Réalisation d'un First Person Shooter en 3D avec JAVA, JOGL, JOGG et JORBIS

Date de publication : 20 mai 2008

Par gouessej (tuer.developpez.com)
 

1. Prérequis

2. Histoire

3. Principe du jeu

4. Suivi du projet

5. Techniques utilisées dans le jeu

• tampon de profondeur
• rendu textuel
• double buffering
• matrices
• attributs
• dessin hiérarchique
• transformations géométriques (mise à l'échelle, translation, rotation, ...)
• mode de rendu (immediate mode, display list, vertex array, compiled vertex array, VBO)
• rendu multiple d'ensemble de point (glMultiDrawArrays)
• textures (multipass rendering et multitexturing à l'étude)
• affichage de surfaces colinéaires superposées (glPolygonOffset)
• alpha blending
• suppression des faces arrières
• capture d'écran
• requête d'occlusion (à l'étude)
• shader (à l'étude)
• chargement de modèles au format MD3, OBJ et 3DS
• son (OGG, WAV, MIDI)
• mode plein écran (exclusive fullscreen mode, software fullscreen mode)
• gestion de la souris pour un First Person Shooter (curseur transparent, centrage, focus...)
• animations (basé sur le temps avec un "timer")
• modèle MVC (pas encore fini)
• architecture de composants (un seul composant pour le moment)
• composants graphiques de base en JOGL (barre de progression, menu)
• script ANT
• détection des collisions (volumes englobants, voxels)
• algorithme de subdivision de l'espace (pas encore fini)
• mode multijoueur avec JGN et/ou Project Darkstar (à l'étude)
• capture "vidéo" (premier jet plutôt lent, pas encore fini)
• système anti verrou de Cardan (quaternions et transformations non eulériennes, à l'étude)
• déploiement avec Java Webstart

5-1. Capture d'écran

• Récupérer les données du tampon logiciel dans un moteur de raycasting ou de raytracing
• Passer par AWT, utiliser la méthode createScreenCapture de la classe Robot
• Passer par JOGL, utiliser la classe Screenshot

5-1-1. Le tampon logiciel

5-1-2. AWT

Toolkit toolkit = Toolkit.getDefaultToolkit();
Dimension screenSize = toolkit.getScreenSize(); //récupère la taille de l'écran
Rectangle screenRect = new Rectangle( screenSize );
try {
    Robot robot = new Robot(); //crée le robot
    BufferedImage image = robot.createScreenCapture( screenRect ); //effectue une capture de tout l'écran
    ImageIO.write( image, "png" , new File( "capture.png" ) ); //écris le contenu dans un fichier au format PNG
}
catch( AWTException awte ) //La création peut échouer si l'accès au contrôle des entrées est refusé
{ awte.printStackTrace(); }

5-1-3. JOGL

Toolkit toolkit = Toolkit.getDefaultToolkit();
//récupère la taille de l'écran
Dimension screenSize = toolkit.getScreenSize();
//capture et sauvegarde
Screenshot.writeToTargaFile( new File( "capture.tga" ) , screenSize.getWidth() , screenSize.getHeight() );

5-2. Mode plein écran

• le mode plein écran exclusif
• le mode plein écran dit "simulé"

Frame frame = new Frame();
GraphicsEnvironment graphicsEnvironment = GraphicsEnvironment.getLocalGraphicsEnvironment();
GraphicsDevice graphicsDevice = graphicsEnvironment.getDefaultScreenDevice();
if( graphicsDevice.isFullScreenSupported() )
    {
     System.out.println("mode plein écran exclusif supporté");
    }
else
    {
     System.out.println("mode plein écran exclusif non supporté");
    }

if( System.getProperty( "os.name" ).compareToIgnoreCase( "Linux" ) == 0 )
    {
     System.out.println( "Vous êtes sous Linux" );
    }
else
    {
     System.out.println( "Vous n'êtes pas sous Linux" );
    }

Frame frame = new Frame();
frame.setUndecorated( true ); //désactive la décoration de la fenêtre
GraphicsEnvironment graphicsEnvironment = GraphicsEnvironment.getLocalGraphicsEnvironment();
GraphicsDevice graphicsDevice = graphicsEnvironment.getDefaultScreenDevice();
if( graphicsDevice.isFullScreenSupported() 
    && System.getProperty( "os.name" ).compareToIgnoreCase( "Linux" ) != 0 )
    {
	 System.out.println("mode plein écran exclusif supporté");
     graphicsDevice.setFullScreenWindow(frame);
    }
else
    {
	 System.out.println("mode plein écran exclusif non supporté");
     //dans ce cas, utilisez plutôt le mode plein écran simulé
    }
frame.setVisible( true );

