Windmill : moteur graphique 3D - PARTAGE DES SOURCES
Posté le 30/09/2016 00:44
Windmill
Bonjour, bonsoir !
Windmill est un moteur graphique 3D pour calculatrices CASIO monochromes.
Ce topic est le journal de bord du projet, il décrit l'avancée étape par étape, jour par jour, depuis la création du projet à aujourd'hui.
Début du projet : juillet 2016
Dernière mise à jour : mars 2019
Dernière démo : jour 22
Un petit brief d'abord :
Windmill est un moteur graphique 3D, il est capable d'afficher des objets définis en trois dimensions.
Le principe de base du moteur graphique est de décomposer en triangles un modèle 3D puis d'appliquer des textures sur ces triangles en gérant l'occlusion.
Sur calculatrice, il n'existe aucune libairie dédiée à le 3D, donc Windmill a été écrit à partir d'une feuille blanche, tout à été réalisé de A à Z.
Jour 1
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Dans la vidéo, j'ai optimisé le moteur graphique pour les murs verticaux. c'est à dire qu'il ne dessine plus des triangles mais des trapèzes, j'ai commencé l'optimisation pour les murs horizontaux récemment.
La bonne nouvelle c'est qu'il reste une grosse marge de progression pour optimiser ces cas particuliers : éviter les flottants, gérer un peu mieux le clipping, le back face culling et éviter un calcul redondant dans la boucle principale.
Jour 2
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Principalement un gros travail sur l'optimisation des murs : la plupart des calculs flottants sont désormais avec des entiers, le clipping est géré (on affiche pas les pixels en dehors de l'écran), des calculs sont simplifiés, et même pour gagner encore quelques fps les textures doivent être tournées de 90°.
Désormais les murs horizontaux peuvent être affichés, et même le plafond noir (avant c'était de la triche juste pour la vidéo...), des textures peuvent être appliquées sur le sol, et on peux construire des objets telle que la caisse ici présente.
Les textures peuvent être changées pendant le jeu, ainsi cela permettra d'afficher des textures animées comme de l'eau par exemple !
Il y a trois types d'objets affichable :
- les murs. De face ou de coté.
- les étages. Il s'agit d'objets plats, par exemple le sol, le paillasson, le haut de la caisse.
- le plafond. C'est un étage optimisé pour le noir.
Tous les objets sont paramètrables, de la taille, la hauteur, la texture que l'on veut.
Jour 3
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Simplement un aperçu de la vue de coté, en fil de fer cette fois parce que je n'ai pas terminé l'algo pour afficher les textures sur les murs.
J'ai déjà la structure de l'algo pour appliquer mes textures, il me reste plus qu'a l'implémenter. Il ressemble à celui que j'ai déjà mais avec une variante. Cependant je vais le reprendre de zéro pour être certain d'optimiser au mieux.
Parce que avec cette vue il y a beaucoup de chose qui changent :
- les textures appliquées sur le sol, au plafond ne sont plus des sprites classiques, elles sont maintenant déformées ce qui implique d'utiliser l'algo "lourd" et pas un simple affichage de sprite zoomé (cf la lib ML_zoom)
- les murs orientés vers le "sud" ne sont plus visible car toujours vu par "derrière" donc plus besoin d'être géré. Ça c'est une bonne nouvelle, mais je ne pense pas que ça puisse compenser le point du dessus.
Donc en conclusion, j'ai peur quand aux performances de l'ensemble fini. Il va arriver un moment où ça risque de coincer.
Jour 4
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GROSSE GROSSE nouveauté ! Comme promis le moteur gère la vue de coté !!
Pour cela j'ai totalement repris mon algo de base pour appliquer les textures sur des triangles avec un bon passage à la moulinette de l'optimisation, et j'ai ainsi multiplié par 11 les performances ! C'est énorme !
La prochaine étape est d'implémenter le Z-buffer pour ne pas voir à travers les murs, et encore un tas d'optimisations...
Et maintenant il n'y a pas de cas particuliers dans l'algo, c'est à dire que je peux tourner la caméra dans tous les sens, afficher des formes dans n'importe quelle position (mais ça ce sera pour une prochaine vidéo )
Jour 5
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Et voilà encore du nouveau ! (Oui ça avance vite )
Maintenant j'ai rajouté le z_buffer qui permet de ne pas afficher les murs sensé ne pas être visible.
Et j'ai rajouté un degré de liberté pour la caméra, ce qui permet de tourner sur soi-même.
Il reste encore un tas de choses à améliorer (meilleur rendu des textures, déplacement de la caméra selon différents repères) et d'optimisations (accès à la vram plus intelligent pour éviter de dessiner du banc si c'était déjà blanc, passage des calculs pour les rotations, les projections et les produits vectoriels en nombres entiers).
Je vais mixer un peu le rendu avec le mode fil de fer pour les murs vu par derrière (qui sont transparents actuellement). J'ai déjà fait quelques test et on se rend mieux compte des volumes !
Jour 6
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J'ai amélioré la qualité du rendu général en jouant sur les décalages de bits de façon plus astucieuse, en simplifiant des opérations et en arrondissant les nombres flottants. Résultat moins de perte à cause d'arrondi et de troncature, les textures sont moins déformées et plus précises. J'ai encore optimisé mon algorithme pour appliquer les textures, j'étais passé à côté de quelque chose d'énorme, résultat j'ai pu simplifier encore mes calculs pour gagner 35% de performances. Je suis passé de 10 décalages de bit, 17 mults, 9 additions à 7 décalages, 12 mults et 10 additions.
J'ai apporté quelques modifications au z-buffer (qui permet de ne pas afficher les objets caché par d'autres), l'initialisation est plus rapide et il est plus stable car il ne risque pas de d'overflow. Et je ne dessine plus de pixel blanc si c'est la première fois que je dessine sur un pixel puisqu'il était forcement blanc avant.
J'ai rajouté la gestion des viewport, c'est à dire que le rendu peu être dans une fenêtre définie par le programmeur et plus forcement sur l'écran entier. C'est utile si on utilise un ATH qui prend une partie de l'écran ou dans un menu pour afficher un objet 3D dans un coin facilement. Je n'ai pas testé, mais il est théoriquement possible d'afficher deux rendus différents en même temps, un écran splitté pour le multijoueur par exemple
Jour 7
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Il n'y a pas grand chose de nouveau visuellement donc je sors pas de vidéo, mais maintenant que j'ai fini d'opimisé le rendu des textures, j'ai optimisé la transformation des points dans l'espace 3D. J'ai gagné 71% de rapidité depuis le jour 6 ! Entre autres, j'ai précalculé les cos et sin, les coefficients de la matrice de rotation, le tout avec des nombre entiers.
