Librerías y Motores gráficos

En este capítulo vamos a ver las librerías gráficas y de sonido más populares para poder realizar nuestro juego, asi como también abarcaremos un poco en el tema de motores gráficos ya que nos pueden ser muy útiles por que nos pueden simplificar un poco las funciones de las librerías y depende como este programada nos puede ofrecer ser multiplataforma, migrar el código, programar para consolas de juegos, e.t.c.

Allegro es más que una librería gráfica,ademas de gráficos tiene funciones de control del teclado,el ratón, mandos de juego, sonido,midi,incluso renderización de poligonos en goraud con zbuffer y temporizadores.
También tiene funciones matemáticas en punto fijo y coma flotante, funciones 3d, funciones para manejar ficheros, ficheros de datos comprimidos y una interfaz gráfica.
Aunque está escrita en lenguaje C, actualmente existen envolventes y bibliotecas adicionales que permiten utilizarla en otros lenguajes como Python, D, Lua y Pascal.
Además es extensible como por ejemplo allegroGL que permite usar OPENGL o jgmod para reproducir mods,xm,s3m. Es multiplataforma, se puede crear binarios para DOS,BEOS,UNIX,LINUX y QNX.
En síntesis una potente librería.

libSDL es el acrónimo de library Simple Directmedia Layer. LibSDL fue creada por Sam Lantinga y su grupo, programadores de Loki Entertaiment Software, para portar juegos a Linux principalmente. Sam Lantinga es un programador de amplia experiencia en el mundo de videojuegos lo que le ha permitido tener una visión específica de las necesidades de los creadores de videojuegos.
SDL es una librería multimedia multiplataforma, es decir, todas las aplicaciones que desarrollemos con esta librería pueden ser compiladas, sin cambiar nada en el código, en varios sistemas diferentes como Windows, Linux, BeOS... Está diseñada para proporcionar acceso de bajo nivel al audio, teclado, ratón, joystick y a los dispositivos de video 2D. Es una librería muy utilizada en diferentes tipos de aplicaciones entre ellas se encuentra software para reproducir video MPG, emuladores y un gran número juegos y adaptaciones de juegos entre plataformas.  SDL soporta Linux, Windows, Windows CE, BeOS, MacOS, MacOS X, FreeBSD, NetBSD, OpenBSD, BSD/OS, Solaris, IRIX y QNX. El código de la librería nos permite trabajar en aplicaciones para AmigaOS, Dreamcast, Atari, AIX, OSF/Tru64, RISC OS, SymbianOS y OS/2 pero estos sistemas no son sosportados oficialmente.
SDL está escrita en C pero trabaja nativamente con C++. Se puede utilizar en otros muchos lenguajes ya que existen adaptaciones que permiten hacerlo. Alguno de los lenguajes en los que se puede utilizar son Ada, C#, Eiffel, ERlang, Euphoria, Guile, Haskell, Java, Lisp, Lua, ML, Objetive C, Pascal, Perl, PHP, Pije, Pliant, Python, Ruby y Smalltalk.
Es importante conocer que SDL es distribuido bajo licencia GNU LGPL en su versión 2. Esta licencia permite usar SDL libremente, en programas comerciales, siempre que utilicemos un enlace dinámico a esta librería y cumplamos todos los requisitos de dicha licencia.

¿Qué nos proporciona SDL?


Por último vamos a destacar que con SDL se pueden hacer juegos 2D y no 3D.

DirectX es una colección de API creadas y recreadas para facilitar las complejas tareas relacionadas con multimedia, especialmente programación de juegos y vídeo en la plataforma Microsoft Windows.
DirectX consta de los siguientes APIs:
* Direct3D: utilizado para el procesado y la programación de gráficos en tres dimensiones (una de las características más usadas de DirectX).
* Direct Graphics: para dibujar imágenes en dos dimensiones (planas), y para representación de imágenes en tres dimensiones.
* DirectInput: utilizado para procesar datos del teclado, mouse, joystick y otros controles para juegos.
* DirectPlay: para comunicaciones en red.
* DirectSound: para la reproducción y grabación de sonidos de ondas.
* DirectMusic: para la reproducción de pistas musicales compuestas con DirectMusic Producer.
* DirectShow: para reproducir audio y vídeo con transparencia de red.
* DirectSetup: para la instalación de componentes DirectX.
* DirectCompute: Lenguaje e instrucciones especiales para manejo de cientos o miles de hilos de procesamiento, especial para procesadores de nucleos masivos.
A pesar de ser desarrollado exclusivamente para la plataforma Windows, una implementación open source de su API se encuentra en progreso para sistemas Unix (en particular Linux) y X Window System por el proyecto WineHQ, del cual existe fork propietario, Cedega, desarrollada por la empresa de software Transgaming y orientada a la ejecución de juegos desarrollados para Windows bajo sistemas Unix.


