ゲームプログラマが語る。iOSゲームをWinマルチプラットフォーム開発・その３ 2011-05-09 14:08

ゴールデンな一週間が過ぎ去って久しい昨今。皆様如何お過ごしでしょうか。
過ぎ去って久しい感じがするのは本業に苛まれていたからであると信じたい所ですが、
精神的本業のアプリ制作への時間配分がなかなか思う様にはいかず、
そろそろ、ヤフオクにて「精神と時の部屋の入場券」を本気で探し始めたTeamDyquemです。皆様こんにちは。
１万円までは即決します。

東十条を「ひがじゅう」と呼ぶのは古来より定められたアラフォーの呪縛かもしれませんが、
それを即座に「僻み充実」の略と勘違いできる超絶ドＭ後輩の発言に、今日も心の緑地が荒らされる気分。

以前に少し紹介したアプリ作成仲間でもあるこの後輩。
彼もまたマルチプラットフォーム化を施したエンジンを漸く完成させ、
本格的にアプリ本編開発を開始した模様。
リリースの暁には、本ブログにても改めてご紹介させて頂けましたらと思います。



マルチプラットフォームネタと可変長フレームレート

さて、マルチプラットフォームネタ第三弾で御座います。
今回は、マルチにとどまらないネタとしてエントリーを構成してみました。

以前のエントリー
「ゲームプログラマが語る。iOSゲームをWinマルチプラットフォーム開発・その１」
「iPhoneアプリ作者が語る。マルチプラットフォーム化その２・アトミック型定義のススメ」
シリーズエントリーと致しまして、上記も併せてご覧頂けましたら幸いです。


さて。


マルチプラットフォーム化により、iOS系デバイス、iOSシミュレータ、
及びWindows環境にて同一の共通コードをビルドし実行する事が出来る様になってくると、
そもそも実行速度に違いのある幾多のデバイス上でありますから、
同じゲームでも環境によりフレームレート差違が生じるケースを考慮する事になるでしょう。

昨今では一言にiOS系デバイスと言いましても、iPhone3G辺りの古いデバイスから最新のiPhone4やiPad2等、
そのデバイス処理能力にも大きな差が生まれています。
古いデバイスをサポートしないという選択肢も存在しておりますが、それだけでは無く、
アプリケーションのフレームレートを動的に柔軟に設定出来る様、
エンジンの根本から考慮し設計していく事は様々なメリットをもたらします。

フレームレートとは１秒間に何回画面を更新するかという数値であります。

その上で例えば、秒間６０回の更新処理を想定している様なゲームにおいて、
その処理完了が６０分の１秒以内に合わずに、
結果処理落ちと呼ばれる現象が発生し画面がスローになってしまうパターン、
昨今では多くありませんが、こうしたゲームを見かける事もあるかと思います。

昨今の様に様々なデバイスが存在すると、例えばiPhone4ではスムーズに動くが、
iPhone3では処理落ちが発生しスローなゲームになってしまうという可能性が出てきます。

可変長フレームレートとはつまり、こうしたケースに対応する為の手法の一つでありまして、
１フレームの処理に対し時間経過を測定し、これをDT値と呼んだ上で毎フレーム運用します。
例えばあるフレームにおいてその処理が問題なく６０分の１秒で完了しているならば、
それを 1.0 という係数へ正規化しDT値とします。
３０分の１秒かかってしまったならば、その時は2.0という係数を算出しやはりDT値とします。

この上で。

例えば、ある敵キャラクターが毎フレーム１ドット移動する様な処理になっているとしましょう。
この敵キャラクターの座標値を正直に +1 ずつしていると、
処理落ちした際には当然スローな動きになってしまいます。

ここでDT値が登場します。 敵キャラの座標 += 1; としてる様な箇所は全て、
敵キャラの座標 += 1.0 * DT; という形に統一します。

ゲームが進行するありとあらゆる箇所にてこのDT倍率付加を採用するわけですね。

座標だけではなく例えば１００秒でタイムアップとなるゲームならば、
int timer = 100*60; で timer--; としていたかもしれませんが、
可変長フレームレート環境下ではこの処理は上手く行きません
float timer = 100.0f * 60.0f; とし、 timer -= 1.0f * dt; とする事で、
フレームレートに依存せずにタイマーを進行させる事が可能になるわけです。

