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Representação do mundo de jogos Bomberman-like

Existem aqueles problemas não-imediatos como desempenho, elegância ou outros que apenas ficam no caminho para a primeira solução funcional. Há aqueles que condenam a prática de preocupação prévia e insistem em resultados imediatos. Estou trabalhando no desenvolvimento de um jogo similar ao Bomberman e precisei desenvolver uma solução para representar o mapa onde o mundo do jogo é executado. E, é claro, acabei tendo o luxo de escolher a abordagem de desenvolvimento onde a preocupação com problemas não-imediatos ocorre mais cedo que a entrega do produto.

Introdução

Para que o problema não fique muito abstrato, considere a imagem abaixo, retirada do jogo BlowThemAll.

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O mapa do jogo possui uma implementação similar ao conceito de uma matriz, onde os elementos do mapa possuem uma posição <x, y> tal que essa posição não pode ultrapassar os limites da matriz e os índices x e y são números discretos, naturais. Cada posição no mapa é um tile e cada tile pode conter vários elementos.

O mapa contém elementos imóveis, tais como blocos a serem explodidos, e elementos móveis, tais como bombas e avatares. Avatar é um personagem que representa a conexão do jogador com o mundo virtual de BlowThemAll.

Há ainda blocos eternos, que não podem ser explodidos.

No jogo original, Bomberman, uma bomba explode e a explosão tem o alcance baseado em tiles. Itens aparecem somente em tiles específicos. Há muitas observações que sugerem fortemente o uso de uma matriz como uma representação eficiente para o jogo.

Problema

Jogando-se Bomberman é possível observar que um avatar pode estar entre dois tiles, então você não pode representá-los como um elemento em uma sequência que faz parte de algum tile, pois um avatar pode estar entre dois tiles. Logo, o avatar precisa ser independente dessa matriz e não pode ter sua posição representada por números discretos.

Abordagens iniciais

A primeira abordagem para o problema foi utilizar uma lista separada para esses elementos do mapa que podem assumir posições entre dois tiles e armazenar suas respectivas posições usando valores do tipo double (ou parecidos).

Entretanto, eu não me sinto confortável usando valores do tipo double em um jogo em rede. Primeiro, porque o comportamento de doubles não é trivial, e segundo, porque é difícil garantir reprodutibilidade/previsibilidade usando doubles, então  eu não quero lidar com o problema desses números sendo utilizados numa parte principal de um jogo em rede. Lembrando que o double que você está usando pode nem ser o IEEE floating point. É claro que eu iria ler o “what every computer scientist should know about floating point numbers” caso o projeto precisasse, mas eu queria, ao menos, considerar uma abordagem alternativa.

A minha ideia foi usar números discretos para as posições dos elementos não-fixos no mapa, e fazer numa escala diferente (se o mapa era 13×11 tiles, os elementos não-fixos estariam em uma matriz virtual 130×110) para permitir um valor mais granular (que emularia o fato do avatar poder estar entre dois tiles). Essa abordagem não me contentou, pois ela levantava outras perguntas (ex.: quão granular devo permitir a posição para permitir uma experiência de jogo agradável?), não era elegante e tirava a simplicidade que eu tinha na solução inicial, onde, era barata, a operação de encontrar quais os avatares eram atingidos por uma explosão.

Pensando nas restrições

Eu voltei ao problema inicial para pensar nas restrições que ele apresentava. A depender de suas restrições, o algoritmo poderia resolver um problema menor e mais simples. Foi essa a abordagem que me permitiu desenvolver a libdepixelize com menos código e mais rápido, e é isso que decidi também fazer no BlowThemAll, entender melhor o problema.

Daí, percebi algo enquanto jogava bomberman. O avatar pode sim, estar entre duas posições, mas caso ele esteja entre duas posições, ainda há um “tile principal” ao qual ele pertence. Isto é, ele só é atingido por uma explosão caso apenas um dos tiles, o “tile principal”, seja incendiado. Além disso, há a restrição de que ele só pode estar entre dois tiles, não entre quatro tiles. Todas essas informações me inspiraram o suficiente para pensar numa solução alternativa.