Ce qui me prend du temps en ce moment c'est la structure de mes données, comment faire quelque chose d'efficace et qui permette d'écrire les modèle 3D rapidement à la main. Donc je gère des mini structures toutes faites, des triangles, des rectangles, et peut être d'autres plus tard comme des cylindres.
De plus, j'ai ajouté une fonctionalité qui permet d'appliquer une texture des deux cotés d'un triangles. Mais un problème est apparu, quand deux textures sont trop prochent l'une de l'autre, elle on tendance à se chevaucher, c'est à dire que la texture qui est derrière est affichée par dessus celle de devant...Ici on voit la texture blanche qui passe par dessus le mur de brique (frame 2 à 7)
Ça fait une journée que je cherche le problème. Il vient evidemment du z-buffer, mais la raison du problème est assez floue
Jour 8
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J'ai réussi à repérer l'origine de mon problème après plusieurs longues séances de documentation et de débeugage.
L'utilisation des matrices de projection perspective m'a permis de remapper la coordonnée z de mes points dans l'espace caméra, c'est à dire que maintenant leur coordonnée z à une valeur logique : elle est définie à 0 quand le point est sur le near clipping plane et à 1 sur le far clipping plane. Deux plans que je définie moi même.
Ceci m'a permis de mettre au jour une relation très vicieuse entre mes triangles que je n'avais pas remarqué jusqu'à présent. Je m'explique : dans ma phase de simplification, j'ai remarqué qu'une division était inutile puisque qu'elle se simplifiait dans une multiplication un peu plus loin. Dans le même genre que (A / B) x (C x B) = A x C
Cela n'a pas posé de problème de simplifier, j'ai obtenu exactement le même rendu.
Cependant, et c'est là que c'est vicieux, c'est que, plus tard, en rajoutant mon z-buffer (qui permet de connaître la distance entre mon point et la caméra afin d'afficher uniquement le plus proche), j'ai fabriqué une relation cachée entre mes triangles. En effet ils ne sont plus dessinés independamment puisqu'ils partagent le même z-buffer.
Et comme j'ai utilisé uniquement A et pas A / B et que B varie d'un triangle à l'autre, les données que je rentrais dans mon z-buffer étaient faussent.
Mais comme B varie peu, le problème ne s'est pas montré au premier abort, mais il était bien là !
Maintenant que je comprends l'origine du problème, je vais pouvoir le résoudre. En tout cas, c'était bien tordu et ça m'a bien pris la tête.
Désolé pour ce passage assez technique, mais expliquer l'origine du problème ne peut pas se faire sans
Jour 9
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Et voilà problème réglé ! Enfin, ça m'a pris une journée complète. (j'ai bien perdu 1h sur un copier coller raté et 3h parce que j'avais pas mon café...)
Maintenant le z-buffer est ultra propre ! je maitrise vraiment tout se qui passe. Un bon point pour la stabilité et éviter l'apparition d'artéfactes visuels
Jour 10
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J'ai commencé à modéliser des vrais objets pour voir ce que mon moteur a dans le ventre, et le résultat est renversant !
En définissant toutes les faces du moulin à vent, j'ai pu créer avec une relative simplicité un résultat plus que correct.
D'un point de vue technique, j'ai de nouveau optimisé depuis le jour précédent, en effet j'avais tout "désoptimisé" pour résoudre mon problème. Les fps en temps réel sont affichés dans le coin de l'écran, on voit que pour un modèle aussi riche (30 triangles) la vitesse du rendu est plus que convenable ce qui démontre que ce projet est viable. De plus il me reste quelques points à optimiser, sur le calcul des coordonnées de textures je peux grater pas mal, j'ai deux divisions que je peux transformer en une seule, et quelques autres idées. Donc j'ai encore de la marge, l'objectif étant qu'a terme le rendu soit le plus véloce possible
Sinon on peut remarquer que j'applique des textures sur des triangles dans des positions quelconques (le toit et les pales) et que j'ai ajouté l'option pour afficher une texture différentes de chaque côté d'un triangle (le toit vu par en dessous est noir) et j'ai rajouté un paramètre pour une bonne utilisation des textures sur les triangles (en effet le sprite est un carré à la base).
La prochaine étape est une réorganisation du code, j'ai deux fichiers que je vais réunir en un seul et je vais revoir comment le moteur recoit les objets à afficher. Dans la prochaine vidéo, les pales du moulin tourneront (enfin je l'espère bien )
Jour 11
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Jour 11
Maintenant le moteur peut afficher plusieurs objets différents et les objets dynamiques ! J'ai revu totalement la façon de fournir les objets à afficher au moteur. Maintenant on peut afficher plusieurs objets simultanément, et on peut définir des mouvements pour les objets.
Jour 12
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Jour 12
Après une grande pause, le projet reprend, en fonction de ma disponibilté, plus faible qu'avant, mais toujours présente
Comme je l'avais annoncé, la reprise de mes travaux portent sur l'optimisation, la résolution de bugs, et des changements internes pour les nouveautés à venir.
- nettoyage du fov, la valeur qui correspond à l'angle de vision, c'était un peu au pif avant.
- mise en const des variables de la map : les textures, les objets, les triangles et les rectangles.
- j'ai clarifié la précision des fixed (des nombres entiers utilisés comme des nombres à virgules) pour éviter les débordements, c'est surtout problématique pour les objets lointains, ou très proches car des variables s'approchent des limites d'un int.
Maintenant je suis certain qu'afficher un objet à la taille minimale (de taille 1) ne pose aucuns problèmes.
un cube de côté 1 :
un cube de coté 10, avec à sa droite le cube de coté 1.
(On voit le sol à partir de cette échelle, la distance entre les points est de 10)
L'histoire d'échelle est d'ailleurs très subjective, à combien correspond une taille de 10 si on veut la comparer au monde réel ? J'ai fait la proposition suivante : 1 = 10cm
- j'ai ajouté un repère 3D dans un coin de l'écran, c'est utile pour le debug.
- j'ai sorti la camera de la scène, c'est à dire que j'ai crée une classe juste pour la caméra.