Open Graphics Library. Conjunto de especificaciones estándar que definen una API multilenguaje y multiplataforma para escribir aplicaciones o juegos que producen gráficos en 3D. Fue desarrollada originalmente por Silicon Graphics Incorporated (SGI).
Ofrece al programador un API sencilla y estable para que pueda generar gráficos en 2D y 3D por hardware. Consiste en más de 250 funciones diferentes que pueden ser usadas para graficar complejos escenarios tridimensionales usando simples primitivas.
Es muy popular en la industria de los videojuegos y es competencia directa (en plataformas Windows) del Direct3D desarrollado por Microsoft.
OpenGL es compatible para múltiples plataformas como ser Windows, Unix (Linux, MacOS), Playstation 3, etc.
Se han programado varias bibliotecas externas que añaden características no disponibles en el propio OpenGL. Algunas de ellas son:
* GLU: Ofrece funciones de dibujo de alto nivel basadas en primitivas de OpenGL. Las funciones de GLU se reconocen fácilmente pues todas empiezan con el prefijo glu.
* GLUT: API multiplataforma que facilita una rudimentaria funcionalidad para el manejo de ventanas e interacción por medio de teclado y ratón.
* GLUI: Interfaz de usuario basada en GLUT; proporciona elementos de control tales como botones, cajas de selección y spinners. Es independiente del sistema operativo, sustentándose en GLUT para manejar los elementos dependientes del sistema.





XNA es una API desarrollada por Microsoft para el desarrollo de videojuegos para las plataformas Xbox 360 , Windows y Zune. Técnicamente es un Marco de Trabajo (Framework), basado en .NET Framework 2.0 y al igual el .NET Framework 2.0, éste corre sobre el CLR, aunque en una implementación que provee un manejo optimizado para la ejecución de videojuegos.



(Capas de XNA) - Las diferentes capas de XNA, vistas de arriba a abajo, el XNA game studio utiliza la funcionalidad del xna framework, y éste a su vez se basa en el .net framework. Por último están las plataformas a las que van destinadas nuestras aplicaciones, windows, Xbox 360 o zune.
En otras palabras, XNA es una plataforma de desarrollo de videojuegos sobre DirectX, en la cual disponemos de cierta funcionalidad ya integrada lo que nos permite centrarnos en la parte de qué queremos hacer en nuestro juego y no en el cómo hacerlo.


Framework de XNA - Los recuadros verdes se corresponde con la funcionalidad que ya viene de "serie" con el framework.



OGRE 3D (acrónimo del inglés Object-Oriented Graphics Rendering Engine) es un motor de renderizado 3D orientado a escenas, escrito en el lenguaje de programación C++.
Sus bibliotecas evitan la dificultad de la utilización de capas inferiores de librerías gráficas como OpenGL y Direct3D, y además, proveen una interfaz basada en objetos del mundo y otras clases de alto nivel.
El motor es software libre, licenciado bajo LGPL y con una comunidad muy activa. Incluso ha sido utilizado en algunos videojuegos comerciales, como   por ejemplo Ankh y Earth Eternal.


Crystal Space es un framework para el desarrollo de aplicaciones 3D escrito en C++ por Jorrit Tyberghein. Fue fundado el 26 de agosto del 1997. Crystal Space se usa típicamente como motor de juego pero el framework es más general y puede ser usado para cualquier tipo de visualización 3D. Crystal Space es muy portable y se ejecuta en Microsoft Windows, Linux, UNIX, y Mac OS X. Crystal Space es software de código abierto, licenciado bajo LGPL.
Puede usar opcionalmente OpenGL (en todas las plataformas), SDL (en todas las plataformas), X11 (Unix o GNU/Linux) y SVGALib (GNU/Linux). También puede usar rutinas de ensamblador usando NASM y MMX.

 Bueno para el próximo capítulo voy a explicar un poco por que la industria argentina esta comenzando a destacarse en el  mundo de los videojuegos. ¿Porqué ahora y no antes?