Solução final

A ideia-chave da solução que acabei adotando é armazenar os elementos na “matriz”, como estava inicialmente planejado, porém adicionar um atributo “filled”, que representava o quanto  daquele tile o elemento ocupa, e um atributo direção, que representa qual o próximo tile a ser ocupado, quando o elemento atual chegar no limite de desocupação do tile atual.

Conceitualmente, 1 representa o estado onde o elemento está ocupando somente aquele tile, 0 representa o estado onde ele não está ocupando nada daquele tile e temos também todos os valores intermediários (como ocorre em contas de probabilidade). Entretanto, queremos usar valores discretos, então usamos inteiros simples e usamos seus limites (0 e 255) para representar os limites conceituais (0 e 1).

Um elemento é transferido para o próximo tile, quando, conceitualmente, ele desocupa mais da metade do tile atual. Se mapearmos o comportamento conceitual para o comportamento em código, então haverá um desperdício de bits, pois o valor de filled nunca seria inferior a 127. Assim sendo, o valor 255 continua representando o conceitual 1, mas o valor 0 representa o conceitual 1/2.

E a solução ficou bem legal até, mas eu ainda queria mais. Uma granularidade de 256 valores possíveis parecia um desperdício para mim e eu queria usá-los para mais informações. Foi então que eu decidi separar preenchimento/ocupação/”filled” por dimensão. “dir” se transformou nos atributos “is_up” e “is_left”, enquanto “filled” se transformou nos atributos “y_filled” e “x_filled”. Usando campos de bits, consegui armazenar toda essa informação em um único byte.

Os atributos “is_up” e “is_left” podem lembrar o bit de sinal da representação de inteiros por complemento de 1, que desperdiça um valor possível, porém eu quero preservar a simetria, então esse desperdício é aceitável.

Essa separação por dimensão, entretanto, faz com que o objeto sempre assuma uma direção para cada dimensão. Se antes as opções de direção eram norte, sul, leste e oeste, agora as direções são nordeste, noroeste, sudeste, sudoeste. Essa característica não é um problema, mas é preciso manter ela em mente quando for implementar funcionalidades que dependem da direção do personagem (socos, por exemplo).

Outra consequência da separação é que o jogo volta a apresentar a possibilidade inicial onde um personagem pode assumir uma posição de estar entre quatro tiles. Essa é uma característica positiva, pois impõe menos restrições e dá mais liberdade artística aos autores de mapas. Essa possibilidade também está presente no jogo Bomberman Tournament e eu não quero fazer menos que os competidores.

E, assim, eu fiquei satisfeito, e surgiu o código do BlowThemAll para tratar mapas. É claro que eu não acho que usaria essa solução para um jogo estilo “The Legend of Zelda: A Link to the Past“, mas eu acho que ficou bem adequada a um jogo ao estilo de Bomberman. Pode ser que você ache interessante pesquisar também sobre Quadtree Collision detection.

Programação em tempo real

Caso não fosse um jogo em rede e que possui algumas características que eu não detalhei, eu estaria também mantendo a preocupação de fazer uma solução para programação em tempo real, afinal, é um jogo e queremos previsibilidade nos tempos de respostas máximos. Sem essa preocupação, a única modificação que pensei para melhorar a previsibilidade nos tempos de resposta seria usar a função vector::reserve para pré-alocar um pouco de memória para a lista de elementos em cada tile.

Final

E para acabar o post, deixo um vídeo de alguns segundos demonstrando o resultado:

Game Jam durante o final de semana

Esse final de semana participei de um evento de game jam. Sinceramente, não pesquisei sobre esse tipo de evento e posso estar sendo infiel aos valores-raízes e desvirtuando o mesmo, pois tudo que sei é informação de segunda-mão, mas, mesmo assim, tive uma experiência positiva com a minha visão do que é um game jam. Ao final do processo, acabei conhecendo como é um game jam e com uma nova sugestão de evento para quem gosta de programar.

O que é?

Game Jam é um evento onde pessoas se reúnem num mesmo local para fazer um jogo do zero. Elas se reúnem, formam times e criam um jogo. O desenvolvimento do jogo deveria durar três dias e, ao final do processo, deveria haver um produto “mostrável”.

Por que?