- correction d'un problème dans le z-buffer (un tableau de la taille de l'écran enregistrant la distance des pixels par rapport à l'écran), j'avais un overflow, maintenant c'est tout propre !
- nettoyage divers dans le code
Jour 13
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Jour 13
J'avance lentement, j'ai assez peu de disponibilité depuis 2 semaines...
MAIS ! Windmill avec encore et toujours
J'ai ajouté une fonctionnalité qui manquait depuis un long moment mais qui est pourtant essentielle : l'affichage des triangles devant le plan de clipping...
Explication :
Je parlais plus haut des plans de clipping, le proche et le lointain. Ces deux plans parralèles forment une pyramide avec à son sommet la caméra. Tout ce qui est entre ces plans est affiché. Le problème c'est si un point du triangle est avant le plan proche, jusqu'à présent si un des points avaient une coordonnée en z négative je n'affichais tout simplement pas le triangle.
Pour résoudre celà je tronque ou divise, en fonction des cas (1 ou 2 points devant le plan)
Desormais il n'y a presque plus de cas où des triangles disparaissent
Jour 14
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Jour 14
Le problème de clipping que j'exposais en jour 13 est résolu !
Voici un petit rendu que comment c'était avant et comment c'est maintenant, le triangle (qui est la brique essentielle de tout le reste) est maintenant affichable avec beaucoup plus d'angle. Même quand on est presque dans le mur, il s'affiche correctement.
La texture se déforme légèrement quand on est vraiment proche, c'est dû aux erreurs d'arrondi.
Bonne vidéo
Jour 15
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Jour 15
Une grosse surprise se prépare. Encore quelques soucis en train d'être corrigés et vous allez en prendre plein les yeux promis
En attendant cette semaine j'ai corrigé quelques bêtes erreurs comme un 1204 au lieu d'un 1024.
Changé un tas de chose en interne pour homogénéiser mon code
Les ajouts depuis le jour 13 :
Ajouté une ligne d'horizon (c'est tout bête mais ça rend bien mieux)
Changé les coordonnées des textures, maintenant on définit la taille en pixel en la texture, et la taille dans le monde.
Par exemple un texture de 32x32 peut correspondre à un carré de taille 20x20 (soit 2m carré), ou plus, ou moins c'est au choix.
- En affichant cette texture sur un rectangle de taille 40x40, la texture va automatiquement boucler.
- En renseignant 0x0 en taille réelle, la texture va s'étirer sur son support au lieu de boucler.
C'est très pratique pour répéter des motifs sans avoir à créer un autre rectangle, ou alors pour appliquer une texture sur n'importe quelle surface.
Actuellement j'ai un problème de serpent qui se mort la queue, clipping() doit être executé avant afficher() et afficher() doit être executé avant clipping() sinon j'ai des triangles qui s'effacent à certains moment. Je suis en train de corriger ça, mais c'est un peu casse tête
j'ai une grosse piste d'optimisation, si ça fonctionne j'estime à +30% de fps !
Jour 16
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Jour 16
Désolé si tu es venu sur ce topic en pensant que j'ai enfin lancé LA démo ultime que j'ai vendu au jour 15.
Aujourd'hui c'est résolution de bugs.
J'ai résolu le problème du serpent qui se mort la queue en créant une fonction dédié plus rapide. Le problème était de savoir quelle face du triangle afficher, pour rentrer les dimensions de la textures dans les points.
Le problème que j'ai maintenant est une erreur d'overflow, lorsque la surface du triangle à afficher est trop importante, les nombres prennent des valeurs qui dépassent les limites d'un int (+- 2 milliards) et provoquent des bugs terribles sur l'affichage des textures.
J'ai bien ciblé le problème, je sais exactement quand, comment et pourquoi il se produit, je ne sais juste pas comment le résoudre simplement.
Après 3 soirées gachées à essayer de bricoler un truc, j'ai décidé de faire une autre fonction de clipping.
Cette fois l'objectif n'est pas découpe en plusieurs triangles ceux qui passent derrière la caméra (comme au jour14), mais découper pour n'avoir que les pixel qui sont à l'écran.
Le petit triangle s'affiche sans procblème, le grand à une aire qui overflow et bug visuellement
Jour 17
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Jour 17
Le problème de clipping est résolu !
Pour récapituler, j'ai intégré du clipping sur l'axe devant-derrière pour couper les triangles passant derrière la caméra. Puis j'ai créé une nouvelle fonction pour découper les triangles sur l'axe haut-bas/droite-gauche, c'est à dire les bord de l'écran pour régler des problèmes d'overflow (cf jour 16). Le résultat est que le moteur est capable d'afficher des triangles dans n'importe quelle position, même la plus tordue sans bug, ou déformation du triangle.
A cette occasion j'ai revu toute la structure interne pour gérer l'affichage des objets. Je commence avec 1 triangle, et le clipping peux me renvoyer 1 à 10 triangles. Au lieu de gérer chaque point individuellement et avec des conditions à n'en plus finir, j'ai tout inséré dans un tableau que j'envoie à mes fonctions, et tout roule tout seul. c'est beaucoup plus léger et propre.
J'ai rajouté une synchronisation de la caméra avec le rendu. Le déplacement de la caméra (gestion du clavier) est appelé par un timer à interval régulier, ce qui peut tomber pendant le rendu d'une frame. Du coup je commence à dessiner un objet en regardant sous un angle X, la caméra se mets à jour et je termine de dessiner l'objet sous un angle Y. Ça provoquait des secousses et bugs visuels.
Résolution d'un bug sur le z-buffer.
Correction des quelques soucis avec le rendu du sol.
Un peu d'optimisation sur quelques variables.
Le moteur est super stable et il n'y a plus d'artéfactes visuels majeurs !!
C'est un vrai plaisir à regarder Pour ça rien de mieux qu'une vidéo !
Je teste ici sur émulateur et sur la machine, c'est quand même suffisament fluide, environ 10 fps, sachant que cette valeur est doublée avec de l'overcloacking
Jour 18
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Jour 18
Windmill avance toujours, bien que la dernière vidéo soit impressionnante, il reste beaucoup de choses à faire.
Voici les nouveautés de la semaine :
- Réorganisation du code. J'ai ajouté une class Player et une class Engine avec un tas de petites modifications. Maintenant on peut créer son propre moteur physique et de gestion du jeu totalement indépendant du rendu 3D.
