Двигатель Doom

id Tech 1 , также известный как движок Doom , — игровой движок, используемый в видеоиграх Doom и Doom II: Hell on Earth компании id Software . Он также используется в Heretic , Hexen: Beyond Heretic , Strife: Quest for the Sigil , Hacx: Twitch 'n Kill , Freedoom и других играх, выпущенных лицензиатами. Он был создан Джоном Кармаком , со вспомогательными функциями, написанными Майком Абрашем , Джоном Ромеро , Дэйвом Тейлором и Полом Радеком. Первоначально разработанный на компьютерах NeXT ^[3] , он был портирован на MS-DOS и совместимые операционные системы для первоначального выпуска Doom , а затем был портирован на несколько игровых консолей и операционных систем .

Исходный код Linux - версии Doom был выпущен для публики по лицензии, предоставляющей права на некоммерческое использование, 23 декабря 1997 года, а затем, примерно через неделю, 29 декабря 1997 года , вышла Linux-версия Doom II. ^{[4] [5]} Исходный код был позднее переиздан по лицензии GNU General Public License v2.0 или более поздней версии, 3 октября 1999 года. ^{[6] [7]} Десятки неофициальных исходных портов Doom , созданных с тех пор, позволяют Doom работать на ранее неподдерживаемых операционных системах и иногда радикально расширяют функциональность движка новыми функциями.

Хотя движок визуализирует трехмерное пространство, это пространство проецируется с двухмерного плана этажа . Линия взгляда всегда параллельна полу, стены должны быть перпендикулярны полу, и невозможно создавать многоуровневые структуры или наклонные области (полы и потолки с разными углами). Несмотря на эти ограничения, движок представлял собой технологический скачок по сравнению с предыдущим движком Wolfenstein 3D от id . Движок Doom позже был переименован ^{[ требуется ссылка ]} в «id Tech 1», чтобы отнести его к длинной линейке игровых движков id Software . ^[8]

Движок Doom отделяет рендеринг от остальной части игры. Графический движок работает так быстро, как это возможно, но игровой мир работает со скоростью 35 кадров в секунду независимо от оборудования, поэтому несколько игроков могут играть друг против друга, используя компьютеры разной производительности. ^[9]

Простая схема, демонстрирующая, как Doom представляет уровни изнутри

Если смотреть сверху вниз, все уровни Doom на самом деле двумерны, демонстрируя одно из ключевых ограничений движка Doom : невозможность «комнаты над комнатами ». Однако это ограничение имеет и положительную сторону: можно легко отобразить «режим карты», который представляет стены и положение игрока, как на первом изображении справа.

Базовой единицей является вершина , которая представляет собой одну 2D-точку. Вершины (или «вершины», как их называют внутри) затем соединяются в линии , известные как «linedefs». Каждая linedef может иметь одну или две стороны, известные как «sidedefs». Sidedefs затем группируются вместе, образуя многоугольники ; они называются «секторами». Секторы представляют собой определенные области уровня.

Каждый сектор содержит ряд свойств: высоту пола, высоту потолка, уровень освещенности, текстуру пола и текстуру потолка. Например, чтобы иметь другой уровень освещенности в определенной области, для этой области должен быть создан новый сектор с другим уровнем освещенности. Таким образом, односторонние linedefs представляют собой сплошные стены, а двусторонние linedefs представляют собой линии мостов между секторами.

Sidedef используются для хранения текстур стен ; они полностью отделены от текстур пола и потолка. Каждый sidedef может иметь три текстуры; они называются средней, верхней и нижней текстурами. В односторонних linedef для текстуры на стене используется только средняя текстура. В двусторонних linedef ситуация более сложная. Нижняя и верхняя текстуры используются для заполнения промежутков, где смежные сектора имеют разную высоту пола и потолка: нижние текстуры используются для ступенек, например. Sidedef также могут иметь среднюю текстуру, хотя большинство ее не имеют; это используется для того, чтобы текстуры висели в воздухе. Например, когда прозрачная текстура бруска образует клетку, это пример средней текстуры на двустороннем linedef.

