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Retos Tecnológicos en Videojuegos

Retos Tecnológicos en Videojuegos. Jesús de Santos García Equipo de Tecnología Pyro Studios. Retos Tecnológicos en Videojuegos. Filosofía general de esta presentación Pocos detalles técnicos (referencias al final de la presentación) Abarcar el mayor numero de áreas posible

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Retos Tecnológicos en Videojuegos

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Presentation Transcript

  1. Retos Tecnológicos en Videojuegos Jesús de Santos García Equipo de Tecnología Pyro Studios

  2. Retos Tecnológicos en Videojuegos • Filosofía general de esta presentación • Pocos detalles técnicos (referencias al final de la presentación) • Abarcar el mayor numero de áreas posible • Dar una visión general del tipo de problemas técnicos a los que nos enfrentamos los programadores de videojuegos • No estrictamente problemas técnicos • ¿Qué tipo de “retos tecnologicos”? • Puramente técnicos • Problemas de tratamiento de datos • Complejidad humana en el proceso

  3. Retos Tecnológicos en Videojuegos • En la siguiente hora • Tecnología gráfica • Física • IA • Multithreading • Desarrollo de Herramientas • Metodologías / Procesos de Trabajo • Resto • Preguntas

  4. Retos Gráficos • Potencia gráfica cada vez mayor. • Ritmo de crecimiento superior a la Ley de Moore • GPU: cada vez mas funcionalidad de propósito • CPU: cada vez mas cores paralelos http://www.reghardware.co.uk

  5. Retos Gráficos • Potencia gráfica de cada plataforma • PC • Shader Model 3.0 • Shader Model 4.0 • OpenGL 2.0, DX9, DX10 • XBox 360 • 3 PowerPC 3.2GHz x 2 threads hardware • Tarjeta ATI – SM 3.0 - 500Mhz • Memoria unificada 512Mb • ~DX9.5 • PlayStation3 • 1 PPU (PowerPC 3.2Ghz) + 6 SPU (3.2Ghz) • Tarjeta nVidia – SM 3.0 – 550Mhz • 256Mb Video / 256Mb Sistema • libgcm / ~OpenGL ES • Wii • PowerPC 729Mhz • Tarjeta ATI 243Mhz (Gamecube) • 64Mb • ~OpenGL

  6. Retos Gráficos • Aprovechar todo el potencial disponible • Cada vez podemos asimilar más técnicas provenientes del mundo del Cine 3D • Materiales (Shaders) • Modelado • Iluminación • Sombras • Animación

  7. Gráficos - Materiales • RenderMan • Render empleado por Pixar para todas sus películas. La especificación es pública y ha sido empleado en un gran número de películas. • RenderMan Shading Language: un lenguaje para describir las propiedades visuales de los materiales (plástico, cristal…)

  8. Gráficos - Materiales • Ejemplo de RSL surface metal( float Ka = 1; float Ks = 1; float roughness = 0.1;) { normal Nf = faceforward(normalize(N), I); vector V = - normalize(I); Oi = Os; Ci = Os * Cs * (Ka * ambient() + Ks * specular(Nf, V, roughness)); }

  9. Gráficos - Materiales • Los videojuegos empezaron el camino de los shaders hace mucho tiempo. • Es ahora, en esta generación, cuando realmente estamos llegando a la libertad disponible en el cine. Fin de la época de los Pseudoshaders • HLSL, GLSL, CG

  10. Gráficos - Materiales • HLSL // // Directional Fragment Shader // float4 metal_fp( dirVertexOutput IN, uniform float Ks, uniform float SpecExpon, uniform float3 LightDir) : COLOR { float3 Nn = normalize(IN.WorldNormal); float3 Ln = -normalize(LightDir); float3 Vn = normalize(IN.WorldView); float3 Hn = normalize(Vn + Ln); float spec = pow(dot(Hn, Nn), SpecExpon); float3 color = Ks * spec; return float4(color, 1.0); }

  11. Gráficos - Materiales • En el pasado • Prácticamente un material común para todos los objetos. • Quizá algún material específico • Artistas ajustan el aspecto visual mediante parámetros de ese material • Textura • Color por vértice • Aspecto muy uniforme

  12. Gráficos - Materiales • En esta generación • Materiales específicos para cada uso. Podemos emplear materiales distintos para un mismo personaje por ejemplo: pelo, piel, ojos, metal • Ajuste de parámetros específicos del material • Librerías de materiales • Un montón de herencia proveniente del cine, que por supuesto hay que optimizar 