On peut même créer des moteurs physiques différents. Je suis en train d'en coder 2 :
>> Moteur de déplacement d'un personnage. En vue classique style FPS, on peut courrir, sauter, regarder dans toutes les direction (@Lephé : tout est fluide), interagir avec les objets (porte, trappe, ...)
>> Moteur de création de map. En vue de haut uniquement, on peut selectionner un objet, le déplacer, le tourner et observer ses coordonnées en temps réel. Une fois au bon endroit, il suffit d'écrire les coordonnées en dur dans le code. Très pratique pour créer une map.
- Ajout des billboard. Ce sont des sprites qui font toujours face au joueur. Il tournent sur l'axe vertical pour toujours faire face à la caméra. J'ai crée des arbres avec et des personnages avec.
- Ajout des masques alpha. Chaque texture doit avoir un sprite, et peut avoir un masque. La texture est dessinée que si le pixel du masque est noir.
- Ajout des sphere englobantes. Au chargement d'une nouvelle map, Windmill calcule automatiquement une sphere englobante pour chaque objet. Ceci permet de faire un test rapide. Si la sphere n'est pas à l'écran, aucune utilisté de vérifier si tous les triangles à l'intérieur sont à l'écran. Pour l'instant j'ai fais l'algo pour créer le spheres, il me reste l'algo pour savoir si elles sont à l'écran. J'ai mesuré les fps avant pour faire la comparaison.
- Ajout d'un tas de petites modifications.
- J'ai commencé à rédiger un manuel complet pour utiliser Windmill
Donc voilà, pas mal de nouveautés, c'est à chaque fois de plus en plus impressionnant
Jour 19
Le jour 19 arrive rapidement après le jour 18 car il y a une bonne nouveauté qui fera sans aucun doute plaisir à entendre !
J'ai terminé l'algo des sphères englobantes pour ne pas "chercher" à afficher les objets qui ne sont pas à l'écran.
Une petite explication plus détaillée
Lors du chargement de la map, un premier algorithme génère pour chaque objet une sphère qui englobe tous ses points. Lors du rendu, un second algorithme test pour chaque objet, si sa sphère est intersecte ou est incluse dans le champ de vision de la caméra. Si c'est le cas, on dessine l'objet, dans le cas contraire l'objet est ignoré.
Soit N le nombre de point d'un objet composant un objet, au lieu de calculer à chaque fois N points, on calcule au pire N+1 (N+centre de la sphère) ou au mieux 1 point. C'est très rentable !
Voici une animation représentant 2 sphères. La rouge est hors du champs de vision, la verte est dans le champs de vision.
Le gain en fps est d'autant plus important que le nombre d'objet hors du champs de vision est important. Donc impossible d'exprimer un gain fixe en fps.
Voici un comparatif :
Cas n°1, la map est peu chargée (celle en exterieur)
avant après
Tous les objets hors du champs de vision : 67 85
La moitié des objets dans le champs : 28 32
Cas n°1, la map est fort chargée (j'ai ajouté 15 moulins sur la map)
avant après
Tous les objets hors du champs de vision : 35 83
La moitié des objets dans le champs : 22 32
On remarque qu'avec cette méthode, les objets hors ne baisse pas (ou très peu) les performances.
En plus de cela, ça m'ouvre des opportunités pour de nouvelles foncionnalités
Jour 20
Une petite nouveauté dont je parlais précédemment : le trie des objets en fonction de la distance à la caméra.
Windmill trie en continue les objets pour afficher ceux qui sont les plus près en premier. En vérité Il trie les sphères englobantes.
Par exemple, j'ai placé 7 "murs" les uns derrière les autres.
Quand les objets sont dessinés du plus loin au plus proche : 10 fps
Quand les objets sont dessinés du plus proche au plus loin : 17 fps
Le trie permet garantir le second cas.
Cette fonctionnalité permet d'ajouter encore des objets sans perte majeure de performances
Jour 21
Bon... Ça fait un bon moment que je vous promets une démo pour le fameux et si attendu "jour 21".
Depuis le jour 20 il y a eu de gros changements, en interne comme en externe, visibles ou non visibles.
Je vais vous présenter l'ensemble de nouveautés en attendant la prochaine démo, qui sera pour le jour 22 du coup.
D'abord... Windmill gère les collisions avec le décors !!!
J'ai intégré un algorithme qui génèrement automatiquement au chargement de la carte des boites de collision à partir du modèle 3D. Donc le personnage bute sur les murs d'une maison, mais peut aussi monter sur une caisse. En effet le moteur de collision fonctionne dans les 3 dimensions.
Ensuite... Windmill intègre un algorithme de post traitement de l'image.
Cet algorithme détecte les contours des objets et les dessine en noir. Ceci permet de mieux apprecier les volumes.
Et surtout, il simplifie la création des modèle 3D (je développerai pourquoi plus tard)
Après... Windmill gère les "décorations".
Il s'agit d'objets que l'on peut poser en superposition sur les murs pour ajouter du détail. L'objectif est encore une fois de simplifier (énormément) la création des modèles 3D. Avant, pour ajouter une porte sur un mur, il fallait découper le mur en plusieurs parties pour éviter les bugs d'affichage. Maintenant, il suffit de placer la porte où on veut par dessus un unique mur. Il reste néanmoins quelques petits bugs d'affichage avec cette méthode, mais elle fonctionne 90% du temps.
Enfin... beaucoup de remaniement en interne
J'ai nettoyé l'ensemble du code. Il y a maintenant une gestion par scene facilitant la gestion des différentes parties du jeu : l'écran titre est une scene, la map est une autre scene, le menu de sauvegarde sera une scene...
Modification de l'étalement des textures sur les objets
Ajout d'un moteur de création rapide de map, il permet de sélectionner, déplacer et tourner un objet en affichant en direct ces coordonnées. C'est une scene de debug extremment utile pour agencer les objets sur la carte.
Réunion de toutes les variables à sauvegarder dans une même classe, en prévision de la sauvegarde/chargement de partie.
Diverses améliorations
Le jeu tourne forcement moins vite avec l'ajout de ces nouvelles fonctionnalités. Le moteur physique n'influe presque pas, par contre le post traitement diminue entre 5 et 15% les fps. Je dispose cependant toujours de pistes d'optimisation, mais elle ne seront pas fabuleuses non plus. Quoi qu'il en soit, Windmill est toujours parfaitement jouable !
