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开源游戏掌机——3# GUI的模块和实现逻辑设计

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发表于 2022-8-30 11:25:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
开源游戏掌机——3# GUI的模块和实现逻辑设计


1、概述
    这次是一篇纯文章,没有代码。但是不表示没有写代码和看代码,主要是搞了搞lvgl的源代码和touchgfx导出后的代码。看完后,就不打算用这些了。这个就是一些心得的记录和框架的实现,按照这个框架,大家都可以很快搞出自己的2D嵌入式驱动引擎。

2、GameEngine简述
2.1 通常大家都喜欢拿来主义,直接调用API,并且使用GUI工具如GUI builder等,但是过于简单的GUI其实并不友好,自己如果有想法,其实实现不了,尤其是涉及到动态演示的时候。
本次游戏就打算用开源的框架,然后测试的时候很优雅,但是一到真游戏进行,调用资源多,加载页面复杂的时候,就悲惨了。经常性的超过内存容量,超限,然后我就压缩图片,优化代码,数据重载。很显然,这样的过程反而废了时间。
对于GameBoy这样的街机,其实都是自己有图形驱动的,不会用商业的驱动。


2.2 GameEngine的逻辑——定位
   GE的驱动,综合各家的模型很简单,就是围绕所谓显存空间实现的。按照RGB565进行图像编码是比较折衷的方法,比RGB8888要节省非常多,效果还很OK。显存,是自定义的存储空间,可以是内部Flash,也可以启动程序后的RAM,还可以是SPI接口的外部SPI Flash。其中,使用RAM是最常用的,就是可以定义一片空间,对于嵌入式,不设计内存分配,程序都是用动态分配,在程序中自动定义一个一维数组变量,那么其实也可以独占一片存储页,这个需要更低层的访问,但是效率更高。即使是EPIC这样的巨型三维引擎,也是遵循着这样的逻辑,起点是显存。
   这个变量是一维的,比如320x240分辨率,采用RGB565的格式,就需要38400个0xFFFFFFFF的数据组成。通常,这样的LCD左上角是原点(0,0),那么就要首先搞一个二维变换,对应出每个数字的显示点。二维数据(x,y),转换成320*x+y这个下标,就可以访问到控制这个点的数据,直接改写,就改写了这个点的颜色。

2.3 GameEngine的逻辑——流程
    这个显存数据,根据不同的LCD选择,使用不同的输出和访问方式,最简单的就是用SPI或者I2C的lcd,内置了真正的显存,通过数据传输,更新lce显存的数据就可以放手不管,如il9341,ssd3306等驱动的。但是,最麻烦的就是无驱动显示屏,如使用VGA,或者lvds接口的显示屏,就需要自己搞驱动,这个驱动逻辑上也简单,就是增加了行同步和列扫描的功能,Hsyn和Vsyn,分别需要深入了解VGA协议和LVDS协议,这个确实搞死人了。我用FPGA的Verilog语言模拟了一通,没有调试成功,直接放弃,因为通畅MCU也无法支持这么高速的扫描和通道,但是LPC55S69是可以支持的。 问题是,搞成驱动,游戏就没有办法支持了,资源都被占用了。在搞了很多事情后,只能折衷用ili9341作为优选方案作为本项目的LCD方案。等搞成后,还是要搞到直接驱动。因为受SPI最大速率的限制,无法支持超过800x640这样分辨率的高速刷新。
    GE的核心逻辑超级简单,就是按照指定的刷新频率,不断地传输数据。保持没有频闪的情况,使用60Hz是比较适合的,最低30Hz已经感受很不好了。就是一边在游戏的逻辑下,刷动态数据的变化,另一边自动把这个数据刷到真正的硬件显存中区,对于支持DMA的就非常省事,在初始化端口后,定义了DMA读取的内存区段,直接刷入SPI缓存,让lcd不断自动读取。可惜,目前基于ARM-M4的NXP内存都没有这个功能,只能自己去手动。