Doom использует систему, известную как двоичное разбиение пространства (BSP). ^[10] Инструмент используется для предварительной генерации данных BSP для уровня. Этот процесс может занять довольно много времени для большого уровня. Именно из-за этого невозможно двигать стены в Doom ; в то время как двери и лифты движутся вверх и вниз, ни один из них никогда не движется вбок.

Уровень разделен на двоичное дерево : каждое местоположение в дереве является «узлом», который представляет определенную область уровня (при этом корневой узел представляет весь уровень). На каждой ветви дерева есть разделительная линия, которая делит область узла на два подузла. В то же время разделительная линия делит linedefs на сегменты линий, называемые «segs». ^[11]

На листьях дерева находятся выпуклые многоугольники , где дальнейшее разделение уровня не требуется. Эти выпуклые многоугольники называются подсекторами (или «SSECTORS») и привязаны к определенному сектору. Каждый подсектор имеет список сегментов, связанных с ним. ^[10]

Система BSP сортирует подсекторы в правильном порядке для рендеринга. Алгоритм довольно прост:

1. Начните с корневого узла.
2. Нарисовать дочерние узлы этого узла рекурсивно. Дочерний узел, ближайший к камере, рисуется первым с использованием алгоритма Scanline . Это можно определить, посмотрев, с какой стороны разделительной линии узла находится камера.
3. Когда подсектор достигнут, нарисуйте его. ^[12]

Процесс завершается, когда заполняется весь столбец пикселей (т.е. больше не остается пробелов). Такой порядок гарантирует, что время не тратится на отрисовку невидимых объектов, и в результате карты могут стать очень большими без потери скорости.

This section does not cite any sources. Please help improve this section by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. (January 2012) (Learn how and when to remove this message)

This section possibly contains original research. Please improve it by verifying the claims made and adding inline citations. Statements consisting only of original research should be removed. (February 2023) (Learn how and when to remove this message)

Все стены в Doom нарисованы вертикально; именно из-за этого невозможно правильно смотреть вверх и вниз. Можно выполнить вид взгляда вверх/вниз с помощью "y-shearing", и многие современные исходные порты Doom делают это, а также более поздние игры, использующие движок, такие как Heretic . По сути, это работает путем перемещения линии горизонта вверх и вниз в пределах экрана, по сути, предоставляя "окно" на более высокой видимой области. Перемещая окно вверх и вниз, можно создать иллюзию взгляда вверх и вниз. Однако это исказит вид, чем дальше вверх и вниз смотрит игрок.

Движок Doom визуализирует стены по мере обхода дерева BSP, рисуя подсекторы в порядке расстояния от камеры, так что ближайшие сегменты рисуются первыми. По мере того, как сегменты рисуются, они сохраняются в связанном списке. Это используется для обрезки других сегментов, визуализируемых позже, что снижает перерисовку. Это также используется позже для обрезки краев спрайтов.

Как только движок достигает сплошной (односторонней) стены в определенной координате x, больше не нужно рисовать линии в этой области. Для отсечения движок сохраняет «карту» областей экрана, где были достигнуты сплошные стены. Это позволяет полностью отсечь далекие части уровня, которые невидимы игроку.

Графический формат Doom хранит текстуры стен в виде наборов вертикальных столбцов ; это полезно для рендерера, который по сути рендерит стены, рисуя множество вертикальных столбцов текстур.

Система рисования полов и потолков («квартир») менее элегантна ^{[ по мнению кого? ],} чем та, что используется для стен. Квартиры рисуются с помощью алгоритма заливки . Из-за этого, если используется плохой конструктор BSP, иногда можно получить «дыры», где пол или потолок просачиваются к краям экрана, визуальная ошибка, обычно называемая «слизневым следом». ^[13] Это также причина, по которой, если игрок выходит за пределы уровня, используя чит noclip, полы и потолки будут казаться растянутыми от уровня по пустому пространству.

