KTX в Dagon

Наконец-то реализовал давнюю идею поддержки текстур в формате KTX (Khronos Texture). Это контейнер, специально созданный для OpenGL и Vulkan и поддерживающий большое количество форматов текстур, включая сжатые. Особенно интересен KTX2, который позволяет хранить текстуры в формате Basis Universal — он хорош тем, что позволяет при создании игровых ресурсов не волноваться, что сжатие не будет поддерживаться на системах каких-то пользователей. Формат сжатия выбирается движком игры на основе информации от видеодрайвера, а затем текстура на лету транскодируется в этот формат. Эта фича нужна главным образом на мобильных платформах, но и в десктопном движке не помешает — Basis Universal сжимает очень эффективно и транскодируется в S3TC или BPTC за считанные мгновения.

Текстура KTX1/KTX2 загружается в объект KTXAsset, при его создании необходимо указать приоритет транскодирования. Если это TranscodePriority.Size, то загрузчик отдает предпочтение S3TC, если TranscodePriority.Quality — BPTC (при наличии поддержки). Также можно использовать TranscodePriority.Uncompressed, чтобы получить наилучшее качество — текстура будет распакована в RGBA8.

Пример:

TextureAsset aTextureBox;
TextureAsset aTextureEnvmap;

// В конструкторе сцены:

registerKTXLoader(assetManager);

// На стадии запроса ассетов:

aTextureBox = addTextureAsset("data/box.ktx2");
aTextureBox.conversion.hint = TranscodeHint.Size;

aTextureEnvmap = addTextureAsset("data/cubemap.ktx2");
aTextureEnvmap.conversion.hint = TranscodeHint.Quality;

// При создании материалов:

material.baseColorTexture = aTextureBox.texture;
environment.ambientMap = aTextureEnvmap.texture;

Dagon 0.19.0

Вышла новая версия движка! Релиз очень большой, все изменения детально описывать в этом посте не буду, перечислю только самое основное. Подробности — на странице релиза.

  • Добавлен модуль dagon.core.persistent — простая БД типа «ключ-значение», которую можно использовать для управления пользовательскими данными игры, такими как настройки и сохранения;
  • InputManager теперь поддерживает разделенные пробелами имена кодов клавиш в привязках. Вместо пробела используется символ плюса, например, kb_left+ctrl для левого Ctrl;
  • Dagon-приложение теперь устанавливает кодировку консоли на UTF-8 в Windows, чтобы нормально выводился нелатинский текст;
  • Добавлен SimpleRenderer, о котором я уже писал ранее — облегченный рендерер для казуальной и стилизованной графики;
  • Добавлена поддержка бокс-проекции для световых зондов. Ее можно включить с помощью свойства Entity.probeUseBoxProjection. Зонды теперь используют альфа-спад для плавного смешивания с данными в G-буфере — благодаря этой фиче сглаживается граница между интерьерным и уличным освещением. Для управления этим эффектом введено свойство Entity.probeFalloffMargin;
  • Добавлена поддержка ортогональных проекций: свойство RenderView.projection теперь принимает константы Perspective, Ortho и OrthoScreen. RenderView.orthoScale управляет масштабом проекции в режиме Ortho;
  • Добавлен новый примитив — цилиндр ShapeCylinder, а также Billboard (прямоугольник, который всегда направлен в сторону камеры);
  • Материалы теперь поддерживают произвольные преобразования текстур (аффинные матрицы 3×3) благодаря свойству Material.textureTransformation. Метод Material.setSprite(Vector2f uvSize, Vector2f uvPosition) можно использовать для наложения на квады фрагментов текстуры — полезно для рендеринга спрайтов и покадровой анимации;
  • Добавлен новый пакет dagon.collision — базовая система обнаружения столкновений;
  • В контроллере персонажей NewtonCharacterComponent появилась поддержка приседания (метод crouch) и улучшенная проверка земли.

Обновления

Улучшения в Dagon

Выход Dagon 0.19 уже не за горами, релиз планируется большой — накопилось множество изменений в различных частях движка.

dmech, мой старый физический движок, включает продвинутые алгоритмы проверки столкновений, которые до недавнего времени пропадали зря (в частности, Minkowski Portal Refinement и солвер Джонсона) — я решил исправить этот недочет и добавить их в Dagon в качестве пакета dagon.collision. В данный момент он поддерживает обнаружение пересечений между любыми выпуклыми телами и проверку пересечения выпуклого тела с лучом.