É divertido, e você se desapega daquelas preocupações de código elegante e reaproveitável que faz verificações de segurança para terminar algo rápido. Ter algo que você fez e está funcionando é algo legal. E o ambiente onde há outras pessoas programando, buscando o mesmo objetivo que você, estimula você a ficar determinado em sua tarefa. E também é uma desculpa para trabalhar com tecnologias novas e melhorar suas habilidades como programador.

Meu game jam

Esse game jam que participei foi uma coisa pequena que organizei na minha casa e chamei uns amigos. Foram três times ao total (sendo que dois times, incluindo o meu, eram formados por apenas um membro).

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Time azul

O time azul desenvolveu um jogo estilo Beat ‘em up escrito em Python 3 e pygame.

Time vermelho

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O time vermelho desenvolveu um jogo de asteroides que também foi escrito em pygame, mas utilizando Python 2.

Time laranja

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O meu time, que no caso sou só eu mesmo, fez um jogo estilo bomberman via rede, escrito em C++11, Qt5 e Tufão 1.x.

Dicas

Lembre-se de se divertir, é o mais importante. Eu podia ter formado time com a outra pessoa que também ficou sem time, mas nós tínhamos expectativas diferentes e ambos estaríamos frustrados caso tivéssemos formado um time. No final, acho que todo mundo achou legal. Se divertir é importante.

Veredito

A experiência que tive com o evento foi positiva e é um evento que eu recomendo a todo mundo que gosta de programar. Vale a pena.

Sobre os jogos, creio que os participantes vão continuar trabalhando neles por um pouco mais de tempo, pelo menos, para ter algo polido e tal. O meu jogo, pelo menos, tem código ainda não público e você precisa de um manual de instruções para rodar o jogo sem esbarrar nos glitches e bugs.

Para o próximo, planejo fazer algo usando Rust, SDL2 e Chipmunk, três tecnologias com as quais não tenho experiência significativa e, no máximo, apenas uma ligeira familiaridade.

Análise honesta do OpenPandora

Pandora é um console portátil cuja ideia nasceu em uns fóruns, após discussões sobre “como seria o console perfeito?”, onde cada um palpitava o que deveria haver. O projeto se tornou realidade e eu tive acesso ao console por bastante tempo. Nesse texto faço uma análise do console.

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Hardware

Nubs/analógicos

A qualidade dos analógicos é boa e adequada para um portátil (ocupam pouco espaço, mas não causam fadiga) e também possuem boa sensibilidade, mas infelizmente a funcionalidade de auto-calibragem dos mesmos (controlada por hardware e provavelmente imutável) é muito irritante. Ainda não perdi em nenhum jogo por causa disso, mas quando a calibração dá errado, você precisa fazer a “dancinha dos nubs” para eles voltarem ao normal e isso significa fugir do inimigo mais próximo em um jogo de ação até que os controles voltem ao normal. Mesmo com esse defeito, a presença dos nubs é um fator positivo e eu sentiria falta caso eles fossem removidos.

Apesar de seus problemas, os nubs são flexíveis, podendo ser utilizados como mouse ou como botões do mouse, dispensando muitas vezes o uso da touchscreen.

Meu conselho é que você prefira depender dos nubs para garantir precisão de ângulo (direção a ser apontada, por exemplo), do que depender deles para garantir precisão de intensidade (o módulo do vetor, intensidade da força, …).

Botões de jogo

O Pandora foi criado como um sistema para emular jogos e possui muitos dos clássicos botões (4 botões frontais, 2 botões de ombro, um direcional, …).

A qualidade dos botões é excelente. Após muitas e muitas horas de jogo, nunca aconteceu de algum botão “travar”/”emperrar” ou coisa do tipo comigo. E o direcional é excelente também, sendo fácil até de executar aqueles sequências “meia-lua etc”.

Touchscreen

A touchscreen é resistiva, o que pode ser chato para algumas pessoas. Quando eu coloquei uma película protetora, a precisão diminuiu nos cantos da tela e ficou difícil jogar jogos como The Legend of Zelda: Spirit Tracks.

Porta USB

O Pandora tem duas portas USB (uma porta USB-A e uma porta mini-AB OTG). Além da praticidade de poder usar hub, teclado mouse, hd externo e outros, você pode carregar via USB. Você pode até plugar seu robô feito com Arduino e deixar o Pandora com o seu poderoso processador de 1GHz executar os algoritmos mais custosos.