3、游戏模型建模

3.1 这个驱动的框架基本完成后,就进入游戏建模。驱动模型是和硬件相关的,这个和游戏模型是需要隔离的,不能把这两个模块的代码混合编写。所有,游戏部分,就需要建模。
    简单的游戏模型核心只包括两部分,模型和渲染(modeling & Render)。复杂的模型,只是增加了滤镜,动态,非线性轨道,人工智能交互,核心和简单的完全一样。


3.2 模型定义。
   这个比较有意思,经过对于Avatar等模型的分析,折算成人性的模型并简化后为10点模型,就是两个W用L串起来。
01.PNG

    这个折算成数据,就可以简化成一个12维向量(a,b,c,x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8,x9),定义一个唯一的火柴人模型。那么其他的造型,也可以参照这个样子,定义任意维度的向量,什么狮虎龙豹,虫鸟鱼蛇都是要定义一个骨架,用一维数组表示。
   模型出来,就要动起来,那么就分解动作,分为平移(shift),旋转(rotary),伸缩(ratio)这三种变换。具体如下。
    平移(shift),对应变换(Δx,Δy),(x+Δx,y+Δy)
    旋转(rotary),对应变换角θ,
P'x=Cx+(Xo-Cx)×cosθ-(Yo-Cy)×sinθ
P'y=Cy+(Yo-Cy)×cosθ+(Xo-Cx)×sinθ

01.PNG

    伸缩(ratio),公式过于简单,不写了。
    这三种变换的组合就构成了模型的变换,因此,初始模型,和模型变换两者的组合就是模型建模部分的逻辑。

3.3 渲染
    渲染通常是最花费算力的,要看渲染的负责程度。
    以上述火柴人12维向量的模型来看,最简单的渲染就是把关联点连接直线,那么就是用两点式,已知两点求线上每个点的坐标,临近这个参数取整,一个点一个点地更新显存的数据。把火柴人的每个线连接起来,那么就可以完成最简单的渲染。显存变量的更改,可以直接用在lcd的显示上,这个部分已经在硬件用gameEngine实现了,就不在这个模块考虑。
   在本游戏的逻辑,甚至更复杂游戏的渲染中,就要面临另一个问题就是overlap,重叠的过程。那么在这个游戏中非常有趣,对战游戏中,发现渲染到另一个未知的图像,就是表示两个小人打到一起了,就判断collision碰撞。把两个重叠的像素用不同的透明度赋值综合计算一下写入显存。
   这个碰撞的数值,就可以直接进行胜负计算和判断,至于谁赢谁输,那么可以设置任意算法,也可以吹黑哨,毕竟各种游戏外挂,搞得就是这个名堂。
  所以,渲染就包括渲染,和碰撞判断。在火柴人建模中就完毕了。
   那么,我们推演一下更复杂的三维建模怎么办?其实是凉拌,也是要逐个建模的模型计算,计算材质反射率,发射光强和方向,然后计算其他模型的反射光影响参数,碰撞计算和碰撞混合处理。所谓英伟达的超级追光技术,让人感觉更真实,本质就是计算了多次反射光的综合效应,精度高,以至于水滴的反射点高光都可以精确再现,周围物体的反射影像光,也在水滴的球形面上再次反射出来,这样就形成了魔幻的追光效果。其实就是高速并行计算的强大算力支持的。

  我的模型也很厉害,火柴人是黑的,嘿嘿,完全不反光,拿到GPU显卡,渲染的结果也是一样的。

4、小结
   写到这里,神清气爽,话少事多,是建立在读代码读到豆腐头发掉光的地步才想明白的。分享一下,可以足够大家也搞一个自己的GameEngine,适合自己的时序调度,内存分配。做出效果。






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  • TA的每日心情
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    跟着日天混,天天饱九顿
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    拜读完了,等待续集.....
    加油哦
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    分析的很好。。66666666666666666
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    这个厉害了
    今天天气不错!签到!
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    等老板量产啊
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    厉害,大神吗
    哎...今天够累的,签到来了~
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  • TA的每日心情

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    NB  ,学习了
    哎...今天够累的,签到来了~
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  • TA的每日心情
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