Продолжаю работу над упрощенным рендером, о котором уже писал ранее. Появились билборды и универсальная ортографическая проекция: теперь можно, к примеру, легко сделать изометрическое 3D со спрайтовой графикой, как на скриншоте. Среди прочих улучшений — рефакторинг компонента FreeviewComponent и улучшенный контроллер персонажа Newton (появилась поддержка приседания). Оптимизирован deferred-рендер, сокращено количество переключений кадровых буферов. Добавлен новый встроенный примитив — цилиндр.

BindBC-GLSLang

Написал биндинг к glslang, референсному компилятору GLSL от Khronos — можно генерировать модули SPIR-V для WebGPU-приложений прямо в D, без использования внешнего ПО.

https://github.com/gecko0307/bindbc-glslang

Раздел со статьями

Добавил раздел «Статьи» для быстрого доступа к ним. Там, в основном, написанное за последние 10 лет и доступное онлайн, так как более ранние мои материалы публиковались еще в PDF-версии журнала «FPS» и бумажных изданиях — ссылки на них поставить затруднительно.

Упрощенный рендеринг

По мере усложнения стандартного рендер-движка Dagon, повышаются и системные требования — в данный момент он требует довольно мощную видеокарту геймерского класса (желательно NVIDIA, желательно не ниже Turing). Но, поскольку далеко не все игры обязаны иметь топовую графику, неплохо предусмотреть в движке некий облегченный режим, оптимальный для казуальных жанров и стилизации под ретро, где не нужен сложный пайплайн с реалистичным освещением и PBR. В Dagon рендер уже давно структурно вынесен в отдельную систему, которую можно модифицировать и даже полностью заменять, не трогая остальной код движка — модель данных сцены и менеджер ресурсов в Dagon полностью независимы от рендера. Это позволило без особых сложностей добавить упрощенный рендер-движок SimpleRenderer, который вы можете создать в вашем классе игры (на базе Game или Application) и заменить им стандартный DeferredRenderer.

SimpleRenderer полностью переопределяет рендеринг объектов. Здесь по умолчанию нет физически обоснованных источников света, карт окружения и т.д. — за освещение отвечает простейшая модель Блинна-Фонга, которая в данный момент работает с одним глобальным направленным источником света (environment.sun текущей сцены). Нет normal mapping’а и прочих эффектов материала — учитывается только baseColorFactor/baseColorTexture. Но зато вы можете назначить вашим материалам любой шейдер с любыми эффектами — в DeferredRenderer такой возможности нет (все объекты с пользовательскими шейдерами трактуются как forward и рендерятся отдельно, после всех deferred-проходов). Также в этой системе поддерживаются слои, что позволяет явным образом задавать порядок рендеринга группам объектов — например, можно занести все прозрачные объекты в отдельный слой, который рисуется поверх дефолтного.

SimpleRenderer отлично подойдет для создания игр для low-end железа, он будет работать даже на самых слабых системах.

Бокс-проекция

Добавил в Dagon поддержку бокс-проекции для световых зондов окружения (EnvironmentProbe). Техника старая, но никем не отмененная — а главное, хорошо сочетается с deferred-рендером!

Стандартный environment mapping предполагает, что стенки виртуальной среды, с которой считывается освещение, бесконечно удалены от объектов сцены. Это допущение работает для открытого пространства, но не годится для интерьера. Бокс-проекция корректирует сэмплинг из карты окружения так, что результат выровнен по сторонам бокса заданного размера, благодаря чему минимумом ресурсов достигается сносного качества непрямое освещение в интерьере (если, конечно, карта окружения 1 в 1 совпадает с моделью комнаты). Это эффективный способ аппроксимировать локальный GI в ограниченном пространстве: окружение интерьера, с которого рендерилась карта, статичное, но любые другие объекты могут быть динамическими. При трансформации камеры или объекта внутри комнаты, отражения соответствующим образом меняются, причем как зеркальные, так и диффузные.

Получается даже имитировать объемные источники света! На скриншотах ниже нет ничего, кроме параллельного источника света для солнца и двух статичных карт окружения — для улицы и для интерьера. Отражения окон и светящегося блока на полу получаются автоматически:

Главным минусом техники является то, что создать под нее правильную карту не очень просто — нужно учитывать различия в координатных системах.