Jour 22 : 22 mars 2019
Bon, je suis malheureux de plus trop bosser dessus, du coup je vous donne le dernier g1a que j'ai compilé !!!
Je souhaitais faire un effet encore plus Wahou en ajoutant encore quelques trucs mais je me rends compte qu'il ne sortira jamais sinon.
Et vu le nombre de fois que je vois passer le Windmill je ressens l'impatience des gens
Je vous laisse vous balader dans ce village virtuel
La grosse nouveauté est, je le rappelle, le moteur physique, essayez de monter sur les bottes de foin ou de sauter par dessus les barrières
Jour 23 : 01 mai 2019
Je commence à en voir de le bout de cette documentation !
J'y ai consacré de nombreuses heures. C'est pour moi un point essentiel pour comprendre comment créer un environnement en 3D à travers Windmill.
De plus, elle n'arrive que tardivement car il fallait s'assurer que les bases du moteurs soit stables et qu'il n'y ait pas de revirement majeur dans la façon de créer une carte. Sinon cela aurait été du travail pour presque rien.
Maintenant c'est assez modulaire pour que l'ajout de nouvelles fonctionnalités se fasse de façon transparente pour vous, au même titre qu'une mise à jour de logiciel.
Vous trouverez ci-joint la documentation dans sa version 3.0. A priori elle devrait suffire pour couvrir les bases de la création d'une carte sous Windmill.
Je posterai les sources par la suite, je vais prendre un peu de temps pour clarifier quelques point au niveau du code
Jour 24 : 02 septembre 2021
Après une longue période sans nouvelles officielles je vous annonce officiellement que Windmill tourne avec les derniers (et même un peu plus) standards de compilation : Gint & C++
Il m'aura fallu bien plus de temps que je ne l'imaginais pour installer Gint, comprendre son fonctionnement, comprendre le fonctionnement du terminal, adapter le code du jeu... J'avais un peu avancé sur l'adaptation en y allant cran par cran jusqu'à ce le C++ soit un obstacle pour continuer.
Lephénixnoir ce sera bien démené mais nous y sommes arrivé !
Que du texte, pas grand chose à montrer, hormis un rendu pas très joli.
Il faut que je refasse une passe sur le code pour voir ce qui cloche car les textures ne sont pas sur bien rendu, il doit y avoir quelques erreur de calculs de ci de là.
Et il faut aussi que je regarde pourquoi le jeu crach dès que je regarde trop à droite ou à gauche.
J'ai a nouveau la main pour avancer comme il se doit. Des nouvelles prochainement sans doute !
Jour 25 : 12 novembre 2021
Bonjour à tous !
La dernière vidéo de Sebastian Lague (I Tried Creating a Game Using Real-world Geographic Data) détaille à 24min moment comment générer des ombres pour un rendu 3D. Je pensais que c'était hyper complexe comme sujet mais en fait c'est assez simple. En fouillant un peu je suis tombé sur une méthode encore plus simple, qui parait trivial une fois dites mais il fallait penser Planar Shadow. J'ai bien l'intention d'implémenter ça
J'ai encore du mal avec le passage sous Gint, avec des bugs dont j'ai du mal à me dépatouiller.
Autre chose, je vais désormais avoir une 90E, donc un truc bien plus récent que ma calto SH3, et avec la couleur, je pourrai faire des tests sur le portage pour cette plateforme ! On verra ce que donnent les performances.
J'ai encore un autre projet, c'est de créer un importeur de fichier obj. L'obj est un format 3D simple à générer, et aussi simple à parser. Le but est de simplifier la création des modèles 3D en passant par un logiciel 3D plutôt que créer à la fin la liste des triangle, c'est fastidieux. Ici une maison crée sous Fusion 360 en 1 minute. On voit le maillage avec les 16 triangles.
Jour 26 : 5 janvier 2022
Bonne année à tous, me revoici avec des nouveautés concernant Windmill.
Les nouvelles fonctions que je vous décrivais dans le "jour 25" et surtout les ombres et le passage en obj nécessitent une refonte du système de clipping décrit dans le jour 14.
Ce qui change ? Je passe d'un clipping 2D à un clipping 3D.
En somme, je tronque les triangles du modèle en étant encore dans l'espace 3D et plus dans l'espace 2D, c'est à dire un cran avant.
C'était un peu de boulot mais ça me permet désormais d'avancer.
Je vous présente une petite vidéo qui illustre le clipping d'un triangle par rapport au frustrum (la pyramide de vision de la caméra). Le chiffre indique le nombre de trinagle résultant du découpage
Jour 27 : 26 octobre 2022
Bonjour à tous,
La programmation sur calculatrice est chronophage et je n'ai plus de temps perso à y accorder.
J'ai des envies pour ce projet, et pas des petites : passer à la couleur, mettre en place les ombres, terminer l'import au format stl. Ça me motive à fond. Dans le même temps côté boulot, j'utilise le C# et dès que je replonge dans le C ou C++ c'est un retour en arrière qui me frustre. Je passe plus de temps à débugger Windmill qu'à faire ce qui me plait. Je n'avance pas.
J'ai finalement vendu ma 90E avant qu'elle ne prenne la poussière, que les touches se mettent à gripper et que les araignées y fassent leur nid.
Pour être honnête, je ne pense pas remettre un pied dans le projet.
Windmill a souvent été pris en exemple pour l'exploit technique et son potentiel, et je n'en suis pas peu fière. Je ne pense pas qu'une autre personne de la communauté (fr ou non) soit allé aussi loin dans la création d'un vrai moteur 3D pour calculatrice.
C'est pourquoi ce projet doit continuer à vivre et ne doit pas tomber dans l'oubli.
Ainsi je partage à la communauté les sources du projet aujourd'hui.
C'est brut, tout n'est pas commenté, si vous souhaitez reprendre le projet, bon courage, mais merci si vous vous lancez !
Dans ce cas tu veux peut-être considérer un autre tri que qsort(), car si je ne me trompe pas l'ordre des triangles dans le z-buffer ne change pas beaucoup d'un frame à l'autre ?
Puisqu'on est dessus je pense que tu peux essayer plusieurs optimisations.
D'abord, tu peux écrire ton propre quick sort, spécialisé pour ton z-buffer. Quand je parle de « spécialisé », ça veut dire qu'au lieu de comparer en appelant une fonction (lent), puis en faisant un accès mémoire pour récupérer les pointeurs, pour faire un second accès sur le membre x, tu peux juste écrire zbuffer[n]->x. Après avoir chassé pour réduire ton nombre de multiplications, je pense que ça vaut le coup d'essayer.
