Trabalho Final da Disciplina de Fundamentos de Computação Gráfica da UFRGS

A ideia do projeto era desenvolver um jogo dungeon crawler em primeira pessoa, inspirado em clássicos como DOOM e Wolfenstein 3D, com elementos de fantasia inspirados em Skyrim. O código fonte da aplicação foi escrita completamente em C++, utilizando a OpenGL API, a biblioteca de cálculos matemáticos GLM e a biblioteca de controle de janelas GLFW.

Contribuições dos Membros

A aplicação foi desenvolvida pela dupla Sandro Viégas (srsviegas) e Walter Frank (WalterINF). Não foi feita uma divisão clara das funções entre os integrantes, mas, em termos gerais, as contribuições foram as seguintes.

Sandro Viégas

• Implementação das câmeras (first person e look-at)
• Implementação do sistema de construção do mapa
• Implementação das colisões Esfera/Plano e Esfera/AABB
• Implementação dos cálculos de iluminação no Shader Fragment e Shader Vertex
• Implementação de billboarding para portal e HP dos inimigos

Walter Frank

• Implementação do controlador de jogador e seus modelos
• Implementação do controlador de projéteis (sistema de spellcasting)
• Implementação do controlador de entidades e seus modelos
• Implementação da colisão AABB/AABB
• Implementação do controlador de poções e sua curva de Bezier

Uso de Assistentes de Inteligência Artificial

Uma ferramenta muito útil durante o desenvolvimento do projeto foi o Gemini Advanced, da Google. O assistente demonstrou capacidade de explicar conceitos de computação gráfica em um nível técnico elevado, transmitindo boa compreensão da documentação da API OpenGL, da biblioteca GLM e da linguagem GLSL. No entando, sua utilidade reside mais nas suas capacidades didáticas do que na geração de código funcional, já que o modelo apresenta limitações em relação à compreensão de lógica necessária para o desenvolvimento de aplicações complexas.

Desenvolvimento e Atendimento de Requisitos

O desenvolvimento foi iniciado em cima do código do Laboratório 5 da disciplina, que possuia a implementação de elementos fundamentais da aplicação. Algumas das funcionalidades já implementadas eram as transformações geométricas, projeções, sistema de coordenadas da câmera, carregamento dos shaders e criação de janelas com pelo GLFW.

Múltiplos objetos virtuais com malhas poligonais complexas tiveram seus modelos no formato OBJ carregados utilizando a biblioteca tinyobjloader. Alguns destes tiveram suas transformações geométricas definidas através do controle do teclado e mouse, como os braços do protagonista e as esferas de magia.

A câmera em primeira pessoa foi uma adaptação da Free Camera desenvolvida no Laboratório 2, com sua posição Y fixa. Para a visualização do mapa (acessada pelo atalho M), foi implementada uma Look-at Camera, com posição fixada no centro do mapa.

O modelo do mapa é construido através da cópia do objeto virtual de plano em múltiplas instâncias, alterando apenas sua Model matrix. Semelhantemente, os inimigos, as tochas e os projéteis são cópias de objetos virtuais com transformações geométricas diferentes.

No mínimo três tipos de testes de intersecção precisavam ser realizados na aplicação. Então, foram implementadas a intersecção Esfera-Plano, na colisão entre jogador e mapa, Esfera-AABB, na colisão entre jogador e inimigos, e AABB-AABB, na colisão entre projéteis e inimigos. Todas as colisões estão disponíveis no arquivo /src/core/Collisions.cpp e no header /include/Collisions.h.

Todos os objetos virtuais possuem iluminação difusa e Blinn-Phong, com suas texturas e coeficientes de material definidos caso a caso no Shader Fragment (shader_fragment.glsl). A interpolação no modelo de Phong foi utilizada em quase todos os objetos, com exceção dos modelos dos braços do jogador, que utilizam interpolação no modelo de Gouraud (shader_vertex.glsl). O modelo de Gouraud foi testado no modelo do mapa, com o objetivo de otimizar a performance dos cálculos de iluminação, mas os resultados não foram satisfatórios, então a possibilidade foi descartada.

