Úvod
Od nuly k enginům
ANI-VGA · 02
Od elektromechanické logiky k programovatelným počítačům, herním enginům a technické herní smyčce.
Původní snímek · 1
Nejstarší počítačové hry
Nejstarší počítačové hry
Původní snímek · 2
Nejstarší počítačové hry
Kdy vznikla první počítačová hra?
Původní snímek · 3
Nejstarší počítačové hry
Kandidáti na první počítačovou hru
Tipy
- Pong – listopad 1972, Allan Alcorn, Atari
- Odyssey – září 1972, Ralph H. Baer, Sanders Associates, Magnavox
- Spacewar! – duben 1962, Steve Russell a další, MIT
- Tennis for Two – říjen 1958, William Higinbotham
- OXO – 1952, Alexander Shafto Douglas
- Checkers – 1952, Christopher Strachey
- Bertie the Brain – srpen 1950, Josef Kates
- Turochamp – 1948, Alan Turing a David Champernowne (dobově nerealizovatelný)
- Cathode-ray tube amusement device - 1947, Thomas T. Goldsmith Jr. a Estle Ray Mann (patent)
- Nimatron - duben 1940, Edward Condon, Westinghouse Electric Company A co bylo předtím? Nedohledáme.
Původní snímek · 4
Nejstarší počítačové hry
Jak se takové hry vytvářely?
Původní snímek · 5
Nejstarší počítačové hry
Elektromechanické hry
Elektromechanické „počítačové“ hry – 1940s
- Využívaly relátek, přepínačů a žárovek.
- Logika hry byla určena zapojením součástek.
Obrázek 1: Edward U. Condon a další, Nimatron, 1940 – fotografie a výřez schématu
Původní snímek · 6
Nejstarší počítačové hry
Vlk, koza, zelí: zapojení logiky
Elektromechanické „počítačové“ hry – 1940s
Obrázek 2: Vlk, koza, zelí – příklad jednodušší elektromechanické hry A je to ještě počítačová hra?
Původní snímek · 7
Nejstarší počítačové hry
Elektronkové hry
Elektronkové „počítačové“ hry – 1950s
- Využívaly elektronek, přepínačů, žárovek a katodových trubic (obrazovek).
- Specializované počítače s velmi jednoduchými programy.
- Logika hry stále určena zapojením součástek.
Obrázek 3: Josef Kates, Bertie the Brain, 1950
Původní snímek · 8
Nejstarší počítačové hry
Nimrod: algoritmus řízení
Elektronkové hry · Nimrod (1951)
1. Examine the column specified by the column counter. If this is even transfer control to 7. 2. Examine the digit specified by the column and heap counters. If this is 1 transfer control to 4. 3. Add 1 to heap counter. Transfer control to 2. 4. Examine heap selected memory. If a heap has previously been selected transfer control to 6. 5. Operate heap selected memory. 6. Substitute modifying number in heap specified by heap counter. 7. Deduct 1 from column counter. If this does not complete examination of columns transfer control to 1. 8. STOP.
Obrázek 4: John Makepeace Bennett, Raymond Stuart-Williams, Nimrod, 1951
Původní snímek · 9
Nejstarší počítačové hry
Analogové hry
Analogové „počítačové“ hry – okolo 1950
- Využívaly elektronek, relátek, přepínačů, žárovek a katodových trubic (obrazovek).
- Na principu analogových počítačů.
- Logika hry stále určena zapojením součástek.
Obrázek 5: William Higinbotham, Tennis for Two, 1958
Původní snímek · 10
Nejstarší počítačové hry
Programovatelné sálové počítače
Hry na elektronkových sálových počítačích – 1950s
- Počítače už byly univerzální, programovatelné.
- Omezená interakce s uživatelem – terminál měl (nejprve) jen teletype.
- Typicky ale existovala ladicí obrazovka.
Obrázek 6: A. S. Douglas, OXO, 1952
Obrázek 7: C. Strachey, Checkers, 1952
Původní snímek · 11
Nejstarší počítačové hry
TX-0 a světelné pero
Hry na počítači TX-0 – 1955/1956
- Tranzistorový sálový počítač zkonstruovaný v Lincoln Laboratory, MIT.
- Levnější provoz, používán při výuce a výzkumu; komercializován jako PDP-1.
- Terminál měl i monochromatickou obrazovku a světelné pero (light pen).
- Výzkum počítačové grafiky
Obrázek 8: kolektiv programátorů MIT, Tic Tac Toe, 1958
Původní snímek · 12
Nejstarší počítačové hry
PDP-1, TX-2 a interakce
Průlomy na počítačích PDP-1 a TX-2 – 1960s
- Spacewar! – První šířená počítačová hra.
- Sketchpad – První program s GUI, vynález architektury ECS.