Frame frame = new Frame();
//place la fenêtre dans le coin supérieur gauche de l'écran
frame.setLocation( 0 , 0 ); 
//désactive la décoration de la fenêtre 
//(le cadre et la barre supérieure avec les boutons pour réduire, agrandir et fermer)
frame.setUndecorated( true );
//ignore les messages "paint" venant du système d'exploitation
frame.setIgnoreRepaint( true );
Toolkit toolkit = Toolkit.getDefaultToolkit();
Dimension screenSize = toolkit.getScreenSize();
int screenWidth=(int)screenSize.getWidth();
int screenHeight=(int)screenSize .getHeight();
//redimensionne la fenêtre pour qu'elle occupe tout l'écran
frame.setSize( screenWidth , screenHeight );
//frame.setExtendedState( JFrame.MAXIMIZED_BOTH ); peut faire la même chose, à vérifier
//Sous Linux, à cause d'un bug de metacity, la barre des tâches peut apparaître sur votre fenêtre 
//quand même si vous mettez false ci-dessous
frame.setResizable( System.getProperty( "os.name" ).compareToIgnoreCase( "Linux" ) == 0 );
frame.setVisible( true );

la ligne suivante : frame.setIgnoreRepaint( true ); utilisé dans le code ci-dessus est à utiliser avec précautions uniquement dans les cas suivants :

• active rendering (par exemple en utilisant getPaintGraphics() et en faisant vous-mêmes les opérations de dessin dans une boucle, c'est tout à fait possible en AWT)
• OpenGL (le dessin est délégué à une instance de GLEventListener, elle ne doit pas être dérangée par des appels à paint() n'importe quand)
• les deux à la fois

5-3. Gestion de la souris pour un First Person Shooter (curseur transparent, centrage, focus...)

• Utiliser les écouteurs d'AWT et la classe Robot pour le repositionnement
• Utiliser les écouteurs d'AWT uniquement pour les boutons, la classe MouseInfo pour le pointeur et la classe Robot pour le repositionnement
• Utiliser JInput pour obtenir un accès très bas niveau

5-3-1. MouseListener, MouseMotionListener et Robot

public void mousePressed(MouseEvent me){       
    switch(me.getButton())
        {case MouseEvent.BUTTON1:
	        {if(gameGLEventController.getCycle()==GameCycle.GAME)
	            {if(!gameModel.getPlayerHit())
	                gameModel.tryLaunchPlayerRocket();
	            }				                   
	            break;
	        }
	    case MouseEvent.BUTTON2:
	        {break;}
	    case MouseEvent.BUTTON3:
	        {break;}
	    }	
}

public void mouseMoved(MouseEvent me){
    //TODO
}

5-3-2. MouseListener, MouseMotionListener, MouseInfo, PointerInfo et Robot

public final Point getDelta(){       
    Point pointer=MouseInfo.getPointerInfo().getLocation();
    int xDelta=pointer.x-centerx;
    int yDelta=pointer.y-centery;
    if(xDelta==0 && yDelta==0) 
        {// robot caused this OR user did not do anything
         return(new Point(0,0));
        }
    else
        {robot.mouseMove(centerx, centery);
         return(new Point(xDelta, yDelta));
        }      
}

5-3-3. JInput

5-4. Déploiement avec Java Webstart

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> 
<jnlp spec="1.0+" codebase="http://tuer.tuxfamily.org/" href="tuer.jnlp">
  <information>
    <title>TUER</title>
    <vendor>Julien GOUESSE</vendor>
    <homepage href="http://tuer.tuxfamily.org"/>
    <description>Small Quake-like written in Java + JOGL</description>
    <description kind="short">kill them all!!</description>
    <icon href="tuerLogo.png"/>
    <icon kind="splash" href="tuerLogo.png"/>
    <offline-allowed/>
  </information>
  <security> 
    <all-permissions />
  </security>
  <update check="always" policy="always"/>
  <property name="sun.java2d.noddraw" value="true"/>
  <resources>
    <j2se version="1.6+" initial-heap-size="90m" max-heap-size="256m"/>  
    <extension name="jogl" href="http://download.java.net/media/jogl/builds/archive/jsr-231-1.1.0/webstart/jogl.jnlp" />
    <jar href="tuer.jar" download="eager" main="true"/>
  </resources>
  <application-desc main-class="connection.GameServiceProvider" />
  <component-desc/>
</jnlp>

