PDF de programación - Introducción a Ogre 3D

Introducción a

OGRE 3D



Tirado Granados, Gonzalo



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Resumen

OGRE 3D es un motor de gráficos 3D de código abierto. Es flexible y orientado a objetos, además de ser portable a
múltiples entornos como Windows, MacOS X o Linux. Ha sido diseñado con la idea de hacer más sencillo el
desarrollo de juegos 3D. Explota al máximo las posibilidades de las tarjetas gráficas, ya que brinda soporte para
vertex y píxel shaders, como HLSL (DirectX), GLSL (OpenGL) y Cg (DirectX/OpenGL). El motor está muy
extendido y es muy valorado por la comunidad de código abierto. Con él se han desarrollado muchos juegos,
algunos de ellos con carácter comercial.


Palabras clave

Motor Gráficos Renderizado OGRE OpenSource



Introducción

Un motor hace referencia a una serie de rutinas de programación que permiten el diseño, la
creación y la representación del juego. La analogía con el motor de un automóvil es bastante
ilustrativa: el motor debajo del capó no es visible, pero le da la funcionalidad al automóvil que
es la de transportar. La misma analogía permite explicar algunos de los aspectos que,
generalmente, maneja un motor de juegos, en el que las texturas y los modelos 3D serían la
carrocería, pintura e interiores.

Del mismo modo en que carrocería, pintura y exteriores no andan sin un motor, el arte y los
guiones del juego no funcionan sin un motor de juegos. Un motor de juegos es el núcleo
software de un videojuego o de una aplicación interactiva con gráficos en tiempo real. Éste
provee las tecnologías necesarias, simplifica el desarrollo y, en algunos casos, permite el
desarrollo para distintas plataformas (Mac/Linux/Windows/Consolas).

Existen muchas librerías que proporcionan las funciones básicas de un motor de juegos, como
DirectX, OpenGL, Java3D, SDL, Newton, entre otros. Las librerías gráficas como OpenGL y

DirectX usan los drivers de las tarjetas gráficas, de forma que constituyen la interfaz entre la
aplicación software (juego) y el adaptador gráfico hardware. Aúnan funciones para dibujar
objetos 2D/3D y los motores gráficos se suelen sustentar en ellas. Una librería gráfica, a partir
de modelos en 3D, consiguen obtener un espacio bidimensional, pero un motor de juegos hace
más cosas, como iluminación, anti-aliasing o mezcla de texturas. Existen varias razones por la
que el uso de motores de juego es importante. Algunas de ellas son:


- Facilita el desarrollo
- Abre nuevas oportunidades de negocio, como es la venta de las licencias de los motores

para la realización de otros juegos

- Abstracción de la plataforma. Si un Motor corre en varias plataformas, nuestro juego

también

- Separación de Motor/Contenidos, lo cual permite tener varios grupos de trabajo en

paralelo

- Beneficios a terceros, ya que los avances en el motor pueden beneficiar a varios juegos
- Permite enfatizar en la parte artística, ya que, al tener mayor grado de abstracción, se

tiene menor carga de trabajo en programación

- Mayor modularidad y reaprovechamiento


Los motores de juego surgen en la década de los 90 tras el éxito de Doom y Quake. Juegos
como Quake 3 y Unreal ya se diseñaron separando motor y contenidos ¿Qué ilustra el éxito de
estos juegos? Por un lado, una mayor rapidez del mundo de los videojuegos. Desarrollar
motores agiliza el desarrollo de juegos y permite sacar secuelas más fácilmente para mantener el
mercado “caliente”. Además, el licenciar posteriormente los motores permite obtener unos
beneficios extras muy suculentos.

La arquitectura de un motor de juegos debe proporcionar mucha abstracción. Con que las
librerías utilizadas estén portadas a todos los SO, permitimos que nuestro motor o juego
funcione en todas las arquitecturas necesarias. Un parámetro que se debe tener muy en cuenta al
elegir un motor de juegos es su portabilidad y en qué librerías se basa. Los motores de juego
suelen tener una estructura como la que sigue:


Figura 1: Esquema típico de un motor de juegos



El motor gráfico o de render es el que proporciona funciones de renderizado 2D, 3D y de
sprites. Se suele apoyar en librerías/APIs gráficas como OpenGL o DirectX. Define una capa de
abstracción entre el HW/SO y el juego en sí. Además, se encarga de la visibilidad (BSP y
buffers), el mapeado, el antialiasing, la gestión de mallas 3D, entre otras cosas.