O motivo de eu ter reservado uma parte só para USB é que, no Pandora, ela encontra usos mais inusitados. Há, por exemplo, o software Master Control, que pode ser usado para fazer o Pandora funcionar como teclado, mouse e gamepad. Eu pretendia até fazer interfaces gráficas para auxiliar em fazer o Pandora funcionar como uma placa de som externa e como um leitor de CD/DVD virtual, usando os módulos já existentes do kernel.

A parte chata é que o padrão mini USB caiu em desuso e é meio difícil encontrar cabos para esse padrão. A sorte é que alguns produtos famosos, tipo o PS3, ainda fazem uso de miniUSB.

Bateria

O que eu tenho a comentar sobre a bateria é que ela dura bastante. A bateria vai durar tanto que você vai passar da hora de dormir só para ter o prazer de descarregar ela. Ela dura tanto que tem usuários usando o Pandora para carregar seus smartphones que possuem uma bateria inferior.

Mas apesar de ser muito boa, parece que os desenvolvedores do Pandora não se contentam facilmente, pois fizeram com que a bateria seja facilmente substituída, assim você pode ter umas baterias reservas já carregadas para quando for passar por um apocalipse zumbi longos períodos sem energia.

Áudio

Talvez uma das partes menos importantes em um console (ainda mais em um console portátil), mas apesar disso o áudio do Pandora é muito bom. O áudio do Pandora foi o que me fez perceber que os meus headphones precisam de um amplificador para eu extrair seu potencial (que não é necessário caso eu o plugue no Pandora).

Diferente de escutar músicas em um de meus outros dispositivos, no Pandora as músicas não travam nunca (a velocidade dos leitores de cartão de memória são muito boas), mesmo quando escuto músicas em um formato que costuma ocupar mais espaço/bytes, como o formato FLAC. Esse ainda é outro diferencial, como o sistema é aberto, qualquer um pode adicionar suporte a novos formatos de arquivos. Além de mp3, você pode abrir Ogg Vorbis, FLAC, o recente Opus e um monte de arquivos (coisa que normalmente só posso apreciar num computador, bem menos portável que um Pandora).

Ainda comparando com outro dispositivo que possuo, no Pandora eu não costumo escutar interferência de som enquanto o sistema funciona. No Pandora o único momento onde há uma pequena interferência de áudio é enquanto ele está carregando na tomada (e nem sempre acontece, pois ele costuma carregar enquanto eu durmo). Já no meu outro dispositivo que não é o Pandora, costumo escutar uma barulho de áudio que não é da música enquanto copio grandes arquivos entre pastas e em outras situações não incomuns.

Fugindo do tópico qualidade e entrando no tópico flexibilidade, o Pandora possui microfone embutido, mas também suporta entrada e saída de som através de suas várias conexões (entrada P2 com suporte a microfone, porta de expansão ou mesmo uma placa de som USB externa). O único inconveniente é que os headsets suportados pela entrada P2 foram projetados para o padrão, mas a Apple “criou” seu padrão não-padrão que, entretanto, foi seguido pela maior parte das empresas e, assim, tornou-se o padrão.

Juntando tudo isso, o melhor dispositivo para escutar música que tenho acesso é esse portátil, mas não me considero competente o suficiente no assunto, então deixo um link para a avaliação dos freaks do head-fi. Eu os cito usando o nome “freaks”, pois certa vez me deparei com um artigo que caracteriza um pouco de como eles se divertem durante o tempo livre.

Wifi

Há muitos relatos entre os primeiros usuários do dispositivo sobre problemas com o uso de wifi no aparelho, mas vou limitar a análise ao dispositivo ao qual tenho acesso e o veredito é que hardware wifi do Pandora é bom o suficiente, mas um pouco obscuro. Acabei de baixar momentos atrás um PND de 1.32 GiB do repositório oficial a uma velocidade média de 100 KiB/s e máxima de 900 KiB/s sem ter problemas de reiniciar o download por quedas de conexão. Não sei se é bom o suficiente para jogar online.