Obrázek 9: Steve Russell, Spacewar!, 1962
Obrázek 10: Ivan Sutherland, Sketchpad, 1963
Původní snímek · 13
Nejstarší počítačové hry
Ukázka: kód hry Spacewar!
Původní snímek vyhrazuje prostor pro živý rozbor kódu; samotný kód v PDF není. Odkaz níže je převzat z jeho závěrečné bibliografie.
Původní snímek · 14
Nejstarší počítačové hry
Textové hry
Textové hry – 1960s
- Textová komunikace se sálovými počítači přirozeně vedla k textovým hrám.
Obrázek 11: M. Addis, W. McKay, The Sumerian Game, 1964
Obrázek 12: D. Rawitsch et al., The Oregon Trail, 1971
Původní snímek · 15
Nejstarší počítačové hry
Ukázka: kód hry The Oregon Trail
Původní snímek vyhrazuje prostor pro živý rozbor kódu; samotný kód v PDF není. Odkaz níže je převzat z jeho závěrečné bibliografie.
Původní snímek · 16
Nejstarší počítačové hry
Arkádové videohry
První arkádové videohry – 1970s
- Nižší cena i rozměry součástek umožňují instalaci mimo odborná pracoviště.
- Musela se obětovat programovatelnost. Logika her je napevno.
Obrázek 13: N. Bushnell, T. Dabney, Computer Space, 1971
Obrázek 14: Allan Alcorn, Pong, 1972
Původní snímek · 17
Nejstarší počítačové hry
První herní konzole
První herní konzole – 1970s
- Televizor byl běžnou výbavou americké domácnosti.
- První generace konzolí nebyla programovatelná.
Obrázek 15: Ralph H. Baer, Odyssey, 1972
Obrázek 16: A. Alcorn, H. Lee, Home Pong, 1975
Původní snímek · 18
Mikroprocesorová éra
Mikroprocesorová éra
Původní snímek · 19
Mikroprocesorová éra
Konzole druhé generace
Konzole druhé generace - okolo 1980
- 1975 – první mikroprocesory. Programovatelnost se dostává do domácností.
- Malé množství operační paměti. Nižší stovky B RAM.
- Grafický výstup generován po řádcích, fenomén racing the beam.
Obrázek 17: Atari VCS/2600, 1977/1982
Obrázek 18: R. Milner, S. Mayer, J. Decuir, L. Wagner, Combat, 1977
Původní snímek · 20
Mikroprocesorová éra
Racing the beam
Racing the beam
- Mezi řádky obrazu malý prostor pro herní logiku.
- Speciální registry pro části herní scény – pozadí, sprajty hráčů atd.
- Triky: zdvojené řádky, vynechání řádku, vynechání části řádku.
Obrázek 19: David Crane, Pitfall, 1982
Obrázek 20: I. Bogost, N. Motfort, Racing the Beam, 2009
Původní snímek · 21
Mikroprocesorová éra
Ukázka: kód hry Combat
Původní snímek vyhrazuje prostor pro živý rozbor kódu; samotný kód v PDF není. Odkaz níže je převzat z jeho závěrečné bibliografie.
Původní snímek · 22
Mikroprocesorová éra
První domácí počítače
První domácí počítače - okolo 1980
- Přepisovatelná média (kazety a diskety) místo ROM cartridgí.
- Programovat mohli i domácí uživatelé.
- Operační paměť jednotky, později desítky kB.
Obrázek 21: „Svatá trojice roku 1977“ – Commodore PET 2001-8, Apple II, TRS-80 Model I
Původní snímek · 23
Mikroprocesorová éra
Hry v textovém režimu
Hry na prvních domácích počítačích - okolo 1980
- Stále příliš málo paměti na každý bod obrazovky v barvě.
- Existoval textový režim; byly převedeny mnohé textové hry ze sálových počítačů.
- I s textovým režimem ale šlo „kreslit“.
Obrázek 22: M. Toy, G. Wichman, Rogue, 1980
Obrázek 23: D. Major et al., Snipes, 1983
Původní snímek · 24
Mikroprocesorová éra
Domácí počítače v 80. letech
První domácí počítače - 1980s
- Vývoj byl překotný. Namátkou:
- 1981 – IBM PC – modulární architektura hardware, ale příliš drahý.
- 1982 – ZX Spectrum – nejprodávanější britský počítač.
- 1982 – Commodore 64 – vlastní grafické obvody, nejprodávanější počítač.
- 1985 – Atari ST, Amiga 1000 - počítače pod 1000 $, 16bitové, GUI. Technická vylepšení:
- Zvětšuje se paměť (stovky kB, jednotky MB), objevuje se rastrová grafika.
- Objevují se pomocné obvody pro zvuky, grafiku, počítačovou síť atd.
Původní snímek · 25
Éra osobních počítačů
Éra osobních počítačů
Původní snímek · 26
Éra osobních počítačů
První herní enginy
První herní enginy
- Domácí uživatelé se na počítačích učili také programovat.
