K-INFO
HU
EN
Belépés
Tantárgy » BMEVIIIAV46
Régebbi verziók TAD letöltése (PDF)

Grafikus játékok fejlesztése

Graphics Game Development
A tantárgyleírás hatályossága
Hatályosság kezdete:
—
Hatályosság vége:
—
Tantárgy neve (magyarul, angolul)
Grafikus játékok fejlesztése
Graphics Game Development
Tantárgykód BMEVIIIAV46
Tantárgyjelleg —
Képzési szint —
Kurzustípusok és óraszámok (heti/féléves)
Kurzustípus elmélet gyakorlat laboratóriumi gyakorlat
óraszám (heti) 2 2 0
jelleg (kapcsolt/önálló) — kapcsolt —
Tanulmányi teljesítmény/értékelés típusa félévközi érdemjegy
Tantárgy kreditértéke 5
Tantárgyfelelős
DR. Szirmay-Kalos László
beosztás: egyetemi tanár
Tantárgyat gondozó oktatási szervezeti egység
—
Kar
Tantárgy weboldala —
Tantárgy elsődleges mintatantervi jellege —
Közvetlen előkövetelmények – Erős előkövetelmény nincs
Közvetlen előkövetelmények – Gyenge előkövetelmény nincs
Közvetlen előkövetelmények – Párhuzamos előkövetelmény nincs
Közvetlen előkövetelmények – Mérföldkő előkövetelmény nincs
Közvetlen előkövetelmények – Kizáró feltétel nincs

