Реализацию этого эффекта я в свое время отложил до выхода первой версии движка, и вот, наконец, пришло время за нее взяться. SSLR (screen-space local reflections) — это расчет отражений в пространстве экрана, упрощенная разновидность трассировки лучей. Берется HDR-буфер, буферы глубины и нормалей и в каждой точке выстреливается луч в направлении зеркального отражения поверхности. Луч делится на сегменты, и каждый сегмент последовательно проверяется на попадание в геометрию (путем сравнения Z со значением из буфера глубины). Если попали, то читаем цвет, соответствующий по экранным UV-координатам точке попадания.
На низких уровнях шероховатости результаты получились неожиданно качественные. На высоких, конечно, присутствует шум, который я планирую смягчить темпоральной аккумуляцией.
Разработка Dagon 2.0 началась в весьма бодром темпе. Deferred-рендер уже почти готов — остались только тени PSM и DPSM, поддержка локальных зондов освещения и forward-проход. Я добавил систему кэширования ресурсов, сжатие в BC7 (на основе компрессора bc7enc Рича Гелдриха) и проделал еще множество мелких улучшений на разных стадиях формирования кадра. Особое внимание я уделил тому, чтобы картинка соответствовала Eevee в Blender 5.
Что еще нового? Часть функциональности, которая в Dagon 1.0 реализована в качестве расширений, теперь входит в ядро — это физика на базе Jolt и загрузчик текстур в формате KTX/KTX2. Такое решение я принял исходя из полезности этих фич, простоты сборки Jolt и libktx из исходников и их автономности: они не имеют собственных зависимостей и отлично работают на всех платформах (в противовес тому же Newton, который имеет проблемы с работой некоторых функций под Linux). Наличие libktx «из коробки» дает серьезные преимущества и ставит Dagon 2 в авангард движкостроения; в будущем не исключен перевод текстурного кэша с DDS на KTX2.
Еще одним нововведением будет встроенная VM GScript3, которую я разработал в прошлом году. Движок при старте загружает скомпилированный байт-код скрипта и выполняет его, а скрипт, в свою очередь, навешивает обработчики событий, позволяя, таким образом, выполнять внешнюю логику без пересборки игры. Игра может экспонировать скриптовой системе свои данные и методы, что полезно для создания модов. Некоторые встроенные классы Dagon уже реализуют интерфейс GsObject и напрямую совместимы с GScript: это Entity, Scene, World, BaseGame.
Зарегистрирован пакет dagon2 в реестре DUB, так что начать пользоваться можно уже сейчас, несмотря на то, что разработка находится на ранней стадии.
Рад сообщить, что наконец-то выпустил Dagon 1.0.0, первый стабильный релиз моего игрового движка! Это в основном исправляющий релиз, который подытоживает огромную работу над Dagon, которую я проделал за последние два года.
Исправлен баг с неправильным сэмплингом BRDF LUT, что ранее приводило к излишней яркости шероховатых поверхностей. Исправлен эффект тумана для точечных источников света. Улучшена система частиц. Добавлено свойтсво Emitter.fadeInDuration для плавного появления частиц из прозрачности, а также Emitter.gravity для управления гравитацией частиц. Свойство Emitter.initialPositionRandomRadius теперь является вектором и называется Emitter.initialPositionRandomRadii — это радиус-вектор, позволяющий задать разброс случайного появления частиц отдельно по всем трем осям. Добавлен новый тип событий CustomResize, который используется в тех случаях, когда пользовательский код должен обрабатывать кастомный ресайз вьюпорта (обычно это необходимо, если размер вьюпорта не привязан жестко к размеру окна и вычисляется другим способом). Также менеджер событий теперь обрабатывает SDL_WINDOWEVENT_CLOSE для грациозного закрытия игры при нажатии Alt+F4. Добавлен новый метод Application.isWindowMinimized. Добавлен новый режим воспроизведения анимации для GLTFBlendedPose — PlayMode.OnceAndStop. Он позволяет проиграть анимацию один раз и остановиться на последнем ключевом кадре. Добавлено новое свойство GLTFBlendedPose.timeScale для управления скоростью анимации. Добавлено свойство Light.angularRadius, которое симулирует солнечный диск угловым радиусом распределения света. Улучшен шейдер ночного неба StarfieldSkyShader: добавлены свойства sunEnergy (энергия светила), spaceColorZenith (цвет пространства в зените), spaceColorHorizon (цвет пространства на горизонте). Добавлено новое свойство FirstPersonViewComponent.roll — поворот камеры от первого лица по оси Z для эффекта наклона головы вбок. В расширении dagon:jolt добавлена поддержка convex cast (JoltPhysicsWorld.shapeCast). Контроллер персонажа JoltCharacterController теперь использует shapeCast в логике приседания (для проверки высоты потолка над головой). Как следствие, персонаж теперь автоматически приседает, чтобы избежать врезания головой в низкие потолки. Добавлен метод onGround, который возвращает true, если персонаж стоит на земле. Исправлена компиляция расширения dagon:nuklear.