Ensuite, tu peux t'intéresser à certains cas particuliers de tri. Quand l'ordre des triangles ne change pas beaucoup d'un frame à l'autre, le tri par insertion est très rapide ; si entre le z-buffer du frame n-1 et celui du frame n, le déplacement de chaque triangle est borné, le tri par insertion est en temps linéaire. Si l'ordre ne change pas, il fait une comparaison par triangle.
Pour le quicksort, tu peux sélectionner un pivot au milieu du segment à trier, car si l'ordre change peu le pivot sera une médiane. Mais ça ne t'empêche pas de passer à la récurrence après avoir fait quasiment aucune inversion ; je n'ai pas retrouvé de discussion technique sur ce point mais je pense que le quicksort n'est pas plus efficace quand le tableau est quasiment trié.
Évidemment quand tu changes de lieu il faut re-trier entièrement le z-buffer donc un quicksort sera plus rapide. Tu peux certainement trouver des petites heuristiques pour décider si oui ou non l'ordre du z-buffer va beaucoup changer à chaque frame.
Enfin, tu peux expérimenter sur des combinaisons de différents tris ; seulement si tu as vraiment beaucoup de triangles à trier. Je dirais que ce genre d'optimisation est intéressant quand tu dépasses les 1000/2000 triangles dans le z-buffer.
Du coup, pendant que tu chasses les FPS, je te suggère de :
- Tester ce que tu gagnes en écrivant ton propre quicksort avec le test hardcodé
- Essayer le tri par insertion au cours du mouvement (là ou l'ordre du z-buffer change peu)
Lephenixnoir a écrit : Du coup, pendant que tu chasses les FPS, je te suggère de :
- Tester ce que tu gagnes en écrivant ton propre quicksort avec le test hardcodé
- Essayer le tri par insertion au cours du mouvement (là ou l'ordre du z-buffer change peu)
En effet la position des triangles change peu d'une frame à l'autre. Du coup l'ordre d'affichage change peu d'une frame à l'autre.
C'est une bonne piste merci, je vais garder ça en piste d'amélioration
Lephenixnoir a écrit : si je ne me trompe pas l'ordre des triangles dans le z-buffer ne change pas beaucoup d'un frame à l'autre ?
Pour vraiment être correct, les triangles ne sont pas dans le z-buffer. Le z-buffer est un tableau de short de la taille de l'écran 128x64 qui enregistre la profondeur du pixel dessiné. Avant de rendre la scène il est rempli de 32768. Pour chaque pixel appartenant à un triangle, je calcule la distance du point du triangle à la caméra (ce point n'est pas forcement un sommet du triangle, du coup il faut interpoler). Si cette valeur est inférieur à celle du z-buffer je dessine le pixel et j'enregistre la valeur dans le z-buffer.
Une fois l'ensemble des triangles dessiné, le z-buffer ne contient aucune trace de quel triangle à fait quoi. Ce ne sont que des valeurs brutes servant à être comparées d'un triangle à l'autre
Lephenixnoir a écrit : Évidemment quand tu changes de lieu il faut re-trier entièrement le z-buffer donc un quicksort sera plus rapide.
Ce n'est pas un problème pour un changment de map, on peut considérer que c'est un temps de chargement. Quant aux changements de lieu de la caméra, c'est plus "problématique".
Enfin, et c'est là où réside toute l'astuce, et que ce n'est pas si "problématique", c'est que je trie mes triangles par lot. Comme chaque objet est composé de triangles, au lieu de calculer pour chaque triangle la distance à la caméra je calcule pour chaque objet cette distance. Ça réduit drastiquement le nombre d'éléments à trier.
Et d'ailleurs j'utilise les sphères que j'ai introduit tout récemment pour faire ça
Lephenixnoir a écrit : Tu peux certainement trouver des petites heuristiques pour décider si oui ou non l'ordre du z-buffer va beaucoup changer à chaque frame.
Je pensais lancer le trie toutes les X frames/secondes.
Pour vraiment être correct, les triangles ne sont pas dans le z-buffer. Le z-buffer est un tableau de short de la taille de l'écran 128x64 qui enregistre la profondeur du pixel dessiné.
Ah oui, c'est vrai, j'avais lu ça. Remplace « z-buffer » par « tableau des triangles » partout dans mon message précédent
Comme chaque objet est composé de triangles, au lieu de calculer pour chaque triangle la distance à la caméra je calcule pour chaque objet cette distance. Ça réduit drastiquement le nombre d'éléments à trier.
Un ordre de grandeur du nombre d'objets à trier ? S'il est faible, ça ne sert à rien de se lancer dans des optimisations compliquées.
Je pensais lancer le trie toutes les X frames/secondes.
Ah donc tu peux afficher un frame même si le tableau n'est pas complètement trié ? Dans ce cas-là tu as raison, autant ne le faire que de temps en temps. Par exemple si l'angle de la caméra s'éloigne trop de l'angle qui a été utilisé lors du dernier tri.
L'ordre de grandeur correspond en tout et pour tout au nombre d'objet dans la scène (=sur la map). Donc rajouter une table, une maison, un moulin, une barrière ajoute 1 objet à trier.
Un exemple concret, dans la démo, la map dans la maison du forgeron c'est 6 objets, la map exterieur c'est 11 objets.
Donc l'ordre de grandeur est inférieur à 100, pas la peine de se lancer dans une usine à gaz, par contre ça reste quand même une piste d'optimisation
Oui bien sûr, c'est juste que ce n'est pas optimal
J'ai une idée qui me passe par la tête : tu parcours le tableau quand tu fais le dessin non ?
Dans ce cas chaque fois que tu dessines un triangle tu peux faire une étape de tri par insertion en side-effect : s'il est plus proche que le précédent, tu les échanges.
Avec ça le tableau pourrait bien se maintenir trié tout seul...
Bonne idée mais malheureusement la façon dont la code est fait ne permet pas cela
- Je n'ai pas 1 liste de triangles mais N liste de K triangles où N = nombre d'objets et K = nombre de triangle de l'objet + nombre de rectangle de l'objet x 2 + les découpages avec le clipping.