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Stage 3D APIs (Molehill)

Bueno hoy nos toca hablar de lo que se viene dentro de muy poco, capaz no sea noticia nueva para algunos pero seguramente para muchos sí.



¿Que es Molehill?

Molehill es un conjunto de APIs aceleradas por hardware que van a ser integradas en ActionScript, en Adobe Flash player y en Adobe AIR. Sí como lo leen, muy pronto en vez de comprarse un need for speed seguramente lo jueguen online sin necesidad de bajarse nada!.

Integrar estas APIs van a permitir un renderizado 3D de alta gama en la plataforma Adobe Flash. Molehill esta basado en DirectX 9 en Windows y en OpenGl 1.3 en MacOs y Linux. En plataformas móviles como es Android Molehill se basará en OpenGL ES2. Técnicamente las APIs de Molehill son verdaderamente 3D, programables por GPU y basadas en shaders, y expondrá características que los desarrolladores de Flash siempre desearon y nunca pudieron obtener (hasta ahora), como vértices programables y fragment shaders, con los que se pueden realizar o habilitar diferentes técnicas como, vertex skinning, para la animación de los huesos, así como también z-buffering nativo, stencil color buffering, cubo de texturas, y más.

En terminos de performance, Adobe Flash Player 10.1 (el actual), renderiza miles de triángulos, éstos no son z-buffered,  aproximadamente a 30Hz.Con las nuevas APIs 3D, los desarrolladores pueden esperar cientos de miles de triángulos a ser renderizados en una resolución de alta definición (HD), en pantalla completa a unos 60Hz. Molehill hará esto posible para entregar una experiencia 3D sofisticada a través de casi todas las computadoras y dispositivos conectados a internet. Al final de éste artículo se pueden observar los videos de aplicaciones hechas con Molehill, los cuales nos dan una dimensión de lo que estamos hablando.

¿Cómo funciona Molehill?

Hasta acá nos podemos dar una idea de que es Molehill pero, ¿cómo funciona exactamente?.
Las APIs existentes de 2.5D de Flash Player que se introdujeron en Flash 10, no estan en desuso como muchos piensan. Molehill las aprovechará para ofrecer una solución al renderizado 3D avanzado que requieren una aceleración de GPU completa. Dependiendo del proyecto a realizar el usuario eligirá el API a utilizar.

Recientemente se ha introducido el concepto de "Stage Video" en Flash Player 10.2 disponible en su versión beta en Adobe Labs.
El Stage Video se basa en el mismo diseño, permitiendo una aceleración completa del hardware para el video, desde la codificación hasta la presentación.Con este nuevo modelo de rendering, Adobe Flash Player no presenta los frames de video o el buffer 3D dentro del display list, pero sí los presenta en una textura situada detrás del escenario pintada por el GPU. Esto permite a Adobe Flash Player pintar directamente en la pantalla, el contenido que se encuentra en la memoria de la placa de video. Ya no va a ser necesario volver a leer, cada vez que se quiera traer frames desde el GPU para ubicarlos en la pantalla a través del display list del CPU.

Como resultado, porque el contenido 3D se sitúa detras del escenario o del stage de Flash player y éste no forma parte del display list, los objetos Context3D y Stage3D no son display objects u objetos que se puedan visualizar en otras palabras. Por lo tanto hay que recordar que no se puede interactuar con ellos como cualquier DisplayObject, las rotaciones, los blend modes, los filtros y muchos efectos no pueden ser aplicados.

La siguiente figura ilustra la idea

Por supuesto, como se puede observar, el contenido 2D puede superponerse con el contenido 3D sin problenas, pero lo contrario no es posible. Sin embargo se proporcionará una API que va a permitir plasmar el contenido 3D en un bitmap si es necesario. Desde el punto de vista de las APIs de ActionScript, el desarrollador interactua con dos objetos principales, los objetos Stage3D y Context3D. Con esto solicita a Adobe Flash Player un contexto 3D y un objeto Context3D que será automaticamente creado al indicarselo.

