht zu sprengen nur ein paar Beispiele.
- Physik:
- Fenster:
- Kompression:
- AI:
- 6. Nun beachten wir unser eventuell eingeplantes Budget (normalerweise 0 ^_^) und gehen die Liste oben nochmal durch.
- 7. Ein Programm teilt sich in der Regel in 3 Teilbereiche (im Bereich Software Engineering auch Pakete genannt), diese sind die GUI, die Programmlogik und die Datenbank.
- GUI:
- Die GUI sorgt dafür, dass alle Informationen dem User grafisch dargestellt werden. Dabei geht dieses natürlich auch in die Gegenrichtung. Also der User gibt Informationen an den Computer.
- Logik:
- Die Logik ist der größte Teil vom Programm, denn hier ist der ganze Code angesiedelt, der das Programm zum laufen bringt.
- Datenbank:
- Das Datenbank Paket, ist der Part wo alle Daten, die das Programm benötigt, zwischengespeichert werden. Das wären z.B. Variablen, Texturdaten, Spielerinformationen und so weiter.
- Wer sich in der Material nur ausprobieren will, kann anfangen, so viel wie möglich selber zu programmieren. Wenn es aber darum geht, eine Engine zu schreiben, welche man auch benutzten will, dann sollte man versuchen, so viel Code wie möglich wieder zu verwerten. Viele Programmierer haben schon Funktionen, Strukturen und Lösungen geschrieben und diese gilt es so gut wie möglich wieder zu verwerten. Dies hat viele Vorteile, denn man spart Zeit, man kann sich sicher sein, dass der Code standardmässig läuft und man hat sich viel Zeit mit der Konzeptphase gespart. Man muss in der konstruktiven Entwicklung nicht mehr das Rad neu erfinden. Der Trend in der professionellen Programmierung geht seit vielen Jahren in diese Richtung. SDL, OpenAL, DirectX, OpenGL, zLib und viele andere Bibliotheken haben sich so ihren Stellenwert erkämpft.
Planung
Wir gehen mal von ein "AllInOne Wonder" aus und nutzen FreePascal aufgrund der Plattformunabhängigkeit, SDL und sämtliche Zusatzpakete zur plattformunabhängigen Fensterinitialisierung sowie zum Laden von etlichen Bildformaten. Für die Soundausgabe werden wir aufgrund von Kostengründen auf OpenAL setzen. Für die Physik ist eine vorhandene Bibliothek wie zum Beispiel ODE zu favorisieren, da diese schon ausgereifter als eine selbst entwickelte ist. Doch kann im Gegenzug eine eigene Physik-Bibliothek eventuell schneller und viel schlanker sein, wenn man nur eine handvoll Dinge benötigt.
Geht's nun Los?
Na ja, nun kommt der wahrscheinlich unangenehmste Satz für alle:
Die Entwicklung einer Engine bedarf einer ausführlichen Planung, was kurz und knapp ein Softwarecycle bedeutet. Nun sollte man die einzelnen Schritte eines Softwarecycles abarbeiten und ganz am Ende, wenn viel Zeit rum ist, kann man dann endlich anfangen den Compiler flott zu machen. Kleiner Tipp: Macht euch die Mühe, da diese sich umso mehr auszahlt, je grösser das Projekt ist(für ein Packman Clon ist es aber eher Zeitverschwendung). Das Allerwichtigste bei großen Projekten ist, dass Aufgabenpakete/Module geschnürt werden. Diese sollten nach dem Blackbox-Prinzip erstellt werden. Dadurch können die Module unabhängig voneinander von verschiedenen Personen erstellt werden. Um so etwas realisieren zu können, ist natürlich klar, dass in die Planung der Schnittstellen zwischen den Modulen sehr viel Zeit eingesetzt werden sollte. Änderungen in den Modulen sind kein Problem, Änderungen an der Schnittstelle können Einfluss auf das gesamte Projekt haben. Eine Engine kann entweder auf Low-Level oder High-Level API aufsetzen, idealerweiser sollte man eine Zwischenlösung nutzen, hierzu finden Sie unter High/Low-Level API weitere Informationen.
In der Industrie verwendet man in größeren Engines Wrapper. Dieser ist dazu da, dass OpenGL/SDL und DirectX über eine eigene API angesteuert werden kann und somit ist es möglich die Engine mit den verschiedensten Plattformen (PC, Konsole, etc.) zurecht kommt. Laut einer neueren Umfrage schreiben 75% alle amerikanischen Publisher ihren Entwicklerteams vor, dass sie eine Engine mit genau dieser Eigenschaft nutzen. Des weiteren ist es auch immer häufiger, dass Publisher auf der ganzen Welt ihren Entwicklerteams vorschreiben, dass sie eine fertige Engine (Middleware) zu verwenden haben. Dies hat den Grund, dass der Publisher somit das Risiko eines Spiels vermindert und Geld spart - schließlich kostet das Entwickeln einer Engine eine große Summe an Geld und die Künstler sitzen währenddessen ohne Arbeit herum. Diese kalkulierten Kosten sind in der Summe höher als der Preis einer aktuellen Engine, wie zum Beispiel die "Vision" oder "Source" Engine.