Célkitűzés

Tantárgyprogram
    1. Modellezés
      1. Modellezési technikák. Paraméteres, szabadformájú és kvadratikus görbék és felületek. Konstruktív tömörtest geometria.
      2. A háromszögháló. Csúcspont és index buffer (Vertex és index buffer) reprezentáció.
      3. Gyakorlat: A DirectX x fájl formátum. Bevezetés az effect keretrendszer használatába. A mesh, device és effect interfészek. 3D objektum megjelenítése transzformációk és megvilágítás nélkül.
    2. Transzformációk
      1. Koordináta rendszerek és transzformációik. Projektív geometria, ideális pont, Descartes és homogén koordináták viszonya, beágyazott modell.
      2. A transzformációs csővezeték. A modellezési, világ-, kamera- és képernyő-koordináták szerepe, és a közöttük átvivő transzformációk.
      3. Gyakorlat: Mátrixok DirectXben. Kamera osztály használata. A csúcspont árnyaló (vertex shader) szerepe. HLSL alapok. Globális paraméterek. Mozgó 3D objektum megjelenítése, a kamera mozgatása.
    3. 3D képalkotás
      1. A teljes 3D képalkotási csővezeték: fix és programozható szakaszok, vágás, raszterizáció és mélységteszt. A pixel és csúcspont árnyaló (pixel és vertex shader) környezete.
      2. Lokális megvilágítás-számítás és absztrakt fényforrás-modellek. A Lambert és Phong felületi fényvisszaverődés modell.
      3. Gyakorlat: Kísérletek a mélységteszttel. A csúcspont bufferben (vertex buffer) tárolt árnyalási információk szerepe. Csúcspontonkénti (per vertex lighting) és pixelenkénti (per pixel lighting), Gouraud és Phong árnyalás. Több objektum megjelenítése megvilágítás-számítással, mozgó fényforrásokkal.
    4. Textúrák és raszterműveletek
      1. A textúrák szerepe. Textúra-koordináták. Textúra formátumok. Szűrés. Mipmapelés. Perspektív-helyes textúrázás. Kockatextúrák (cube textures) és a környezeti leképezés (environment mapping). Az ideális tükör felületi fényvisszaverődési modell.
      2. Keverés (blending) és átlátszóság. Hátsólap-eldobás.
      3. Anti-aliasing. Előszűrés és utószűrés (FSAA vagyis full-screen anti-aliasing).
      4. Gyakorlat: Kísérletek a keverés (alpha blending) és többszörös mintavételezés (multisampling) opciókkal. A textúra interfész a DirectX-ben. Textúrázó egységek (samplers) és textúra olvasás HLSL-ben. Többmenetes (multi-pass) képalkotás. Képernyőt lefedő négyszög (full-screen quad). Textúrázott, illetve a környezet tükröző objektumok, és végtelen távoli környezet-textúra megjelenítése.
    5. (5-6. hét) A játék színterének felépítése
      1. Világ-objektumok heterogén kollekciója. Hierarchikus színtér-gráfok.
      2. Valósidejű animáció. Az élethű mozgás fizikája. Newtoni mozgás. Pozíció, sebesség és gyorsulás az elmozdulás és elfordulás tekintetében. Forgatások leírása kvaterniókkal. Animáció időlépcsőkben. Az animáció beágyazása a színtér-objektumok rendszerbe.
      3. Gyakorlat: Színtérgráf megvalósítása. Fizikai animációval mozgatott objektumok megjelenítése, fizikai alapon mozgó kamerából nézve.
    6. (7-8. hét) Játéklogika
      1. Folytonos és diszkrét ütközésvizsgálat. Térfelosztás és befoglaló alakzatok. Ütközés-válasz stratégiák. Az ütköző merev testek fizikája. Az ütközés-kezelés beágyazása a színtér-objektumok rendszerbe.
      2. Játék-intelligencia. Egyszerű célokon alapuló vezérlés. A felhasználói és mesterséges intelligencia alapú vezérélés beágyazása a színtér-objektumok rendszerbe.
      3. Gyakorlat: Statikus földfelszín objektum. A talajjal ütközés detektálása és az ütközés-válasz megvalósítása. A mozgó játékobjektumok közötti ütközés-detektálás és válasz megvalósítása, befoglaló gömbök segítségével. Egyszerű mesterséges intelligencia megvalósítása. Az eredmény egy komplett kis játék, több mozgó, ütköző objektummal, melyek egyikét a játékos irányítja.
    7. (9. hét) Karakter-animáció
      1. Karakter modellek. Csontváz animáció. Merev bőrözés. Transzformációs láncok.
      2. Sima bőrözés. Transzformációk keverése a csúcspont árnyalóban.
      3. Az inverz kinematika célja.
      4. Gyakorlat: Animált karakter megjelenítése a csúcspont árnyalóban magvalósított sima bőrözéssel.
    8. (10. hét) Plakátok (billboards) és részecske-rendszerek
      1. Sprite. Plakátok.
      2. Plakátfelhők. Részecske-rendszerek.
      3. Geometriapéldány-gyártás (geometry instancing).
      4. Gyakorlat: Részecske-rendszer megvalósítása. Csúcspont és index bufferek összeállítása hardveres példány-gyártáshoz. Plakát beforgatása a csúcspont árnyalóban. Alpha blending és átlátszósági rendezés. Animált füst megjelenítése.
    9. (11. hét) Textúrába rajzolás (Render-to-texture)
      1. A lokalitás problémája. A rajzolási célpont (render target) fogalma. MRT (multiple render target, több párhuzamos rajzolási célpont). Portálok. Imposztorok.
      2. Késleltetett árnyalás (deferred shading). Gömbplakátok (spherical billboards).
      3. Gyakorlat: A DirectX surface interfész. Egy render-to-texture pass megvalósítása, egy fa rajzolásával. Az eredményül kapott textúra megjelenítése plakátokon, így erdőt rajzolva. Gömbplakátok megvalósítása, vágási hibák nélküli füst megjelenítése.
    10. (12. hét) Stencil trükkök
      1. Stencil buffer és stencil teszt. Stencil tükrök. Árnyéktestek. Stencil árnyékok.
      2. Gyakorlat: DirectX mélység-stencil felületek. Síktükör megvalósítása a stencil buffer használatával. Egy árnyéktest implementáció tanulmányozása.
    11. (13. hét) Árnyékok
      1. Síkra vetített árnyék. Mélység-térképek létrehozása és használata. Takarás-szűrés (percentage closer filtering). Lágy árnyék (soft shadow) eljárások.
      2. Gyakorlat: Több DirectX mélység-stencil felület használata. Hardver mélység-térképek. Mélység-térkép alapú árnyékok megvalósítása pontszerű fényforrásra.
    12. (14. hét) Sugárkövetés és fraktálok
      1. Sugármetszéspont-számítás. Rekurzív sugárkövetés. Sugárkövetés a grafikus kártyán és helyettesítő megoldások.
      2. Gyakorlati bevezető a fraktálok grafikai alkalmazásáról. Julia és Mandelbrot halmazok. Iterált függvény-rendszerek (IFS). Káoszjáték.
      3. Gyakorlat: Mandelbrot és Julia halmazok megjelenítése a pixel árnyaló használatával. IFS megjelenítése káoszjátékkal.
A tárgy a játékfejlesztésben használt alapvető grafikai ismereteket, az azokra épülő technikákat mutatja be gyakorlati példákon, DirectX/HLSL implementációkon keresztül. A hallgatók a grafikus kártya programozását, a legelterjedtebb, illetve legfrissebb grafikai algoritmusokat és trükköket ismerhetik meg, ezzel a játékfejlesztés hardver-közeli területén szerezhetnek szakértelmet. A tárgy ismerteti a játékfejlesztés nem szigorúan grafikai elemeit, a fizikai szimulációt és az ütközés-kezelést, valamint az ezeket összekötő programstruktúrát is.