Pero muchos se preguntarán ¿Qué pasa si mi tarjeta de video es incompatible? ¿Obtendré una pantalla negra sin poder visualizar nada?. Flash Player aún retornara un objeto Context3D, usando un sistema de respaldo de software internamente por lo que todavía se tendrán todas las características de Molehill y de las APIs pero ejecutandose en el CPU. Para lograr esto se cuenta con un muy rapido rasterizer de CPU de TransGaming Inc. llamada “SwiftShader”. La buena noticia es que incluso cuando se ejecuta en software, SwiftShaderes 10 veces más rápido que el rasterizer de vectores disponible en Flash Player 10.1, por lo que se espera un rendimiento importante incluso cuando se ejecuta en modo software.

La belleza de las APIs de "Molehill" reside en que no hay que preocuparse por lo que está pasando internamente. ¿Estoy trabajando bajo DirectX, OpenGL o SwiftShader?, ¿Debería usar una API diferente para OpenGL cuando estoy en MacOS y Linux u OpenGl ES 2 cuando estoy en una plataforma para móviles?. No, todo es transparente para el desarrollador. El desarrollador programa usando una sola API y Flash Player se encargará de hacer ésto por él internamente y de hacer la traducción detrás de la escena.

Es importante recordar, que las APIs de "Molehill" no usan lo que se llama una función fija de pipeline, sino que usan una función programable de pipeline, lo que significa que el desarrollador deberá trabajar con vértices y fragmentos de shaders para mostrar algo en pantalla. Para ésto, se podrá cargar, en la tarjeta gráfica, los shaders puros y de bajo nivel AGAL  (“Adobe Graphics Assembly Language”) bytecode como Bytearray. Como desarrolador se tienen dos maneras de hacer esto, escribir los shaders en ensamblador, lo que requiere un avanzado conocimiento de como trabajan los shaders, o de como usan un lenguaje de alto nivel como Pixel Bender 3D, el cual expondrá una forma más natural para programar los shaders y compilar el bytecode AGAL apropiado.

Para representar triángulos, se necesita trabajar con los objetos VertexBuffer3D e IndexBuffer3D pasando coordenadas de vértices y de índices, y una vez que los vertex shaders (los vértices de los shaders) y los fragments shaders (los fragmentos de los shaders) estén listos, se podrán subir o cargar en la tarjeta gráfica a través de un objeto Program3D. Basicamente un vertex shader se encarga de la posición de los vértices utilizados para dibujar los triángulos mientras que un fragment shader maneja el aspecto de los píxeles utilizados para dar textura a los triángulos.

La siguiente figura ilustra la diferencia entre los tipos de shaders:

Más explicitamente al hacer un programa en donde utilizamos lo explicado anteriormente al crear shaders podemos llegar a algo como ésto:

La idea de éste artículo no es meternos en la programación de Molehill pero si alguno esta interesado en como programar este tipo de cosas puede encontrar un poco de código acá: http://www.bytearray.org/?p=2555 (aclaro que está en inglés).

Entonces, ya se ha hablado de los objetos que se pueden utilizar en Molehill como ser Stage3D, Program3D, Texture3D, etc. Veamos un gráfico para tener una idea más clara de como está establecido esto jerárquicamente y como interaccionan entre los objetos:

Como se puede observar, las APIs de Molehill son de muy bajo nivel y exponen características avanzadas para los desarrolladores que quieran trabajar con 3D. Por supuesto, algunos desarrolladores preferirán trabajar con frameworks de alto nivel, los cuales exponen APIs listas para usar. Adobe se encargará de eso, también.

Construyendo montañas con Molehill

Muchos desarrolladores de ActionScript 3 perferirían trabajar con una luz, una cámara y un plano en vez de con un vertex buffer y shaders bytecode. Así que para asegurarse de que todos puedan disfrutar del poder de Molehill, se está trabajando activamente con frameworks 3D tales como Alternativa3D, Flare3D, Away3D, Minko, Sophie3D, Yogurt3D y más. Hoy en día la mayoría de estos frameworks tienen implementado Molehill y estarán disponibles cuando Molehill esté diponible en una próxima versión de Adobe Flash runtimes.


La mayoría de los desarrolladores de éstos frameworks estuvieron en Max, ya por el 2010, presentando sesiones de como implementan Molehill con sus respectivos marcos.
Se espera que los desarrolladores construyan sus motores basandose en Molehill, por lo que, tanto los desarrolladores 3D avanzados, así también como aquellos que no desarrollan o no saben desarrollar en 3D, se beneficiarán con Molehill.



Algunos videos de demos que se desarrollaron con la version Beta de Molehill:








Fuente: ActionScript Experiment

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