Uma curva de Bezier foi implementada na animação de coleta das poções derrubadas pelos inimigos, que lança o modelo na direção do jogador de forma suave.

Algumas animações foram desenvolvidas, incluindo a movimentação do jogador e inimigos, o impulso dos projéteis e o ataque da espada. Adicionalmente, a tela de Game Over possui uma animação de fade-in, através da variação da opacidade de sua textura. Todas as animações são computadas baseadas no tempo (variável timeDelta na função principal), garantindo que elas ocorram sempre na mesma velocidade, independentemente da velocidade da CPU onde o programa está sendo executado.

Screenshots

Manual de Uso da Aplicação

A aplicação é controlada através do teclado e mouse, com os comandos existentes listados abaixo.

Movimentação

• W: Movimentação para a frente.
• A: Movimentação para a esquerda.
• S: Movimentação para trás.
• D: Movimentação para a direita.

Combate

• Botão esquerdo do mouse: Ataque com a espada.
• Botão direito do mouse: Ataque mágico.

Menus

• M: Pausa, visualização do mapa

Atalhos para Debugging

• F5: Recarrega os shaders.

Compilação e Execução

Compilação pelo VScode

1. Instale o VSCode seguindo as instruções em https://code.visualstudio.com/ .

2. Instale o compilador GCC no Windows seguindo as instruções em https://code.visualstudio.com/docs/cpp/config-mingw#_installing-the-mingww64-toolchain .

3. Instale o CMake seguindo as instruções em https://cmake.org/download/ . Alternativamente, você pode utilizar algum package manager do Windows para fazer esta instalação, como https://chocolatey.org/ .

4. Instale as extensões "ms-vscode.cpptools" e "ms-vscode.cmake-tools" no VSCode. Se você abrir o diretório deste projeto no VSCode, automaticamente será sugerida a instalação destas extensões (pois estão listadas no arquivo ".vscode/extensions.json").

5. Abra as configurações da extensão cmake-tools (Ctrl-Shift-P e busque por "CMake: Open CMake Tools Extension Settings"), e adicione o caminho de instalação do GCC na opção de configuração "additionalCompilerSearchDirs".

6. Clique no botão de "Play" na barra inferior do VSCode para compilar e executar o projeto. Na primeira compilação, a extensão do CMake para o VSCode irá perguntar qual compilador você quer utilizar. Selecione da lista o compilador GCC que você instalou com o MSYS/MinGW.

Execução

Alternativamente, uma versão já compilada da aplicação está disponível na pasta /bin/Release/main.exe. Para executá-la, basta clonar o repositório em sua máquina local e abrir o executável.

Lista de Requisitos

A especificação do projeto continha uma lista de requisitos sobre a implementação. Abaixo está a lista de tarefas utilizada pela dupla durante o desenvolvimento.

• Objetos virtuais representados através de malhas poligonais complexas

  • No mínimo 1 modelo de complexidade maior que "cow.obj"
  • Transformações geométricas de objetos virtuais através do teclado/mouse
  • No mínimo um objeto copiado com duas ou mais instâncias

• Controle de câmeras virtuais

  • Câmera look-at
  • Câmera livre

• No mínimo 3 testes de intersecção entre objetos virtuais

  • Intersecção Esfera / Plano
  • Intersecção Esfera / AABB
  • Intersecção AABB / AABB

• Modelos de iluminação de objetos geométricos

  • Objeto com iluminação difusa (lambert)
  • Objeto com iluminação Blinn-Phong
  • Objeto com interpolação no modelo de Gourad
  • Objeto com interpolação no modelo de Phong

• Mapeamento de texturas

  • Todos os objetos devem ter suas cores definidas através de texturas

• Curvas de Bézier

  • No mínimo um objeto com movimentação por curva de Bézier.

• Animação do movimento baseada no tempo

  • Todas as movimentações devem ser computadas no tempo.