Реализовал в Dagon 2.0 улучшенный SSAO с темпоральной аккумуляцией: сэмплы накапливаются во времени, смешиваясь с данными с предыдущего кадра, что позволяет значительно снизить количество сэмплов на кадр. Эта фича лучше всего себя показывает в статичных сценах, где камера не движется. Вес смешивания между текущими данными и предыдущими пропорционален скорости пикселя в экранном пространстве, поэтому при быстром движении аккумуляция сбрасывается и возрастает зашумленность, а при медленном происходит репроекция, и качество картинки не страдает. Дополнительным преимуществом является то, что можно не использовать билатеральную фильтрацию, что еще сильнее снижает покадровую нагрузку и избавляет от неприятных светлых ореолов по краям объектов.
На скриншоте ниже используется всего 5 сэмплов на кадр:
Я пишу графику на OpenGL много лет (с 2009 года) и считаю, что этот классический API — до сих пор самый очевидный выбор, если вам нужно кроссплатформенно вывести что-то на экран. В сочетании с SDL это еще и очень просто — код приложения со всеми его ключевыми компонентами (окно, графика, ввод) получается на 99% независимый от операционной системы. Для 2D-проектов этой связки более чем достаточно, но в играх с продвинутой 3D-графикой, которая выжимает максимум из видеокарты, теперь, к сожалению, все сложнее.
Я выделяю три главные архитектурные проблемы OpenGL: однопоточность, частая синхронизация CPU и GPU и сложность управления глобальным состоянием конвейера. Новые низкоуровневые API решают все это, особенно последнее, жертвуя удобством написания приложений и вообще входным порогом в профессию графического разработчика (я не представляю, как можно изучить концепции и идиомы Vulkan с полного нуля — я бы рвал на себе волосы, если бы пришлось объяснять начинающим, что такое дескриптор-сеты, PSO и барьеры памяти). Долгое время между OpenGL и Vulkan была совершенно непреодолимая стена концептуальной несовместимости, мешающая портировать игры. OpenGL, между тем, хоть никуда и не делся, развиваться перестал. Под macOS — старая версия, под Windows — довольно серьезная проблема с вертикальной синхронизацией в оконном режиме, приводящая к статтерингу (это полноценно решается только путем работы поверх свопчейна DXGI, что требует нетривиального бойлерплейта в приложении, либо поддержки со стороны видеодрайвера). Ну и до кучи в OpenGL нет поддержки HDR-режима Windows, что некритично, но не круто.
Все это подводит к мысли, что OpenGL, каким бы он комфортным ни был, уже отжил свое. Но и на Vulkan переходить совершенно не хочется. Познакомившись с SDL GPU, я решил попробовать портировать на него некоторые ключевые части Dagon и быстро понял, что этот API — именно то, чего мне и не хватало в последние годы. WebGPU стал разочарованием из-за громоздкости интерфейсов и спорного синтаксиса WGSL, а здесь с этим проблем нет.
Исходники Dagon 2.0 доступны в отдельном репозитории на GitHub: https://github.com/gecko0307/dagon2. На данный момент перенесен dagon.core, реализованы G-буфер, базовый deferred-рендеринг, тонмаппинг и анти-алиасинг. Движок загружает модели OBJ и текстуры в стандартных форматах, поддерживает кубические карты и DDS. Судя по всему, большая часть возможностей Dagon будет перенесена без серьезных изменений, картинка движка останется прежней, но не исключены архитектурные улучшения и CPU-оптимизации. Также изменится шейдерный API — на днях напишу отдельный пост об этом. Переход на Vulkan-бэкенд должен заметно ускорить рендер, а также позволит использовать HDR-свопчейн, если дисплей позволяет выводить в extended linear.
Я не уверен, что процесс портирования будет быстрым, но впечатления от работы пока весьма положительные, код для SDL GPU компактный и читаемый. Самая нетривиальная часть — воркфлоу компиляции шейдеров, но я уже смирился с тем, что от GLSLang в современных условиях никуда не денешься. Есть вероятность, что Dagon 1.0 я выпущу уже в ближайшее время, чтобы полностью сосредоточиться на порте.
Параллельно с Dagon 0.42 работаю над новой демкой движка, в которой наконец-то будут не бесплатные тестовые сцены из Интернета, а оригинальный контент — хочу сделать фрагмент города со зданиями, в которые можно заходить. Не исключено, что она перерастет в полноценную игру, что-нибудь в духе незабываемых творений Chinese Room.
Несколько лет назад я проектировал для Dagon систему больших миров на основе динамической загрузки/выгрузки ресурсов в ячейках прямоугольной сетки. До практической реализации тогда дело на дошло, но недавно я решил вернуться к этой теме. Итак, встречайте — dagon.openworld.