  13. Gráficos - Materiales • Efectos de postproceso • Un nuevo campo en este generación • Soporte de imágenes en coma flotante • Disponible todo el soporte de materiales • Ejemplos: • Desenfoque • Motion Blur • Gamma/Color correction • Flares / Glares

  14. Gráficos - Materiales

  15. Gráficos - Materiales

  16. Gráficos - Modelado • Técnicas de modelado para tiempo real • Bump Mapping. Jim Blinn (1978) • Optimizada dio como resultado Normal Mapping. • Usada prácticamente en todas las superficies de esta generacion • Información proveniente de un modelo de alta poligonización

  17. Gráficos - Modelado • Evolución del Bump Mapping • Desplazamiento real de geometría. Displacement Mapping • Ray Tracing implementado en el shader • No aplicable a todas las superficies (costoso) • Solo aquellos partes importantes (por ejemplo las más cercanas, cinemáticas) • En superficies más aptas para esta técnica, como por ejemplo los terrenos

  18. Gráficos - Modelado • Displacement Mapping

  19. Gráficos - Modelado • Gracias a estas técnicas, los modeladores solo crean una malla visual • Sin restricción de ningún tipo • Polígonos • Texturas / Mapeado • Zbrush • Esa malla es convertida luego a otra de menor detalle • Alto Detalle ~ Malla + Bump + Displacement • Proceso automatizable (asistido)

  20. Gráficos - Modelado • Subdivisión de superficies • Complemento ideal Displacement Mapping • Compresión / Reducción Bandwidth • Complicado de implementar en software • El siguiente paso necesario a implementar por hardware en la industria • Fin de los polígonos 

  21. Gráficos - Modelado • Subdivisión de superficies Modelo de http://developer.nvidia.com

  22. Gráficos - Iluminación • Uno de los grandes retos actuales • Técnicas habituales • Iluminación estática pegada en texturas: lightmaps. Generada offline. Baking • Luces dinámicas ordenadas por importancia • Luces por píxel • Luces por vértice • Luces por objeto

  23. Gráficos - Iluminación • Retos en iluminación • Iluminación dinámica • Mapas de opacidad • Precálculos de visibilidad • Información de transmisión de luz (PRT) • Ambient occlusion • Luces de área • Cube Maps • Spherical Harmonics • Cielos

  24. Gráficos - Sombras • Tema tradicionalmente complicado. • Muchos años luchando en este área. • Muchos años por luchar • Implementación más sencilla con restricciones conocidas • Proyección en el suelo • Juegos de lucha • Juegos de coches • Volúmenes de sombras precalculados

  25. Gráficos - Sombras • Reto tecnológico • Toda la iluminación dinámica • Auto sombras • Sin casos particulares • Tras un periodo confuso de técnicas, el cine marca una vez mas el camino a seguir: Shadow Mapping • Lance Williams (1978) • Simple • Eficiente • Soportado por hardware

  26. Gráficos - Sombras • Shadow Mapping

  27. Gráficos - Sombras

  28. Gráficos – Animación • Morphos • Animación facial • Soporte HW • Esqueletos / Bones • Misma técnica desde 10 años • Nuevos modelos • Retargeting • Generación dinámica de animaciones

  29. Gráficos • En resumen • Gran parte de técnicas heredadas del mundo del cine • Poder creativo en manos del artista • El principio básico sigue funcionando: no tiene que ser realista, tiene que parecerlo. Y si es posible, de la manera mas sencilla.

  30. Retos Tecnológicos en Videojuegos • En la siguiente hora • Tecnología gráfica • Física • IA • Multithreading • Desarrollo de Herramientas • Metodologías / Procesos de Trabajo • Resto • Preguntas

  31. Física • Responsabilidad del sistema Físico • Interacción del jugador con el entorno • Interacción entre objetos • Usos específicos según el tipo de videojuego: telas, vehículos • Ragdolls • Por lo general el sistema físico emplea una representación del mundo independiente a la visual • KDTree • BSP • OBBTree • KDopTree

  32. Física • La física de un videojuego es un campo en el que el empleo de middleware es una norma habitual • Havok • AGEIA / PhysX • Un camino que acabaran siguiendo prácticamente todos los subsistemas de un videojuego • ¿Para qué reinventar la rueda si otro la vende mas barata?

