Как это сделано: мобильный кроссплатформенный движок

Для вас подготовил серию статей о мобильном геймдеве, основанную на полученном опыте и пройдённых граблях. В первой статье речь пойдёт о создании собственного кроссплатформенного движка для мобильных игр. По правде говоря не только мобильных, и не только игр.

А нужен ли свой движок вообще?

Каждый раз, когда очередной популярный движок становится бесплатным или открытым, я задаю себе этот вопрос. Давайте рассмотрим плюсы и минусы:

Плюсы

• Вы всегда знаете как работают ваши проекты внутри, а главное можете влиять на их работу как пожелаете. Вам не нужно штурмовать форумы разработчиков просьбами добавить нужный вам функционал или пофиксить старые баги.
• Вы сможете самостоятельно добавлять поддержку новых платформ и добавлять новые сторонние SDK.
• Вы сможете использовать любые удобные вам форматы хранения данных (графика, звуки, ресурсы).
• Вы не ограничены никакими лицензиями.

Минусы

• Все придётся писать самому, а так же вникать во все нюансы каждой платформы. Этот процесс займёт довольно много времени, поэтому просто так «ради интереса» этим заниматься не стоит. Другое дело, если вы занимаетесь геймдевом профессионально и планируете выпускать довольно много игр. Практика показывает, что большинство игровых студий рано или поздно создают свои SDK.
• Если вы делаете проекты на заказ, то не все заказчики рады вашим самописным решениям. Ведь возможно поддерживать проект придется совершенно другим людям.
• Во многих популярных движках есть встроенные визуальные 2D/3D редакторы. Об их удобстве можно долго спорить, но у вас изначально не будет и этого.

Конечно каждый для себя увидит свои плюсы и минусы. Мое дело предупредить. Поехали!

Из чего это сделано?

Мы говорим в первую очередь о разработке мобильных игр, поэтому основа будет однозначно на C++/OpenGL. Без вариантов! Однако без второстепенных языков тоже не обойтись. Давайте посмотрим что используется на каждой платформе:

Как видите C++ и OpenGL встречаются везде. На ObjectiveC/Java/C# придется написать только обертку для работы с системой девайса. Сам же код ваших проектов будет единый — на С++. На этой ноте скажем: «До свидания, мучительное портирование!».

OpenGL

Настоятельно рекомендую использовать OpenGL 2.0 и выше. Время OpenGL 1.1 давно прошло, а переход с 1.х на 2.х вы будете вспоминать в кошмарных снах. Однако не спешите использовать последнюю версию OpenGL не убедившись, что все целевые платформы его поддерживают. В большинстве случаев OpenGL 2.0 вполне хватает и поддерживают его все платформы.

С++

Та же ситуация и с С++11/14. Если уверены, что все компиляторы с ним дружат – супер. Мне же хватает C++98, так что при добавлении новой платформы — а в планах есть поддержка консолей — я буду спокоен.

IDE

Xcode – для iOS, OSX, tvOS. Плагины через CocoaPods.
Android Studio – для Android. Плагины через Gradle.
Visual Studio – все что под Windows.

Структура движка

Прежде всего движок и проекты должны аккуратно и логично храниться на диске. В итоге я пришел к такой структуре:

• Engine (все что касается движка)
  • Classes (.h, .cpp файлы движка)
  • Modules (модули и сторонние SDK, которые нужны не во всех проектах)
    • Рекламные SDK
    • Аналитика
    • Game Center
    • Изображения
    • Социальные сетки
    • … и т.д.
  • Platforms (специфические классы по платформам)
    • Android
    • iOS
    • OSX
    • tvOS
    • … прочие платформы

• Тестовый проект
  • iOS
    • Проект.xcworkspace
    • Icons (иконки приложения, *auto — сборщик проекта сам заполняет эти папки)
    • Launch (картинки при старте приложения, *auto)
    • Res (готовые ресурсы приложения, *auto)
    • Pods
    • … прочие файлы ios проекта, plist, build и т.д.
  • Android, OSX, tvOS… такие же по смыслу папки под разные платформы и IDE. Для Android Studio своя структура проекта.
  • Assets
    • Icons (иконки приложения всех размеров)
    • Launch (ланч-скрины всех размеров)
  • Resources (оригиналы ресурсов проекта)
    • General (основные ресурсы для всех платформ)
    • Lang (шрифты и локализация)
      • Fonts (папка с SDF шрифтами)
      • Lang.xls (файл с переводами)
    • Platform (ресурсы специфические для платформы)
      • iOS
      • Android
      • … прочие платформы
    • Shaders (шейдеры)
    • Sounds (звуки)
      • MP3 (для треков)
      • OGG (для звуков)
    • Textures (ресурсы по форматам текстур)
      • ATI
      • ETC
      • PVRTC
      • S3TC
  • Source (.h, .cpp файлы самого проекта)
  • Config (файл настроек проекта для сборщика)

Сборщик проекта

Сборщик проекта отвечает за подготовку ресурсов, форматы и упаковку. А именно:

• Берет иконки (или даже одну иконку максимального размера 1024х1024) из Assets/Icons, делает остальные размеры (от 16х16 до 1024х1024) и копирует в папки по платформам [Platform]/Icons
• Так же поступает с экранами старта из Assets/Launch
• Берет ресурсы приложения из следующих папок:
  • Resources/General
  • Resources/Shaders
  • Resources/Sounds/MP3, OGG
  • Resources/Textures/[нужный формат текстур]
  • Resources/Platform/[платформа]
  • Resources/Lang/Fonts

Далее сборщик конвертирует ресурсы, шифрует, упаковывает и помещает в [Platform]/Res.