Концептуально я ничего не переизобрел, но решил сделать систему максимально абстрактной и минималистичной. Она сама по себе не хранит игровые данные и не управляет ресурсами — эта задача делегируется пользовательскому коду, поскольку невозможно решить ее так, чтобы подошло к любой игровой механике.
Есть класс OpenWorldManager, который управляет массивом чанков — объектов WorldChunk. Чанки полиморфны; предполагается, что пользователь напишет специализированную версию этого класса под свои нужды. Каждый чанк занимает известную заранее квадратную область в глобальном пространстве мира. Общий размер мира фиксирован и задается при создании OpenWorldManager.
Мир адаптируется к текущей позиции так называемого путешественника (traveler) — это Entity, который представляет игрока. В каждый момент времени активны до 9 чанков вокруг путешественника — окно 3×3. Когда путешественник пересекает границу между чанками, система перемещает окно по карте, активируя новые чанки и деактивируя старые по необходимости.
Активация и деактивация — это виртуальные вызовы, семантика которых полностью определяется реализацией чанка. Типовой сценарий — загрузить/выгрузить статическую геометрию и другие ресурсы, включить/выключить логику динамических объектов. Я предусмотрел небольшой гистерезис на случай, если игрок часто пересекает границу — можно отложить активацию/деактивацию на несколько секунд, до момента, когда текущий чанк перестанет меняться. Таким образом, оверхед на управление системой получается минимальный — весь тяжелый код будет в пользовательских onActivate и onDeactivate.
Для того, чтобы точность float-вычислений не падала по мере отдаления от начала координат, я, как и планировал, реализовал заворачивание позиций. Суть его в том, что при достижении игроком определенного расстояния от центра все объекты мира синхронно переносятся на противоположную сторону координатной плоскости, «из плюса в минус». Сохраняется иллюзия бесконечного пространства при ограниченном координатном охвате. Эта фича полностью опциональная — система лишь сообщает о возможности врапить координаты в те или иные моменты (через виртуальный вызов WorldChunk.onWrap и коллбек onTravelerWrap а делать это фактически или нет, решает пользователь.
Jolt Physics включает не только готовый контроллер персонажа, но и полнофункциональный raycast vehicle — причем, это не экспериментальная поделка-бонус, как часто бывает в физдвижках, а серьезный такой префаб, который с минимальными усовершенствованиями можно брать для создания симкейда коммерческого уровня. Достаточно сказать, что он безо всякой доработки напильником уже выглядит лучше, чем, скажем, печально известная физика авто в Cyberpunk 2077. А если еще подобрать реалистичные параметры подвески и инерцию шасси, заменить встроенную модель трения шин на свою, то вообще идеально!
На видео — демка 4×4, которую я накидал буквально за день, изучив VehicleController в Jolt:
Пока в Dagon нет соответствующей объектной обертки, но это не проблема, так как можно использовать любые функции joltc напрямую. Исходники и сборку планирую выпустить одновременно с Dagon 0.42, где будет несколько важных улучшений в dagon:jolt и dagon:audio.
В новой версии движка дебютирует физический движок Jolt Physics, в виде расширения dagon:jolt. Он предоставляет примерно тот же набор возможностей, что и Newton, при этом он лучше оптимизирован под многоядерные процессоры, а также имеет встроенный контроллер персонажа, который работает более стабильно, чем старый NewtonCharacterController. Newton, однако, в обозримом будущем никуда не денется, оба расширения будут развиваться параллельно. Я планирую также добавить поддержку встроенного симулятора автомобиля Jolt — об экспериментах с ним напишу как-нибудь в отдельном посте.
Исправлен микростаттеринг, связанный с неверной работой главного таймера. Визуально это проявлялось в виде периодических скачков изображения, заметных при движении камеры. Свойство stepFrequency переименовано в updatesPerSecond, в классе Application и в settings.conf.
Добавлены новые цветовые профили вывода: линейный (gl.outputColorProfile = "Linear") и Gamma 2.4 (gl.outputColorProfile = "Gamma24").
Добавлено новое свойство Entity.autoUpdateTransformation. Если его отключить, то Dagon не будет автоматически обновлять матрицы трансформации Entity. Это нужно, главным образом, в компонентах, которые заменяют встроенную трансформацию своей собственной математикой.
Реализована поддержка кинематических тел в dagon:newton. С их помощью можно реализовать, например, движущиеся платформы. Также добавлены новые свойства NewtonRigidBody: bodyType, collisionShape, angularVelocity, acceleration, linearDamping, angularDamping, simulationState, collidable, sleepState, autoSleep, freezeState, gyroscopicTorque и новые методы setMassMatrix, setMassProperties. В контроллере персонажа исправлено застревание в стенах при прыжке.
В dagon:audio добавлены новый метод AudioManager.setPlaySpeed и опциональный параметр громкости в методах SoundComponent.play.