• modifier le fichier mime.types ou équivalent sur le serveur web
• créer un fichier avec l'extension ".php" contenant la même chose que votre fichier JNLP mais avec les 3 lignes ci-dessous en entête (et l'appeler dans le lien à la place du fichier JNLP biensûr ) :

<?php header("Content-type: application/x-java-jnlp-file");
      echo "<?xml version=\"1.0\" encoding=\"utf-8\"?>";    
?>

<a href="tuer.php">Click here to run TUER!</a>

5-5. Tampon de profondeur

5-6. Rendu textuel

5-7. Double buffering

5-8. Matrices

• GL_PROJECTION
• GL_MODELVIEW

5-9. Attributs

5-10. Dessin hiérarchique

5-11. Transformations géométriques (mise à l'échelle, translation, rotation, ...)

5-12. Mode de rendu (immediate mode, display list, vertex array, compiled vertex array, VBO)

5-13. Rendu multiple d'ensemble de point

5-14. Textures (multipass rendering et multitexturing à l'étude)

5-15. Affichage de surfaces colinéaires superposées (glPolygonOffset)

5-16. Alpha blending

5-17. Suppression des faces arrières

5-18. Requête d'occlusion (à l'étude)

5-19. Shader (à l'étude)

• Les vertex shaders
• Les geometry shaders
• Les pixel shaders (appelé aussi fragment shaders)

5-20. Chargement de modèles au format MD3, OBJ et 3DS

5-21. Son (OGG, WAV, MIDI)

5-22. Animations (basé sur le temps avec un "timer")

5-23. Modèle MVC (wip)

5-24. Architecture de composants (un seul composant pour le moment)

5-25. Composants graphiques de base en JOGL (barre de progression, menu)

5-26. Script ANT

5-27. Détection des collisions (volumes englobants, voxels)

• La géométrie des objets
• La fréquence des tests de collision (par rapport au frame rate)
• Le nombre d'instants discrets considérés entre la position de départ et la position d'arrivée
• Le modèle physique (les approximations des interpolations des trajectoires par exemple)

• Les subdivisions de l'espace
• La séparation des objets qui n'interviennent pas dans les collisions des autres par une étape de présélection (n-body pruning)
• L'utilisation de plusieurs couches de test pour ne pas appliquer des algorithmes très coûteux entre des objets distants

5-28. Algorithme de subdivision de l'espace

• les arbres
• les graphes

• les arbres binaires
• les arbres quaternaires
• les arbres octaires
• les arbres K
• les arbres KD

5-29. Mode multijoueur avec JGN et/ou Project Darkstar (à l'étude)

• La partie modèle (au sens du patron de conception MVC) accessible à distance doit être thread-safe pour éviter qu'un seul client puisse bloquer le serveur
• Il faut choisir un algorithme de ramasse-miettes adapté, le concurrent low pause collector et fixer une durée maximale des pauses
• Si la méthode choisie permet d'utiliser des stubs plutôt que de recréer l'objet côté client, il faut faire le nécessaire pour rendre cela possible, implémenter l'interface Remote pour RMI par exemple
• Il faut créer des caches côté client pour éviter d'aller chercher côté serveur des informations que nous avons déjà
• Il faut renseigner côté serveur une table indiquant quand les informations disponibles à distance ont été modifiées pour la dernière fois et permettre alors au client de ne raffraichir ses caches uniquement quand c'est nécessaire (le client doit comparer l'ancienne version de la table et la version courante pour savoir ce qui a changé)

5-30. Capture "vidéo" (premier jet plutôt lent, pas encore fini)

5-31. Système anti verrou de Cardan (quaternions et transformations non eulériennes, à l'étude)

5-32. Micro-optimisations en Java

• La classe Unsafe
• Le fine tuning du ramasse-miettes
• L'interfaçage avec du code natif
• L'allocation sur la pile

La classe sun.misc.Unsafe permet de simuler l'arithmétique des pointeurs et d'accéder directement à la mémoire mais de manière portable. Une des applications possibles est de se passer des array bound checks. Le gain de performance est minime (5%) par rapport à des tableaux classiques alors autant utiliser des NIO buffers. Vous pouvez aussi forcer la libération de la mémoire. La documentation de cette classe se trouve  ici.