Разработка простого игрового движка

Необходимо разработать простой игровой движок, применив техники работы с 2D и 3D графикой, освещением, шейдерами и трассировкой лучей. В результате должен получится простой движок, с возможностью работы с камерой, объектами и освещением.<br><br>Основные задачи:<br>1. Создать базовую архитектуру игрового движка с поддержкой 3D-сцен.<br>2. Реализовать систему рендеринга с использованием подходов: рендеринг<br>через растризацию и трассировку лучей.<br>3. Настроить камеру и систему управления ею.<br>4. Реализовать поддержку базовых игровых объектов и взаимодействие с ними.<br>5. Обеспечить работу с несколькими типами источников света.<br>6. Оптимизировать производительность движка (по возможности).<br><br>Этап 1. Архитектура игрового движка<br>1. Инициализация системы:<br>Создайте основную структуру движка. Включите в нее следующие компоненты:<br>Рендеринг: модуль, отвечающий за отрисовку сцен.<br>Физика (опционально): простой модуль для расчета столкновений объектов<br>(например, сферы и плоскости).<br>Игровая логика: управление взаимодействием объектов сцены и правил игры.<br>Загрузчик файлов формата OBJ для добавления их на сцену<br>2. Менеджер сцены:<br>Разработайте систему для управления игровыми сценами. Сцена должна<br>содержать:<br>Объекты (3D-модели).<br>Источники света<br>Камеру<br>Этап 2. Рендеринг сцены<br>1. Рендеринг через растризацию:<br>Реализуйте базовый алгоритм отрисовки сцены с использованием растризации.<br>Включите поддержку:<br>Основных 3D-примитивов (сферы, кубы, плоскости и т.д.).<br>Затенения (Flat или Gouraud shading).<br>Простого освещения: направленный источник света и точечные источники<br>света.<br>2. Трассировка лучей (Ray Tracing):<br>Добавьте возможность рендеринга сцены через трассировку лучей. Это может быть<br>отдельный режим движка. Обеспечьте:<br>Поддержку отражений и теней.<br>Простые материалы (зеркальные и матовые).<br>Реализацию хотя бы одного эффекта: преломления или каустики<br>(опционально).<br>3. Шейдеры:<br>Напишите простые вершинные и фрагментные шейдеры для объектов сцены.<br>Реализуйте:<br>Диффузное и зеркальное освещение.<br>Управление цветами материалов через шейдеры.<br>Этап 3. Работа с камерой<br>1. Базовое управление камерой:<br>Реализуйте систему управления камерой, которая позволяет:<br>● Перемещаться по сцене (WASD или стрелки).<br>● Изменять угол обзора (вращение камеры мышью).<br>● Масштабировать изображение (например, через колесо мыши).<br>2. Проекции:<br>Реализуйте возможность переключения между ортографической и перспективной<br>проекциями для камеры.<br>Этап 4. Работа с объектами и освещением<br>1. Игровые объекты:<br>Реализуйте возможность добавления объектов в сцену через код или файл<br>конфигурации. Объекты должны иметь:<br>● Позицию, вращение, масштаб.<br>● Взаимодействие с источниками света (освещаться).<br>2. Освещение:<br>Настройте работу нескольких типов источников света:<br>Направленный свет (Directional Light): влияет на всю сцену.<br>Точечный свет (Point Light): создаёт затухающее освещение, которое зависит от<br>расстояния до объекта.<br>● Прожектор (Spotlight): освещает только определенную область сцены.<br>3. Тени:<br>Добавьте поддержку теней для объектов сцены. Это могут быть простые тени для<br>начала, например, только от одного источника света (опционально).<br>Этап 5. Оптимизация и улучшение производительности<br>1. Уменьшение количества рендеринговых вызовов:<br>Постарайтесь уменьшить количество вызовов отрисовки для повышения<br>производительности движка.<br>2. Ограничение глубины трассировки лучей:<br>Если вы используете трассировку лучей, реализуйте ограничение глубины лучей для<br>ускорения работы.<br>3. Профилирование производительности:<br>Реализуйте базовое профилирование кадров (FPS) и времени рендеринга для<br>отслеживания производительности движка.<br><br>Этап 6. Разработка простого интерфейса<br>1. Игровой интерфейс:<br>Реализуйте базовый интерфейс (HUD), который показывает информацию о текущем<br>состоянии игры, например, FPS или количество объектов в сцене.<br>2. Меню настроек:<br>Сделайте меню, где можно будет изменять параметры графики (например, качество<br>теней, включение/отключение трассировки лучей).<br><br>Финальная задача: создание мини-игры<br>Используя созданный вами игровой движок, реализуйте простую игру. Она должна<br>включать:<br>Сцену с несколькими объектами (например, движущиеся или статичные<br>препятствия).<br>Управление игроком (например, от первого лица с возможностью перемещения<br>камеры).<br>Взаимодействие с объектами (например, сбор предметов или избегание<br>препятствий).<br>