Tanulmányi eredmények

Ez a tantárgy a KKK rendeletben meghatározott, következő kompetenciák fejlesztését szolgálja:

Tudás

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Képességek

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Attitűd

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Autonómia és felelősség

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Oktatási módszertan

Heti 2 óra előadás, ahol elhangzanak az elméleti alapok, és a gyakorlati feladat megoldásához szükséges ismeretek is, valamint 2 óra számítógép melletti gyakorlat, ahol egy konkrét grafikai algoritmust kell implementálni DirectX környezetben.

Tanulástámogató anyagok

Online források
Dr. Szirmay-Kalos László, Antal György, Csonka Ferenc:; Háromdimenziós grafika, animáció és játékfejlesztés; ISBN: 963 618 303 1

A tantárgy teljesítéséhez ajánlott előzetes ismeretek

Tudás típusú kompetenciák
(azon előzetes ismeretek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)
Programozás, szoftvertervezés, matematika, fizika
Képesség típusú kompetenciák
(azon előzetes képességek és készségek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)
nincs
Ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák
(azon ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák összessége, amelyek jelentősen hozzájárulnak a tantárgy eredményes teljesítéséhez)
Programozás, szoftvertervezés, matematika, fizika
Általános szabályok
Követelmények: a. A szorgalmi időszakban:  Házi feladat. b. A vizsgaidőszakban: Gyakorlati vizsga. c. Elővizsga: van   Pótlási lehetőségek: A házi feladatot a szorgalmi időszak végéig le kell adni. A vizsgaidőszakban a félévközi követelmények részleges pótlására gyakorlati vizsga tehető.
Teljesítményértékelési módszerek
Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása

Nincs megadva részletes értékelés.

Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részaránya

Nincs megadva részarány.

Vizsgaidőszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása

Nincs megadva részletes értékelés.

Vizsgarészek részaránya

Nincs megadva részarány.

Érdemjegy megállapítása

Nincs megadva érdemjegy határ.

Jelenléti és részvételi követelmények

Nincs megadva jelenléti követelmény.

Javítás, ismétlés és pótlás különös szabályai

Nincs megadva.

Rövid leírás

Nincs megadva.

Részletes leírás

Nincs megadva.

Ajánlott tantárgyak
Programozás alapjai tárgy elvégzése, azaz C++ programozási ismeretek szükségesek. A tárgy áttekinti a szükséges számítógépes grafikai alapokat, így grafikai előismeretek nélkül is felvehető. Ennek következtében kb. 20%-ban átfed az informatikus szak számítógépes grafika és képfeldolgozás tárgyával. Ilyen feltételek mellett mind a villamosmérnöki, mind pedig az informatikus hallgatók számára meghirdetjük a tárgyat.
A tantárgy elvégzéséhez szükséges tanulmányi munka

Nincs megadva munkaidő bontás.

Tantárgykövetelmények hatályossága
Tantárgykövetelmények hatályosságának kezdete:
—
Tantárgykövetelmények hatályosságának vége:
—
Tantervi elhelyezés

Nincsenek rögzített tantervi elhelyezések ehhez a tárgyverzióhoz.