Com suporte obscuro eu quis dizer que as opções do Pandora são um pouco escondidas. Além de uma bateria boa, há bastante customização no software para permitir que você possa jogar o dia todo. No meio dessas customizações, foram desabilitados muitas das formas de comunicação (bluetooth, wifi, USB host) que você não usa o tempo todo, afim de maximizar a vida da bateria do aparelho. Essas customizações podem desafiar a vida do novo usuário, mas felizmente há um menu simples e de rápido acesso na barra de tarefas para você (re-)habilitar os meios de comunicação do Pandora.

Um fato curioso que talvez enriqueça a análise é que quando uso o Android o sistema se conecta na rede wifi mais rápido.

Qualidade

A carcaça do Pandora é feita de um plástico resistente. O meu ex-Pandora resistiu a algumas quedas, porém sempre que eu ia abrí-lo para corrigir alguma coisa, os parafusos acabavam luindo e eu tinha que destruir a carcaça (frágil ao calor) e colocar outra. O meu amigo que corrigiu o botão de ombro criticou a forma que o botão de ombro foi projetado, argumentando que tudo que é soldado a placa, deveria necessitar de uma pancada muito bruta para sair.

Sistema operacional

O Pandora, assim como grande parte dos dispositivos portáteis (smartphones inclusos), usa um processador ARM. Normalmente esses dispositivos dispensam um cooler e conseguem fazer um melhor uso da bateria. Sendo assim, um sistema operacional que suporte ARM é necessário e no Pandora esse sistema é o GNU/Linux. O GNU/Linux também é usado no Android, mas com uma série de variações/limitações. Algumas variações do Android são úteis e até acabam encontrando o caminho de volta para o kernel do Linux enquanto outras são prematuras e provavelmente só continuarão a ser usadas para manter retrocompatibilidade.

Um alerta antes que você prossiga: Eu vou ser um pouco mais técnico nessa seção e meu objetivo não será comentar sobre alguns itens que o usuário considera importante como facilidade de uso, mas, ao invés, comentar o que tecnicamente é interessante no sistema (seria algo como comentar o Unix, que ninguém usa, mas influenciou a maior parte dos sistemas operacionais que encontramos com facilidade hoje).

O sistema operacional do Pandora é derivado do OpenEmbedded, uma distribuição GNU/Linux destinada a dispositivos embarcados. O sistema boota rápido, possui um kernel até recente (3.2) e uma série de modificações para suportar melhor o Pandora (um kernel customizado com drivers específicos) e para melhor suportar a comunidade do Pandora (ambiente de aplicativos que facilita a vida de usuários que só querem colocar um monte de emuladores e jogar).

Sobre o OpenEmbedded em si, o sistema é subdocumentado (ainda mais para um usuário como eu, acostumado com o ArchLinux, que possui excelente documentação), possui uma lista de emails pouco ativa (eu participo dela) e parece utilizar um monte de tecnologias antigas e específicas. Se o sistema fosse melhor documentado, seus defeitos seriam reduzidos, pois qualquer usuário poderia se guiar e modificar o sistema. Seu gerenciador de pacotes foi forkado de um projeto morto usado por projetos antigos. Para não ficar muito decepcionado, você pode imaginar esse sistema como um sistema Debian que já está estável e vai receber poucas atualizações durante seu tempo de vida (com a diferença que o Debian é pelo menos uma ordem de magnitude melhor).

Sobre a versão customizada pela comunidade do Pandora, posso afirmar que é melhor mantida e recebe atualizações com uma frequência satisfatória. Em cima do sistema OpenEmbedded, foi criado um novo sistema de pacotes adequado para partições FAT (que normalmente são usadas em cartões de memória, mas carecem de um sistema de permissões adequado para sistemas GNU/Linux), onde você joga arquivos PND e já pode executá-los a partir do menu do Pandora. Há até uma interface gráfica minimalista criada pelo time do Pandora para se adaptar aos botões destinados a jogos.

O sistema PND é o sistema usado para empacotar jogos para o Pandora. O sistema, do ponto de vista do usuário, é muito simples de usar. Você copia o arquivo PND para uma pasta específica no cartão de memória e o software estará disponível alguns segundos após o cartão de memória ser inserido. Os dados do aplicativo são armazenados numa pasta separada (que também fica no cartão de memória) e os arquivos PND ficam intactos, puros. Não há necessidade de jogar o arquivo e executar um instalador ou coisa do tipo. É plug’n’play.