- La distance d'un triangle à la caméra évolue en fonction du point du triangle que l'on dessine. Quand tu regardes ta table de salon, le bord le plus proche de toi n'est pas la même distance de tes yeux que l'autre bout de la table. Faudrait-t-il prendre la moyenne (calcul supplémentaire) ?
Ajouté le 05/09/2018 à 16:14 :
@Ninestrars: Au fait, je pense que tu n'y peut pas grand chose mais j'informe quand même : quand tu regarde de près un mur texturé (particulièrement le moulin au niveau de l'angle avec la porte en façade) les fps passent de (environ) 20 à 8-7... autrement dit ça rame.. après je ne sait pas si ton algo des sphères englobante corrige ça (je ne m'y connaît pas trop où je ne vois pas de quoi tu parle ).. mais moi je vois ça.
Après c'est pour chercher la petite bête
Oui j'avais remarqué qu'il y en a plus quand on est proche.. mais je pensais pas que ça ramerais autant par rapport à la fluidité général du programme..
Ce que le programme fait c'est calculer la couleur de ces pixels. Plus il y en a, plus Windmill a de travail. Quand tu es loin, il y a beaucoup de sol et de ciel, donc il y a moins de travail à effectuer ; les FPS montent en proportion.
Et quand tu es loin ou proche, le nombre de pixels peut posément varier du simple au double/triple...
Je suis content de voir que ce projet évolue.
Ce moteur graphique a-t-il déjà été implanté dans des projets ou des programmeurs l'intègreront-ils dans leurs futurs projets ?
Totoyo a écrit : Je suis content de voir que ce projet évolue.
Ce moteur graphique a-t-il déjà été implanté dans des projets ou des programmeurs l'intègreront-ils dans leurs futurs projets ?
Moi j'ai quelques idées de jeu avec ce moteur graphique
Mais déjà je fais finir mes projets que j'ai commencé...(Warning Forever, 15secondes ninja et...un projet "secret")
J'ai déjà en tête quelques trucs pour les textures du sol, mais c'est le genre de fonction à refaire ralentir énormément le jeu. Du coup ce n'est pas ma priorité
Non pas encore Totoyo. Je n'ai pas livré les sources du projet car d'une version à l'autre il y a trop de changement.
C'est en train de bien se stabiliser donc je vais pouvoir livrer les sources avec une doc complète pour les prochaines versions dans le même temps j'aimerai sortir une démo qui utilise toutes les fonctionnalités de Windmill pour servir d'exemple.
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J'ai encore optimisé mon algorithme pour appliquer les textures, j'étais passé à côté de quelque chose d'énorme, résultat j'ai pu simplifier encore mes calculs pour gagner 35% de performances. Je suis passé de 10 décalages de bit, 17 mults, 9 additions à 7 décalages, 12 mults et 10 additions.
Ici on voit la texture blanche qui passe par dessus le mur de brique (frame 2 à 7)
Ajouté une ligne d'horizon (c'est tout bête mais ça rend bien mieux)
Il reste néanmoins quelques petits bugs d'affichage avec cette méthode, mais elle fonctionne 90% du temps.
Citer : Posté le 31/08/2018 19:51 | #
Exact
Citer : Posté le 31/08/2018 20:07 | #
Dans ce cas tu veux peut-être considérer un autre tri que qsort(), car si je ne me trompe pas l'ordre des triangles dans le z-buffer ne change pas beaucoup d'un frame à l'autre ?
Puisqu'on est dessus je pense que tu peux essayer plusieurs optimisations.
D'abord, tu peux écrire ton propre quick sort, spécialisé pour ton z-buffer. Quand je parle de « spécialisé », ça veut dire qu'au lieu de comparer en appelant une fonction (lent), puis en faisant un accès mémoire pour récupérer les pointeurs, pour faire un second accès sur le membre x, tu peux juste écrire zbuffer[n]->x. Après avoir chassé pour réduire ton nombre de multiplications, je pense que ça vaut le coup d'essayer.
Ensuite, tu peux t'intéresser à certains cas particuliers de tri. Quand l'ordre des triangles ne change pas beaucoup d'un frame à l'autre, le tri par insertion est très rapide ; si entre le z-buffer du frame n-1 et celui du frame n, le déplacement de chaque triangle est borné, le tri par insertion est en temps linéaire. Si l'ordre ne change pas, il fait une comparaison par triangle.
Pour le quicksort, tu peux sélectionner un pivot au milieu du segment à trier, car si l'ordre change peu le pivot sera une médiane. Mais ça ne t'empêche pas de passer à la récurrence après avoir fait quasiment aucune inversion ; je n'ai pas retrouvé de discussion technique sur ce point mais je pense que le quicksort n'est pas plus efficace quand le tableau est quasiment trié.
Évidemment quand tu changes de lieu il faut re-trier entièrement le z-buffer donc un quicksort sera plus rapide. Tu peux certainement trouver des petites heuristiques pour décider si oui ou non l'ordre du z-buffer va beaucoup changer à chaque frame.
Enfin, tu peux expérimenter sur des combinaisons de différents tris ; seulement si tu as vraiment beaucoup de triangles à trier. Je dirais que ce genre d'optimisation est intéressant quand tu dépasses les 1000/2000 triangles dans le z-buffer.
Du coup, pendant que tu chasses les FPS, je te suggère de :
- Tester ce que tu gagnes en écrivant ton propre quicksort avec le test hardcodé
- Essayer le tri par insertion au cours du mouvement (là ou l'ordre du z-buffer change peu)
Citer : Posté le 31/08/2018 21:30 | #
Du coup, pendant que tu chasses les FPS, je te suggère de :
- Tester ce que tu gagnes en écrivant ton propre quicksort avec le test hardcodé
- Essayer le tri par insertion au cours du mouvement (là ou l'ordre du z-buffer change peu)
C'est une bonne piste merci, je vais garder ça en piste d'amélioration
si je ne me trompe pas l'ordre des triangles dans le z-buffer ne change pas beaucoup d'un frame à l'autre ?
Une fois l'ensemble des triangles dessiné, le z-buffer ne contient aucune trace de quel triangle à fait quoi. Ce ne sont que des valeurs brutes servant à être comparées d'un triangle à l'autre
Évidemment quand tu changes de lieu il faut re-trier entièrement le z-buffer donc un quicksort sera plus rapide.