El grafo de escena es una parte muy importante de un motor de juegos. Ésta es una estructura de
datos muy utilizada en editores gráficos basados en vectores y en videojuegos. Se encarga de
ordenar la representación lógica y, también a veces, espacial de una escena gráfica. Cada nodo
puede tener muchos hijos, pero, un nodo sólo suele tener un padre. El efecto de algo sobre un
padre es visible por todos sus hijos. Así, una operación sobre un grupo se propaga hacia todos
sus nodos hijo. Esto permite manejar (escalar/mover/rotar/etc.) grupos de objetos como si fueran
uno solo. En los juegos, cada nodo suele representar un objeto en la escena.



Figura 2: Ejemplo de representación de varios objetos en grafo de escena


El motor de físicas es software que simula modelos de física utilizando variables del tipo
velocidad, masa, etc. Su objetivo es simular y predecir los efectos bajo diversas situaciones de lo
que ocurre en la vida real o en un mundo de fantasía. En los juegos se utilizan cada vez más,
sobre todo en los de carreras donde factores como la fuerza centrífuga o derrapajes necesitan de
ecuaciones físicas para aportar realismo.

El detector de colisiones es un algoritmo empleado para detectar cuándo dos o más objetos
colisionan. Se suelen realizar mediante el cálculo de la intersección de volúmenes simples
(Bounding Volumes). Se pueden utilizar distintos volúmenes para envolver el objeto y así
detectar mejor las colisiones, como cubos o esferas. Se puede tomar como un componente
independiente, aunque tiene mucho que ver con el grafo de escena y el motor de físicas.

El motor de inteligencia artificial es el encargado de dotar a ciertos elementos del juego un
comportamiento pseudointeligente. Por regla general, lo que se aplica en los juegos son técnicas
muy simples de inteligencia artificial como máquinas de estados o algoritmos de búsquedas. Sin
embargo, cada vez más se utilizan nuevas técnicas para conseguir una inteligencia más
“realista” como redes neuronales o algoritmos genéticos.

El motor de sonido es el encargado de reproducir la banda sonora del juego y los efectos de
sonido, como disparos o explosiones, en sincronía con la acción del juego.

La gestión de redes está alcanzando una progresiva mayor importancia. Hoy por hoy, casi todos
los juegos tienen una componente de red. Existen juegos exclusivamente online, de los cuales, la
mayoría ofrece partidas multijugador a través de red. Es importante tener un componente que
aglutine todas las utilidades de red, de forma que, el hecho de que se juegue de una forma u otra
sea, en cierta medida, “transparente” para el desarrollador del juego.

Todas las partes que componen un motor de juegos tienen su importancia, pero lo más básico e
imprescindible de un motor de juegos es el motor gráfico. Aunque el Grafo de Escena es
también una pieza vital, el resto de componentes son más prescindibles y no aparecen en todos
los motores, y cuando lo hacen, aparecen como plugins. La elección del motor de un motor u
otro es algo fundamental, sobre todo si necesitamos alguno de estos componentes. Un ejemplo
de motor de juegos básico es OGRE 3D, que, básicamente, aglutina únicamente funciones de
tratamiento gráfico y deja a elección del usuario las otras componentes. La comunidad de OGRE
es la que ofrece multitud de librerías para complementarlo y añadirle funcionalidad, las cuales se
integran a la perfección con dicho motor. Pero OGRE 3D no es único, pues existen infinidad de
motores. Éstos se suelen clasificar por su licencia de uso:

Los motores comerciales suelen tener la ventaja de proporcionar soporte y mayor número de
herramientas de desarrollo adicionales. No obstante, coste de licencia puede suponer un gran
inconveniente, puesto que suele ser mayor cuantas mejores prestaciones ofrezca el motor.
Algunos de los distintos motores comerciales pueden ser:


- Torque Game Engine
- 3D Game Studio
- Blitz3D
- Reality Engine
- Deep Creator
- Cipher


Los aquí mostrados son los que se pueden llamar “asequibles”. Me refiero con ello a los que
tienen licencias de bajo coste. Ninguno de estos se han utilizado para los últimos títulos AAA,
pero son utilizados frecuentemente por pequeños estudios y grupos amateurs de desarrollo.

Los motores de código libre en cambio presentan la ventaja de que no tienen ningún coste, junto
a que el usuario tiene la libertad de poder modificarlos si así lo necesita. Por el contrario, tienen
la desventaja de que no hay soporte técnico “oficial”, aunque la comunidad suele ayudar, y
puede sufrir en determinadas ocasiones falta de herramientas que ayuden al desarrollo. Además,
hay que tener en cuenta que muchos de estos motores están regidos por unas licencias de uso
limitadas y pueden surgir inconvenientes si el juego que se va desarrollar presenta fines
comerciales. Algunos de los motores open source más populares son:


- OGRE
- Crystal Space
-
-
- Reality Facto