Os únicos poucos softwares que tive de instalar sem usar o sistema de PND, consumindo espaço na NAND interna, foram uma versão diferente do driver de vídeo, um pacote de codecs e o aplicativo timidity.

Uma fraqueza do sistema PND é que ele não é muito seguro, em relação a como ele isola os aplicativos que dispõe do restante do sistema. O sistema é bem menos ambicioso do que o pessoal do GNOME está tentando fazer.

O repositório é recheado de aplicativos úteis e são até bem mantidos. Para uma plataforma de jogos, eu gosto bastante do Pandora, apesar de haver pessoas no fórum afirmando utilizá-lo por outros motivos.

Os drivers que mais dão problemas, interessantemente, são aqueles para os quais não há muita documentação ou código-fonte aberto e isso inclui os drivers de vídeo, wi-fi e alguns outros. Dentro desse sistema, eu não recomendo que você alimente qualquer esperança de algum dia ver suporte a Wayland.

Uma coisa interessante é que o sistema faz uso de mtd, ubi e UBIFS, onde a memória flash é exposta “diretamente”, em vez de tentar se passar por um disco magnético.

E caso você não goste do sistema operacional padrão, pode substituí-lo ou mesmo instalar algum em um cartão de memória. Até um port do Android para Pandora, que roda bem suave.

Emuladores/jogos

O principal uso do Pandora é jogos, então é justo que eu reserve uma parte da análise para comentar sobre seu poder para jogar.

Os emuladores de plataformas antigas (como NES, SNES e alguns outros que não me recordo agora) possuem uma interface bem similar, o que me faz acreditar que sejam variações de emuladores que já existiam antes, mas que algum programador adaptou para o Pandora. No caso desses emuladores, eles costumam funcionar muito bem e ter suporte a save state.

Há também os emuladores que possuem interfaces próprias. No caso do emulador de N64, por exemplo, é mais difícil para interagir com sua interface. Entretanto, o emulador de N64 recebeu bastante investimento humano para ter uma versão decente no Pandora. Eu consegui me divertir jogando o começo de The Legend of Zelda: Ocarina of Time.

Há o emulador de PS1, que é muito bom também, tem as funcionalidades necessárias (trocar de CD sem recarregar o jogo, gerenciamento de memory cards, …) e tem uma interface bem simples de usar.

Para plataformas mais recentes que N64, normalmente a performance do Pandora não é boa o suficiente, porém há o emulador de NDS, que é incrível e não peca em nada. O emulador de NDS até deixa você mandar o sinal de uma das telas do NDS para uma TV enquanto o conteúdo da tela inferior fica na tela sensível ao toque do próprio Pandora. O emulador de NDS permite até que você mostre somente uma das telas, divida horizontalmente ou verticalmente, mostre uma das telas com o dobro do tamanho da outra e várias outras opções.

Suporte

O principal suporte é fórum do Pandora, que é bem ativo e não costuma esconder informações do usuário e é frequentado por algumas pessoas bem inteligentes, além de muitos outros usuários interessados em ajudar. Há até algumas modificações que você encontra por lá, tipo como adicionar suporte a “rumble feedback” no Pandora. Além do fórum, há também o canal IRC, que costuma estar ativo, mas não tanto quanto o fórum.

bastante documentação que você pode encontrar na wiki e o sistema é bem aberto. Você pode até baixar os arquivos STL, útil em combinação com impressoras 3D.

Peças de reposição podem ser conseguidas na loja DragonBox.

Um problema sério, entretanto, são as dificuldades em contribuir patches para o sistema operacional. Caso tenha interesse, o usuário que você deve procurar é o notaz.

Fatality

Eu gostei bastante do dispositivo, no tempo em que ele passou comigo. Pretendo algum dia testar seu sucessor que já está em desenvolvimento, o DragonBox Pyra, principalmente porque agora não estou com nenhuma placa de som que seja digna dos meus fones de ouvido.

E uma dica minha é, que caso tenham interesse no produto, evitem qualquer negociação com um certo Craig.

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