Самое важное тут – это конвертация файлов по расширению. Я использую такие конвертации:

• PNG и JPEG превращаются в WEBP. Общие настройки конвертации (например минимальное качество) можно вынести в настроки проекта Project/Config, а можно и указать прямо в названии файла.
  

  Например image~q100.png будет сжата с параметром quality 100, а image~less.png будет сжата без потери качества.

  Так же хорошо себя зарекомендовали пресеты.

  Например к image~p1.png будет применен 1й пресет, который перевернет картинку зеркально и сохранит с качеством 90%.
• Текстовые файлы и шейдеры (.txt, .vs, .ps) шифруются нехитрым способом. Простая защита от любопытных.
• Файл локализации Resources/Lang/Lang.xls парсится по языкам, шифруется и упаковывается в бинарный формат.
• На лету создаются текстурные атласы. К примеру из папки с именем folder~atlas будут взяты все картинки и упакованы в единую картинку + сохранится файлик с координатами.
• Звуки конвертируются в OGG формат.
• 3D модели конвертируются во внутренний формат движка.
• Файлы с именем file.pack преобразуются из текстовых в бинарные. Это хорошо подходит для всевозможных конфигов игры, уровней и т.д.

При этом сборщик смотрит время изменения файла и конвертирует только измененные файлы, что заметно ускоряет его работу. Конкретно у меня сборщик написан на PHP. Возможно это не лучший выбор, но мне так было проще. К тому же потенциально его можно перенести на сервер для командной работы.

Форматы

Я бы рекомендовал использовать такие форматы:

WEBP для картинок. Вряд ли для кого-нибудь этот формат окажется новым. А для тех, кто слышит о нем впервые – webp может хранить картинку без потери качества как PNG, а так же с потерей — как JPEG, однако с заметно лучшим качеством, меньшем весом и с прозрачностью. Еще из плюсов – возможность скейла картинки на лету при чтении файла. Компилируется libwebp под все платформы без проблем.

OGG для звуков. Андроид нативно понимает OGG формат, а на iOS/OSX/tvOS я использую библиотеку Tremor (fixed-point version of the Ogg Vorbis) для раскодировки звуков в WAV и скармливанию их OpenAL. Попытки использовать OpenAL и на андроиде успехом не увенчались (звуки были с задержками).

Классы и модули

Разберем подробнее какие классы содержит движок и для чего нужны модули?
Правило «что выносить в модуль, а что в движок?» очень простое:

Следуя этому правилу, я распределил классы следующим образом:

Движок

• Работа с платформой. Тут происходит инициализация приложения, а так же передача внешних событий (пауза, тачскрин, кнопки) в основной класс движка.
• Основной класс. Тут крутится mainloop, обрабатываются входящие события (уже в универсальном виде независимом от платформы), происходит управление потокам и фоновыми задачами.
• Работа с 2D. Вывод картинок, атласов, постэффектов.
• Работа с 3D моделями. Загрузка моделей, рендеринг, управление шейдерами.
• Стандартные UI элементы. Окна, кнопки, скролинг, уведомления.
• Текстуры. Загрузка и выгрузка текстур. Сами декодеры находятся в модулях.
• Вывод текста, рендеринг SDF шрифтов.
• Математика. Всевозможные формулы, матрицы, кватернионы и т.д.
• Социалка. Отправка писем, стандартный шаринг, rate me. Сами же соц. cети вынесены в модули.
• Чтение/запись файлов.
• Работа с UTF8 строками.
• Работа с сетью.
• Музыка/звуки.

Модули

• Социалка
  • Facebook
  • Google Plus
  • Twitter
  • VK
• Replay Kit (запись экрана для iOS)
• JSON/XML
• Декодеры картинок
  • WEBP
  • JPEG
  • PNG
• In-apps (внутренние платежи)
• Game Center, Google Play Services
• Crashlytics (отслеживать краши)
• Branch (глубокие ссылки)
• Аналитика
  • Google Analytics
  • Game Analitycs
  • Flurry
• Реклама
  • Appodeal
  • Chartboost
  • Fyber
  • AdColony
  • UnityAds
  • Tapjoy
  • Google Ads
  • Heyzap
  • AdToApp

В следующих статьях я подробнее остановлюсь на конкретных классах и модулях, с примерами и полезностями. Отдельное внимание хочу уделить рендерингу SDF шрифтов (Signed Distance Field) и шейдерам в игре из шапки.

Если какие-то отдельные вопросы вас заинтересовали – плз пишите в каментах, добавлю их в план статей.

Автор: Apetrus

Источник