Desarrollo de una plataforma flexible para la construcción de escenarios de videojuegos

Abstract

Aprender a programar sobre GPUs (Graphics Processing Units), de manera óptima es una tarea compleja. Esto motiva al alumno a desarrollar una biblioteca similar a los motores físicos que existen para desarrollar juegos, con funciones que permitan incluir desde modelos más simples hasta más complejos, para poder generar escenarios que puedan ser parte de futuros videojuegos, y al mismo tiempo en el contexto de los cursos de Computación en GPU y Computación Gráfica, para contar con una biblioteca que ayude a los alumnos a aprender observando y analizando la implementación de problemas y funcionalidades básicas que juegos y algunas simulaciones necesitan. La idea es que esta biblioteca sea de código abierto y fácilmente extensible para que a futuro, alumnos del departamento de ciencias de la computación, puedan usarla, extenderla y mejorarla. El desarrollo de esta memoria comenzó con una investigación exhaustiva sobre tecnologías que cumplieran los requisitos de accesibilidad que calzaran con los objetivos propuestos. Es así como se eligió Typescript y WebGL para construir la plataforma o mejor denominado motor de videojuegos en un ambiente web y se utilizó el game engine Unity como inspiración del diseño de ésta. Se realizó un diseño de clases inicial que fue implementado con las condiciones que incluyera elementos de enseñanza de algunos de los contenidos de programación GPU y Computación Gráfica. Una vez implementada la primera versión se realizó un rediseño del módulo más importante del motor de videojuegos, el de rendering para facilitar su extensión a futuro, por lo que era importante lograr añadir shaders con facilidad, lo que se logró en la implementación final del motor de videojuegos. El motor de videojuegos actual contiene sesenta clases entre las que destacan los módulos de Rendering, Input, Time, GameObject y Physics, además de una biblioteca matemática. Con estos elementos se construyó un juego simple que tenía como objetivo probar el desempeño de la plataforma en términos de procesamiento y en términos de flexibilidad de la interfaz. El juego posee dieciséis elementos que se calculan sus colisiones, un modelo controlable por el jugador que simula poseer gravedad y tres tipos de shaders entre los que existe uno con texturas e iluminación Pong, uno para líneas y uno sin texturas ni iluminación. Dentro de las posibles mejoras destacan: (i) un módulo para almacenar la información del juego a desarrollar a través de la serialización de los GameObjects de todas las escenas del juego que se esté desarrollando, (ii) una extensión del módulo de física para poseer simulación de física newtoniana, la implementación de la función de raycast, (iii) traspasar los procesos de alto procesamiento como colisiones y física a GPU para obtener un mejor rendimiento para múltiples elementos y finalmente (iv) la creación de un módulo de animaciones que permita reproducir animaciones con rigging, que simulan el esqueleto de un modelo 3D para obtener animaciones realistas.