Итоги 2024 года

Декабрь — время традиционного подведения итогов за прошедший год:

  • Выпустил три версии Dagon — 0.16, 0.17 и 0.18. В движке появились подповерхностное рассеивание, зонды локального освещения среды, тональная компрессия AgX, улучшен встроенный контроллер персонажа. Добавлена поддержка Wayland под Linux и поддержка экранов с высокой частотой обновления. Наконец-то появились меш-группы в загрузчике OBJ, что позволяет рендерить загруженную модель по частям с различными материалами и настройками. Появился новый встроенный шейдер звездного неба для ночных сцен и игр с космической тематикой. Доступны новые примеры: веревка на основе интегрирования Верле и механика игры от третьего лица.
  • Dagon, в числе других примечательных проектов на языке D, был упомянут на конференции FOSDEM 2024 в Брюсселе, а позже на эту тему вышло интервью со мной в онлайн-издании «Вечерняя Казань».
  • Выпустил dlib 1.3.0, где был проделан ряд улучшений в математическом пакете и добавлен новый модуль dlib.math.random. Спасибо Александру Перфильеву aka aperfilev за багфиксы и поддержку GNU D Compiler в dlib.math.sse. В марте этого года библиотека побила все рекорды по скачиваниям за все время существования проекта — 14000 в месяц!

Ну и, конечно, небольшой список интересных событий в мире D и графического СПО:

  • Функция тональной компрессии AgX стала новым де-факто стандартом индустрии;
  • В языке Slang добавлена поддержка WGSL, что позволяет с большим удобством писать шейдеры для WebGPU-приложений;
  • На FOSDEM ’24 был представлен ознакомительный доклад о языке D и его преимуществах для разработки приложений компьютерной графики.
  • Upd: у GitHub Copilot появился бесплатный ограниченный доступ!

Dagon 0.18

Выпустил новую версию Dagon. В загрузчике OBJ наконец-то появилась поддержка групп — если в файле присутствуют группы, они будут доступны через свойство OBJAsset.groupMesh, так что вы можете использовать их в качестве отдельных мешей вместо единого OBJAsset.mesh. Также загрузчик теперь не падает на моделях с N-гонами, а выводит предупреждение, что они не поддерживаются.

Добавлен новый экстра-шейдер dagon.extra.starfieldsky — ночное небо со звездами. Он представляет собой улучшенную версию шейдера звездного неба из демки с планетой. Основное нововведение — поддержка мерцания звезд.

Слегка переделан NewtonCharacterComponent: появился новый параметр радиуса. Логика теперь следующая: контроллер персонажа, как и прежде, представлен двумя Newton-сферами, но их радиус теперь задается пользователем, а не вычисляется автоматически. Сферы располагаются сверху и снизу от барицентра на расстояниях, которые вычисляются исходя из радиуса и роста персонажа.

В dagon:iqm появились новые свойства для анимированных моделей: Actor.looping (зацикленность), Actor.state.finished (индикатор завершения текущей анимации). Исправлен баг с фейсгруппами при загрузке некоторых IQM.

Пример игры от третьего лица

Добавил в папку примеров Dagon демонстрацию управления от третьего лица. Персонаж работает на Newton-контроллере, поэтому будет реагировать со всеми телами, которые вы создадите через Newton. Можно вращать камеру вокруг персонажа, двигаться (WASD) и прыгать (пробел). Пример также показывает, как загружать модели формата IQM и воспроизводить анимацию.

Скачать

Upd (15.08.24): улучшил управление и контроллер камеры — теперь все работает как в популярных играх: направление движения задается направлением камеры, которая управляется мышью, но, в то же время, игрок может стрейфиться — персонаж может ходить во все четыре стороны. Также добавил атаку (левая кнопка мыши) и звуки движений, в будущем планирую сделать врагов и простенькую демонстрационную боевую систему.

Интервью в «Вечерней Казани»

После упоминания на брюссельской конференции Dagon привлек внимание казанских журналистов: в «Вечерней Казани» сегодня вышло небольшое интервью, где я вкратце рассказал о проекте и о том, где и как он используется. По интересному совпадению, статью опубликовали в мой день рождения — получился своего рода подарок)

https://www.evening-kazan.ru/obshhestvo/articles/graficheskim-dvizhkom-kazanskogo-hudozhnika-polzuyutsya-geym-razrabotchiki-vsego-mira

Dagon на FOSDEM 2024

Классная новость: на прошедшей в феврале в Брюсселе FOSDEM ’24, европейской конференции по свободному программному обеспечению, американский профессор компьютерных наук Майк Шах (Mike Shah) представил доклад по языку D. В числе прочего, доклад включает информацию по Dagon. Отмечается, что это «существенный проект, который представляет интерес для графических разработчиков». Также упоминаются Dash, Hipreme Engine, BindBC и некоторые коммерческие игры, созданные с использованием D.

Ссылка на презентацию

Доклад представляет собой общее ознакомление с языком, обзор основных его особенностей и преимуществ в плане разработки СПО, а также некоторых библиотек и примечательных проектов, написанных на D.

Майк Шах — ученый в области компьютерной графики и визуализации, Ph.D. компьютерных наук, преподаватель Колледжа компьютерных наук Хури Северо-Восточного университета (Массачусетс).