Enfin, et c'est là où réside toute l'astuce, et que ce n'est pas si "problématique", c'est que je trie mes triangles par lot. Comme chaque objet est composé de triangles, au lieu de calculer pour chaque triangle la distance à la caméra je calcule pour chaque objet cette distance. Ça réduit drastiquement le nombre d'éléments à trier.
Et d'ailleurs j'utilise les sphères que j'ai introduit tout récemment pour faire ça
Tu peux certainement trouver des petites heuristiques pour décider si oui ou non l'ordre du z-buffer va beaucoup changer à chaque frame.
Citer : Posté le 31/08/2018 22:02 | #
Ah oui, c'est vrai, j'avais lu ça. Remplace « z-buffer » par « tableau des triangles » partout dans mon message précédent
Un ordre de grandeur du nombre d'objets à trier ? S'il est faible, ça ne sert à rien de se lancer dans des optimisations compliquées.
Ah donc tu peux afficher un frame même si le tableau n'est pas complètement trié ? Dans ce cas-là tu as raison, autant ne le faire que de temps en temps. Par exemple si l'angle de la caméra s'éloigne trop de l'angle qui a été utilisé lors du dernier tri.
Citer : Posté le 31/08/2018 22:14 | #
L'ordre de grandeur correspond en tout et pour tout au nombre d'objet dans la scène (=sur la map). Donc rajouter une table, une maison, un moulin, une barrière ajoute 1 objet à trier.
Un exemple concret, dans la démo, la map dans la maison du forgeron c'est 6 objets, la map exterieur c'est 11 objets.
Donc l'ordre de grandeur est inférieur à 100, pas la peine de se lancer dans une usine à gaz, par contre ça reste quand même une piste d'optimisation
Oui bien sûr, c'est juste que ce n'est pas optimal
Citer : Posté le 31/08/2018 22:16 | #
J'ai une idée qui me passe par la tête : tu parcours le tableau quand tu fais le dessin non ?
Dans ce cas chaque fois que tu dessines un triangle tu peux faire une étape de tri par insertion en side-effect : s'il est plus proche que le précédent, tu les échanges.
Avec ça le tableau pourrait bien se maintenir trié tout seul...
Citer : Posté le 31/08/2018 22:26 | #
Bonne idée mais malheureusement la façon dont la code est fait ne permet pas cela
- Je n'ai pas 1 liste de triangles mais N liste de K triangles où N = nombre d'objets et K = nombre de triangle de l'objet + nombre de rectangle de l'objet x 2 + les découpages avec le clipping.
- La distance d'un triangle à la caméra évolue en fonction du point du triangle que l'on dessine. Quand tu regardes ta table de salon, le bord le plus proche de toi n'est pas la même distance de tes yeux que l'autre bout de la table. Faudrait-t-il prendre la moyenne (calcul supplémentaire) ?
Citer : Posté le 03/09/2018 18:06 | #
Ninestars peut tu mettre s'il te plait le jour 19 en fichier joint !!!!!
Citer : Posté le 04/09/2018 08:35 | #
Ok, mais je vais plutôt mettre une nouvelle démo pour le jour 20. Il me reste quelques petits trucs à terminer d'abord
Citer : Posté le 04/09/2018 08:42 | #
Impressionnant
Hate de voir la version du jour 20.. (ajoute au moins un personnage)
-Planétarium 2
Citer : Posté le 04/09/2018 13:06 | #
Je suis ce projet a fond et j'ai hâte de voir le résultat du travail final !!!!
Merci pour tous Ninestar
Citer : Posté le 04/09/2018 13:22 | #
Oui merci pour ce travail
Ajouté le 05/09/2018 à 16:14 :
@Ninestrars: Au fait, je pense que tu n'y peut pas grand chose mais j'informe quand même : quand tu regarde de près un mur texturé (particulièrement le moulin au niveau de l'angle avec la porte en façade) les fps passent de (environ) 20 à 8-7... autrement dit ça rame.. après je ne sait pas si ton algo des sphères englobante corrige ça (je ne m'y connaît pas trop où je ne vois pas de quoi tu parle
Après c'est pour chercher la petite bête
-Planétarium 2
Citer : Posté le 05/09/2018 16:19 | #
(Compare le nombre de pixels qui ne sont ni du sol ni du ciel dans les deux situations : vu de loin, vu de près.)
Citer : Posté le 05/09/2018 16:23 | #
Oui j'avais remarqué qu'il y en a plus quand on est proche.. mais je pensais pas que ça ramerais autant par rapport à la fluidité général du programme..
-Planétarium 2
Citer : Posté le 05/09/2018 16:32 | #
Ce que le programme fait c'est calculer la couleur de ces pixels. Plus il y en a, plus Windmill a de travail. Quand tu es loin, il y a beaucoup de sol et de ciel, donc il y a moins de travail à effectuer ; les FPS montent en proportion.
Et quand tu es loin ou proche, le nombre de pixels peut posément varier du simple au double/triple...
Citer : Posté le 05/09/2018 16:34 | #
Ah OK. Non c'était juste une remarque comme ça.
Ajouté le 23/09/2018 à 20:25 :
Super, ça avance !
-Planétarium 2
Citer : Posté le 23/09/2018 21:04 | #
Je suis content de voir que ce projet évolue.
Ce moteur graphique a-t-il déjà été implanté dans des projets ou des programmeurs l'intègreront-ils dans leurs futurs projets ?
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Citer : Posté le 23/09/2018 21:22 | #
Je suis content de voir que ce projet évolue.
Ce moteur graphique a-t-il déjà été implanté dans des projets ou des programmeurs l'intègreront-ils dans leurs futurs projets ?
Moi j'ai quelques idées de jeu avec ce moteur graphique
Mais déjà je fais finir mes projets que j'ai commencé...(Warning Forever, 15secondes ninja et...un projet "secret")
Citer : Posté le 24/09/2018 00:18 | #
J'ai déjà en tête quelques trucs pour les textures du sol, mais c'est le genre de fonction à refaire ralentir énormément le jeu. Du coup ce n'est pas ma priorité
Non pas encore Totoyo. Je n'ai pas livré les sources du projet car d'une version à l'autre il y a trop de changement.
C'est en train de bien se stabiliser donc je vais pouvoir livrer les sources avec une doc complète pour les prochaines versions
Citer : Posté le 24/09/2018 07:05 | #
Bonne idée! Ne te mets pas trop la pression
-Planétarium 2
Citer : Posté le 26/09/2018 22:01 | #
Windmill gère désormais les collisions avec les objets automatiquement.