Wenn Sie es noch nicht getan haben, dann schauen Sie sich am besten noch ein Buch oder Artikel über Pattern/Muster an. So sind Adapter, Singleton, Observer Muster sehr sinnvoll zu kennen. So kann man z.B. für Materials, Texturen, Shader, Models, Animationen und alle anderen auf Daten basierte Komponenten mit dem Adapter Muster sehr flexibel sein. Für ein SceneGraph kann man das Observer Muster prima anwenden und Singleton kann man für alle Manager verwenden.
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Siehe die Tutorial Reihe Softwareentwicklung |
Die ersten Schritte in eine nicht reelle Welt
Nachdem man weiß, was das Projekt einmal enthalten soll, besteht der erste Schritt darin, Manager zu erstellen, die die Arbeit erleichtern. Bei 3D-Spielen ist z.B. ein Leveleditor kein Feature, was am Ende entwickelt wird, sondern der Editor ist fertig, noch bevor das Spiel getestet wird. Deshalb gibt es in Firmen Programmierer, die nichts anderes machen als Tools/Manager für die Erstellung der Inhalte zu fertigen. Dazu gehören:
- Leveleditoren um die "Welt" zu erstellen.
- Texturmanager um den Programmierern den Zugriff auf die Texturen so einfach wie möglich zu machen.
- Soundmanager (siehe vorheriges)
- Lademanager für eigene Dateiformate.
Nun ist es so weit, wir wissen was wir wollen und haben alles durchdacht.
Nun gilt es die einzelnen Module in die Tat um zu setzen.
Einige Module die es 3D Anwendungen/Spielen geben könnte:
Grundlagen:
- Template
- Kamera
- Schrift
- Input (Maus/Tastatur)
- Adapter Muster
Fortgeschrittene Grundlagen:
- Sound
- Physik
- Texturen
- Levelformat
- Modelformat
- Console (Laufzeit-Schnittstelle zur Engine)
- GUI (Game User Interface)
- Netzwerk
Fortgeschritten:
- Shader
- Materials
- Packformate
- VFS (Virtual File System)
- Soundformat-Erweiterungen
- KI
- Script
- Scene Graph
Sieht doch eigentlich nach nicht so viel aus oder?
Doch der Schein trügt. In großen Firmen sitzen meist mehrere Programmierer, die in diesen Gebiet erfahren sind, an nur ein, maximal 2 Modulen. Wie ist es dann möglich, dass es trotzdem so viele Spiele/Engines gibt, die nicht von Firmen sind ?
- die Planung wird bei weitem nicht so groß ausfallen wie in Grossfirmen
- die Koordination von vielen Person ist sehr schwer und es kann zu großen Zeitlücken kommen
- meistens wird die Planung sowieso nicht in die Tat umzusetzen sein, es gibt immer ein Problem
- ein kleines Team kann sich im besten Fall gegenseitig hochpushen und zu mehr anspornen
- Großfirmen haben selten die Möglichkeit, mal einen Codefetzen in Foren zu setzen und verbessern zu lassen
- das Nutzen von Bibliotheken ist sehr zeitsparend
Die Engine ist fertig oder doch nicht?
Es gibt ein Unterschied zwischen der Entwicklung von einer Engine und der Entwicklung einer Engine für ein Spiel. Die Engine für ein Spiel ist festgelegt und hat ein Endpunkt, was sie leisten soll. Eine Engine als selbststehendes Projekt wird hingegen nie fertig, man kann sie immer wieder optimieren und erweitern. Doch kommt der Punkt, wo die Qualität den Ansprüchen völlig ausreichend ist. Man sollte nun noch überlegen, ob man eventuell ein Tool zur leichteren Handhabung der Engine entwickelt. So kann ein GUI-Editor oder Material-Editor die Arbeit um vieles erleichtern, wenn es dann heißt die Engine auch zu nutzen. Diese Tools nennt man dann die Toolchain einer Engine und dort gehören dann neben den Editoren auch Compiler, Libs und Ressourcen hinzu.
Nun bleibt es nur noch zu sagen: viel Glück und Erfolg mit der Entwicklung einer eigenen Engine. Mögen die bereitgestellten Links zur Erleuchtung führen.
