Loops Jason Gregory : Game Engine Architecture

1. LoopsJason Gregory : Game Engine Architecture Tobias Kemper Softwaretechnologie II (Teil 2)HKI Uni Köln SS 2013

2. Zeit • Unterschiedliche Arten von Zeit • Real time • Game time • Local timeline

3. Loops • Rendering Loop • Neuberechnung des Bildschirminhalts für jedes einzelne Frame • Für die Erzeugung der Illusion von Bewegtbildern While (!quit){updateCamera();updateSceneElements();renderScene();swapBuffers();}

4. Loops • Game Loop • Unterhält die interagierenden Subsysteme • Periodisches Updaten der Systeme in unterschiedlichen Raten • Masterschleife

5. void main() // Pong { initGame(); while (true) // game loop{ readHumanInterfaceDevices(); if (quitButtonPressed()){ break; // exit the game loop } movePaddles(); moveBall(); collideAndBounceBall(); if (ballImpactedSide(LEFT_PLAYER)){ incremenentScore(RIGHT_PLAYER); resetBall(); } else if (ballImpactedSide(RIGHT_PLAYER)){ incrementScore(LEFT_PLAYER); resetBall(); } renderPlayfield(); } }

6. Game Loop Architecture • Windows Message Pumps • Nachrichtenschleife,  die auf Nachrichten von Windows "lauscht"  und nur wenn alle abgearbeitet sind,  wieder die Engine arbeiten lässt • Callback-Driven Frameworks • in framework basierten engines wurde die Haupt Game loop  schon geschrieben und wird vom Programmierer mit Callback-Functionsgefüllt • Event-BasedUpdating • Event System im Spiel behält Überblick über „interessante“ Statusänderungen und updated die Subsysteme

7. Abstract Timelines • abstrakten Zeitachsen, die relativ zu anderen im System liegen können • RealTime wird dabei über den CPU internen Timer in CPU-Cycles gemessen • GameTime ist unabhängig von der RealTime und kann für verschiedene Effekte genutzt werden • Lokale Zeitachsen für video/animation/audio

8. Zeit messen und mit Zeit arbeiten • Menge der Zeit die zwischen Frames vergeht ist bekannt als "Delta Time" Δt • 30 FPS -> Δt = 1/30 einer Sekunde • Berechnung von Geschwindigkeit (Bsp Raumschiff) • Geschwindigkeit v * Δt = Änderung der Position Δx • Wichtig: Zeit CPU-Unabhängig machen

9. Zeiteinheiten und Variablen • 64-Bit Integer Zeitmesser • Extreme Präzision • 32-Bit Integer • Kurze Zeitabstände mit hoher Präzision • 32-Bit Fließkomma • Nur für kurze Δt von maximal wenigen Minuten (eher nur single-frame oder weniger) • 1/300 Sekunde Zeiteinheit

10. Multiprocessor Game Loops • Multicore Prozessoren -> Verlagerung hin zu paralleler Datenverarbeitung • Multithreaded Programmdesign • Nutzung der Hardware maximieren • Ruhezeit minimieren

11. Multicore Architektur nutzen • „SIMD“ • „ForkandJoin“ • „One Thread per Subsystem“ • „Jobs“

12. Netzwerk Multiplayer Game Loops • Client-Server Modell • Peer-to-Peer

13. /

14. QUAKE II

15. int WINAPI WinMain ( HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, intnCmdShow) { MSG msg; int time, oldtime, newtime; char *cddir; ParseCommandLine (lpCmdLine); Qcommon_Init (argc, argv); oldtime = Sys_Milliseconds (); /* main window message loop */ while (1) { // Windows message pump. while (PeekMessage (&msg, NULL, 0, 0, PM_NOREMOVE)) { if (!GetMessage (&msg, NULL, 0, 0)) Com_Quit (); sys_msg_time = msg.time; TranslateMessage (&msg); DispatchMessage (&msg); } // Measure real delta time in milliseconds. do { newtime = Sys_Milliseconds (); time = newtime - oldtime; } while (time < 1); // Run a frame of the game. Qcommon_Frame (time); oldtime = newtime; } // never gets here return TRUE; }

16. void Qcommon_Frame (intmsec) { char *s; inttime_before, time_between, time_after; // [some details omitted...] // Handle fixed-time mode and time scaling. if (fixedtime->value) msec = fixedtime->value; else if (timescale->value) { msec*= timescale->value; if (msec < 1) msec = 1; } // Service the in-game console. do { s = Sys_ConsoleInput (); if (s) Cbuf_AddText (va("%s\n",s)); } while (s); Cbuf_Execute(); // Run a server frame. SV_Frame(msec); // Run a client frame. CL_Frame(msec); // [somedetailsomitted...] } // never gets here return TRUE; }