Vores studenterprogrammør Asger, har haft leget med 3D visualisering og programmering. Her følger en artikel om hans første udskejelser i den virtuelle verden.

En god indgang til 3D programmering er landskabet. Landskaber er som oftes statiske og programmøren behøver derfor ikke tage hensyn til bevægelige dele. På nettet kan man finde tonsvis af tutorials omkring landskabsgeneration ud fra højdekort, både ment som introduktion til 3D programmering, men også til de udviklere, der gerne vil optimere deres første implementation og tilføje flere visuelle effekter til det. Desuden er udgangspunktet for mange spiltyper, FPS-, RPG- eller strategispil, en verden hvor spilleren kan bevæge sig rundt, og landskabet kan være grundstammen for at skabe denne verden.

Derfor faldt valget naturligt på et landskab som første applikation til at prøve kræfter med 3D programmering.

En demo af Asger’s landskabsapplikation kan ses her:

En 3D verden er mere end bare trekanter tegnet på en skærm. Det kan være en god idé at finde sig en 3D engine til at tage hånd om bruger input, renderingsstrukturen og som tillader programmøren at abstraherer fra hvordan billeder loades som texture og hvordan matematikken bag rotation og kollision fungerer.

Her faldt valget på OpenEngine. En open source engine komplet med matematik biblioteker, geometri abstractioner, loading af 3D Studio Max modeller og brugerinputhåndtering. Derudover kan programmøren selv ændre eller tilføje til engine, hvis man har idéer til udvidelser.

OpenEngine har desuden en OpenGL 2.0 extension. OpenGL er et cross platform 3D api, så dette vil tillade landskabsapllikationen at køre på både Linux, Mac os X og Wndows. Windows har desværre ikke support i øjeblikket, så det vides ikke om OpenEngine stadig kan køres fra det OS.

Rustet med OpenEngine skulle landkabet så implementeres. Det er pt. blevet til et landskab med følgende features.

• Level of detail – Landskabet understøtter dynamisk level of detail. Det vil sige at når kameraet flytter sig længere væk fra landskabet, bliver landskabet automatisk mindre detaljeret. Grunden til dette er at langt væk fra vil brugeren alligevel ikke kunne se de finere detaljegrader, så vi kan fjerne disse og vinde noget performance.
• Culling – En anden måde at vinde performance på er naturligvis ved slet ikke at tegne noget. Det giver ikke meget mening for ting på skærmen, men for geometri der er udenfor skærmen eller gemt bag ved anden geometri, kan man vinde ekstra performance ved at culle disse.
  Landskabet understøtter dette ved en teknink kaldet frustum culling. Her beregnes der en boks rundt om dele af geometrien og denne boks testes så imod skærmens placering. Kan boksen ikke ses på skærmen, kan geometrien inde i boksen naturligvis heller ikke og vi undlader derfor at sende geometrien til grafikkortet.
• Geomorphing – Problemet med level of detail er at der pludselig popper flere vertices ind i verdenen når verdenen bliver mere detaljeret, eller der pludselig forsvinder en del af verdenen når nogle detaljer fjernes. Denne poppen er meget synlig for brugeren og skal derfor fjernes. Der er flere løsninger til dette,
  blending, geomipmapping eller geomorphing. Valget faldt på geomorphing, da denne rimelig nemt kan udvides til at tillade et dynamisk terrain og kan laves med næsten intet performance tab i en shader.
• Normalmaps – Et problem, der ikke er håndteret ved geomorphing, er skygger. Skyggerne er som udgangspunkt beregnet pr vertex, men dette giver samme poppen i skyggerne, som vi lige har fjernet ved geometrien.
  Løsningen her er enten at morphe skyggerne sammen med geometrien eller bruge et normalmap. Begge løsninger er blevet afprøvet og den sidste er klart den flotteste. Grunden er at ved brug af et shadowmap har vi altid skyggerne i den højeste detaljegrad, så selvom små bakker i landskabet ikke længer bliver tegnet i geometrien, kan spilleren stadig ‘se’ dem, da de stadig kaster skygger på terrainet. Denne løsningen tillader også at fjerne nogle af de højeste level of details for yderligere performance, men spilleren vil stadig kunne ‘se’ dem, da skyggerne stadig kastes.
• Shaders – Skal man lave noget som helst interessant i 3D grafik i dag skal man bruge shaders. Shaders tillader programmøren selv at specificerer hvad grafikkortet skal gøre med vertices og hvordan det skal beregne farver og skygger.
  Naturligvis er der derfor også brugt en shader på landskabet. Denne står for at lave geomorphing, smide texture på landskabet baseret på højde, så der kommer strand i bunden og sne på toppen af bjergene. Desuden beregner den skygger og hvor meget af landskabet, der skal kunne ses under vand.

Koden bag landskabet kan ses her eller ved at hente OpenEngine, som beskrevet her og hente projektet terrain. Herfra kan projektet også kombileres og køres. Som nævnt er der ikke Windows support for OpenEngine pt, så projektet er kun blevet testet under Linux og Mac os X.