  33. Retos Tecnológicos en Videojuegos • En la siguiente hora • Tecnología gráfica • Física • IA • Multithreading • Desarrollo de Herramientas • Metodologías / Procesos de Trabajo • Resto • Preguntas

  34. Inteligencia Artificial • Campo con increíble potencial • Poco explotado hasta la fecha • El puesto de programador de IA era algo poco reconocido hasta hace poco • La potencia actual permite empezar a desarrollar inteligencia artificial de verdad.  • Comportamientos emergentes • Principal área de desarrollo del propio juego • Según vaya evolucionando el concepto de middleware los programadores del juego estarán mayormente en este campo

  35. Inteligencia Artificial • Entidad / Actor • Elemento principal • Comunicación mediante mensajes / eventos • Máquinas de estados

  36. Inteligencia Artificial • Es práctica habitual recurrir a lenguajes más eficientes en este campo que C/C++ • Lenguajes de script propios • Lua • Python • Lenguajes funcionales

  37. Inteligencia Artificial • Un lenguaje paralelizable es altamente deseable • Queremos cientos de actores ejecutándose individualmente • Cada uno es un cerebro implementado en un procesador virtual • Comunicación con otros cerebros mediante mensajes • Ejecución en una máquina virtual • Dominio diferente al del motor • Virtualización de recursos • Replicación de entidades por red • Analogía con un sistema operativo

  38. Inteligencia Artificial • UnrealScript // This is the automatic state to execute autostate Idle { // When touched by another actor… function Touch( actor Other ) { log( "I was touched, so I’m going to Attacking" ); GotoState( ‘Attacking’ ); Log( "I have gone to the Attacking state" ); } Begin: log( "I am idle…" ); sleep( 10 ); goto ‘Begin’; } // Attacking state. state Attacking state Attacking { Begin: Log( "I am executing the attacking state code" ); //... }

  39. Retos Tecnológicos en Videojuegos • En la siguiente hora • Tecnología gráfica • Física • IA • Multithreading • Desarrollo de Herramientas • Metodologías / Procesos de Trabajo • Resto • Preguntas

  40. Multithreading • Reto principal • Arquitecturas con varios núcleos • La evolución de los microprocesadores está cambiando • No se evoluciona creando micros con mayor frecuencia de cálculo • Se crean micros con varios núcleos que trabajan en paralelo

  41. Sistema • La concurrencia hardware es una realidad a día de hoy • PC • procesadores con 2 núcleos, con 4 núcleos… • XBox 360 • 3 procesadores con 2 threads por hardware = 6 unidades de ejecución en paralelo • PlayStation3 • 1 procesador principal (PPU) + 6 procesadores (SPU) de cálculo

  42. Sistema • Estamos ante una nueva revolución a nivel de software • Es necesario adaptar las técnicas de programación actuales para sacar provecho de la concurrencia. • Adaptar el motor de un videojuego a estas técnicas nuevas para poder sacar provecho. “The free luch is over” – Herb Sutter

  43. Sistema • Objetivo • Descomponer el trabajo realizado a lo largo de un fotograma en muchas tareas pequeñas • Conseguir una aplicación escalable a n núcleos • Portabilidad siempre interesante

  44. Sistema • Riesgos • El nuevo paradigma es difícil de llevar a cabo con los lenguajes actuales. • Lenguajes funcionales al rescate? Prolog, Haskell • C/C++ sigue siendo el principal lenguaje para crear videojuegos • Diseños con una gran cantidad de bloqueos ineficientes y muchas veces innecesarios • El resultado son arquitecturas complejas y con un alto riesgo • Primera generación de juegos de Xbox360 solo empleaba un núcleo • No existe una solución clara a día de hoy.

  45. Retos Tecnológicos en Videojuegos • En la siguiente hora • Tecnología gráfica • Física • IA • Multithreading • Desarrollo de Herramientas • Metodologías / Procesos de Trabajo • Resto • Preguntas

  46. Herramientas • La parte más importante en todo el proceso de producción del videojuego • El verdadero reto actual en la producción de videojuegos • Interface de la tecnología para los artistas • Una tecnología potente no vale para nada sin unas herramientas que expongan la potencia a los artistas • Esta es posiblemente la pagina mas importante de la presentación 

  47. Herramientas • Evolución en la complejidad de los datos en videojuegos • Commandos Strike Force (Pyro Studios) • 31000 ficheros • 12 GB • NextGen en desarrollo (Pyro Studios) • 65462 ficheros • 17.7 GB

  48. Herramientas • Características deseables en cualquier herramienta “decente” • Interacción entre las herramientas y el motor lo mas rápida posible • Visualización directa en el motor del juego • Recarga en caliente • Texturas • Modelos • Lógica

  49. Herramientas • Ejemplo • Editor de partículas

  50. Herramientas • Video de ejemplo

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