Пол и потолок рисуются как «visplanes». Они представляют собой горизонтальные прогоны текстуры от пола или потолка на определенной высоте, уровне освещенности и текстуре (если два соседних сектора имеют абсолютно одинаковый пол, их можно объединить в одну visplane). Каждая позиция x в visplane имеет определенную вертикальную линию текстуры, которая должна быть нарисована.

Из-за этого ограничения на рисование одной вертикальной линии в каждой позиции x иногда необходимо разбить visplanes на несколько visplanes. Например, рассмотрим просмотр пола с двумя концентрическими квадратами. Внутренний квадрат вертикально разделит окружающий пол. В том горизонтальном диапазоне, где рисуется внутренний квадрат, для окружающего пола необходимы две visplanes.

Doom содержал статический лимит на количество visplanes; при его превышении возникало «переполнение visplane», из-за чего игра выходила в DOS с одной из двух ошибок: «Больше нет visplanes!» или «переполнение visplane (128 или выше)». Самый простой способ вызвать лимит visplane — это большой шахматный узор пола; это создает большое количество visplanes.

По мере рендеринга сегментов также добавляются visplanes, простирающиеся от краев сегментов к вертикальным краям экрана. Они простираются до тех пор, пока не достигнут существующих visplanes. Из-за того, как это работает, система зависит от того, что сегменты рендерятся по порядку общим движком; необходимо сначала нарисовать более близкие visplanes, чтобы их можно было «отрезать» другими, более удаленными. Если их не остановить, пол или потолок «просочится» к краям экрана, как описано ранее. В конце концов, visplanes образуют «карту» определенных областей экрана, на которых можно рисовать определенные текстуры.

В то время как visplanes по сути строятся из вертикальных «полос», реальный низкоуровневый рендеринг выполняется в виде горизонтальных «пролетов» текстуры. После того, как все visplanes построены, они преобразуются в пролеты, которые затем визуализируются на экране. Это, по-видимому, компромисс: проще построить visplanes как вертикальные полосы, но из-за природы того, как выглядят текстуры пола и потолка, проще рисовать их как горизонтальные полосы.

Каждый сектор на уровне имеет связанный список вещей, хранящихся в этом секторе. По мере рисования каждого сектора спрайты помещаются в список спрайтов для рисования. Если они не находятся в поле зрения, они игнорируются.

Края спрайтов обрезаются путем проверки списка ранее нарисованных сегментов. Спрайты в Doom хранятся в том же столбчатом формате, что и стены, что опять же полезно для рендерера. Те же функции, которые используются для рисования стен, используются и для рисования спрайтов.

Хотя подсекторы гарантированно упорядочены, спрайты внутри них — нет. Doom хранит список спрайтов для отрисовки («висспрайты») и сортирует список перед рендерингом. Далекие спрайты отрисовываются раньше близких. Это приводит к некоторой перерисовке, но обычно она незначительна.

Есть последняя проблема средних текстур на 2-сторонних линиях, используемых, например, в прозрачных барах. Они смешиваются и рисуются со спрайтами в конце процесса рендеринга, а не с другими стенами.

Движок Doom получил наибольшую известность в результате работы над классическим шутером от первого лица Doom , а также использовался в нескольких других играх. Обычно считается, что «большая четверка» игр на движке Doom — это Doom , Heretic , Hexen: Beyond Heretic и Strife: Quest for the Sigil .

В 1990-х годах несколько разработчиков приобрели лицензии на распространение полных версий Doom , и после публикации исходного кода в 1997 году на этом движке было создано несколько отдельных игр, включая бесплатные , фанатские и коммерческие. ^[14]

• Список игровых движков
• Движок шутера от первого лица
• id Tech
• Сборка (игровой движок)
• Двигатель Quake
• Землетрясение (сериал)
• Список движков шутеров от первого лица

• Спецификация узлов GL
• Утилиты для редактирования Doom и Doom2
• Обзор кода движка Doom от Фабьена Санглара

• Doom engine на Doom Wiki
• Движок рендеринга Doom на Doom Wiki
• Полный список игр на движке Doom
• Исходный код движка Doom