- Chtěli tvořit i hry, ale vývoj hry začal být stále složitější.
- Na některé problémy existovala ověřená řešení a vznikaly univerzální hry.
Obrázek 24: Stuart Smith, Adventure Construction Set, 1984
Obrázek 25: Garry Kitchen, GameMaker, 1985
Původní snímek · 27
Éra osobních počítačů
Modulární architektura
Modulární architektura
- Objevila se spousta výrobců komponent IBM PC.
- Problém: Každý uživatel má jiný počítač. Ale chceme mu prodat hru.
- Potřeba modularity herního softwaru, vznik API, ovladačů a knihoven.
Obrázek 26: Typická konfigurace hry v systému MS DOS
Původní snímek · 28
Éra osobních počítačů
3D grafika v 90. letech
3D grafika v 1990s
- 3D grafika je stále technicky náročný a algoritmicky komplexní problém.
- Autoři her museli být velmi zdatní programátoři a výzkumníci.
- Rostoucí potřeba modifikovatelnosti a znovupoužitelnosti částí her.
Obrázek 27: John Carmack, id Software, Doom, 1993
Obrázek 28: Ken Silverman, 3D Realms, Duke Nukem 3D, 1996
Původní snímek · 29
Éra osobních počítačů
Případová studie: Doom versus Build
- příběh různě schopných programátorů
PDF obsahuje pouze uvedení případové studie. Doplňující autorský výklad není rekonstruován.
Původní snímek · 30
Éra osobních počítačů
Moderní enginy
Moderní enginy
- 1995 – 3Dfx Voodoo – první grafická karta s 3D akcelerací.
- Vzniká stále větší množství her a různé enginy.
- Nejprve byly enginy interní nebo draze licencované.
Obrázek 29: John Carmack, id Software, Quake, 1996
Obrázek 30: Tim Sweeney, Epic Megagames, Unreal, 1998
Původní snímek · 31
Éra osobních počítačů
Enginy dnes
Enginy dnes
- Dnes existuje velké množství enginů k dispozici volně nebo za relativně nízký poplatek.
- Enginy dnes poskytují komfort pro vývojáře (editory, ladicí nástroje, základy projektů).
- Ne vždy jsou enginy vhodné; stále existují různá API a „částečné“ enginy – frameworky.
Obrázek 31: Gamalytic, podíly enginů ve vydaných hrách
Původní snímek · 32
Shrnutí
Shrnutí
Původní snímek · 33
Shrnutí
Technická herní smyčka
Technická herní smyčka
- 1 „tik“ hry. Řeší interakci hráče a hry. Typické složení:
- Zjisti vstup od hráče.
- Aktualizuj stav hry (pozice objektů apod.).
- Předej hráči nový stav hry.
- Opakuje se dokola.
- V závislosti na typu hry a architektuře počítače běží i několikrát za sekundu (např. 60×)
Původní snímek · 34
Shrnutí
Časové podmínky herní smyčky
Technická herní smyčka
- U čistě textových her je smyčka pomalá, každá iterace čeká na vstup uživatele.
- Můžeme si dovolit provádět složité výpočty při změně stavu hry.
- U starších konzolí je smyčka synchronizovaná se signálem televize/obrazovky
- Pro vlastní logiku, zvuky atd. máme velmi omezený čas mezi řádky a snímky, i jednodušší logika se musí rozložit mezi více vykreslovaných řádek.
- U novějších živě interaktivních her máme na iteraci čas jednoho snímku.
- Složitější logiku je nutno rozložit do více snímků nebo volit efektivní struktury a algoritmy. Typické jsou záseky při načítání a ukládání scén.
- Posledních 20 let máme běžně vícejádrová CPU, ale pořád musíme počítat s omezenými možnostmi stroje a s potřebami komunikace s GPU a dalšími komponentami a periferiemi.
Původní snímek · 35
Shrnutí
Architektura softwaru
Architektura softwaru
- Kvůli různému hardwaru a různým platformám je dnešní architektura her modulární.
- Je snaha oddělovat herní logiku, herní data a technické řešení.
- Ve velké míře se uplatňují objektově orientované programování a separation of concerns.
- Typicky bývá přítomno několik oddělitelných / vyměnitelných komponent:
- grafika
- zvuky
- fyzika
- pathfinding
- síťová komunikace
- GUI
- skriptování
- animace
- ovládání
- …
Původní snímek · 36
Shrnutí
Další zdroje a odkazy
- https://www.goodeveca.net/nimrod/
- https://www.masswerk.at/spacewar/
- https://www.filfre.net/misc/oregon1975.bas
- https://computerarcheology.com/Atari2600/Combat/Code.html
- https://fabiensanglard.net/gebbdoom/index.html
- https://fabiensanglard.net/duke3d/index.php
- https://gamalytic.com/blog/exploring-the-pc-engine-landscape
Původní snímek · 37