この様に実装する事により、
デバイスの処理能力に依存せずどの機種どの環境においても、
又、処理落ち時においても画面の更新頻度が下がるだけで、
本編の進行速度自体は一定となるゲームが制作可能となるのです。



実装例

さて、具体的とまではいきませんが簡単なサンプルを。

まず、例えば下記の様なゲーム本編管理クラスの一部抜粋を想定します。

class CGame
{
	public:
		// ゲーム内容の進行 
		void Progress( float aDT );
};

このクラスを、各機種のメインループにてドライブしていくわけですが、
例として iOS版、 Windows版のメインループサンプル抜粋をご覧下さい。


Windows版

MSG msg, msg.message = 0;
while( msg.message != WM_QUIT )
{
	if( PeekMessage( &msg, NULL, 0, 0, PM_REMOVE ) ) 
	{
		TranslateMessage( &msg );
		DispatchMessage( &msg );
	}
	else 
	{
		// ゲーム部分進行 
		const float dt = 前回の描画から60分の1秒を1.0とした経過時間;
		// ↑処理落ちいない通常時に1.0となる様な値 
		CGameのインスタンス.Progress( dt );
		// 描画 
		direct3dのデバイスインスタンス->
			Present( NULL, NULL, NULL, NULL );
			的な処理
	}
}

iOS版

	// タイマー駆動開始 
	NSTimer* animationTimer = 
		[ NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:
			( NSTimeInterval )( 1.0 / 60.0 )
			target:self selector:@selector( drawView: )
			userInfo:nil
			repeats:TRUE
		];

-( void )drawView:( id )sender
{
	// ゲーム部分進行 
	const float dt = 前回の描画から60分の1秒を1.0とした経過時間;
	// ↑処理落ちいない通常時に1.0となる様な値 
	CGameのインスタンス.Progress( dt );
	// 描画 
    [ renderer render ]; 的なEAGLView的なクラスの処理
}

これらはあくまでも単純なサンプルではありますが、
本実装する場合におきましても理論は変わりません。



実装コストと、将来への展望

コストの問題等によりそういった処理は行わず、
単にiPhone3をサポートしないといった選択肢も存在してはおりますが、
それはあくまでも単に現在現時点に対してたまたま有効な解決策であったというだけであり、
エンジン設計という観点から考えるならば、
今後どの様なデバイスが突然登場しても対応出来る合理的な設計ポリシーを、
予め敷設しておくに越したことはありません。



さらなるメリット

現時点にてiPhone3等の比較的低速なデバイスにおいても、
例えば特に処理落ち等が発生していないプロジェクトがあるとしましょう。
この案件へ可変長フレームレート実装を施す意味は無い様に思えるかもしれません。

しかし、フレームレートが可変する事のないケースにおいても、
DT値ベースでの運用は多大な付加価値をもたらします。

進行速度の任意可変を施すことが出来るという事そのものが既に大きな機能的優位性であり、
寧ろ、こちらが真のメリットであると言っても過言ではありません。



格闘ゲーム等で、激しいコンボ中に攻撃がヒットする度画面が一瞬ストップする演出、
敵キャラクターのＨＰを全て奪いスローになりながらトドメの技がアップになる演出、
映画マトリックスの様に、登場人物は空中でスローになりながらもカメラは等速に進行する様な演出、


これらは全て、進行速度任意可変により実現可能な技術であり、
DT値運用を用いている場合のメリットです。

フレームレートが可変しなくてもDT値は任意に生成する事が出来ますからね。
その発展系としてキャラクター毎にDT値を持っても構わないわけです。
それぞれのDT自体をツリー構造で繋ぎ、システム抜本にマスターDTを用意。
ここへフレームレートによる可変長性を反映、枝のDTではそれぞれが演出用に値を制御。
こうする事で全てが一貫したツリーDT運営が可能です。

また、開発時やデバッグ時の繰り返しテストする冗長なシーンの効率向上として、
「全体早送り機能」や「全体スロー機能」なんて事も簡単に実装する事が出来ます。

根本のDTを0にすれば、既にそれはポーズ機能です。

これらの手法はTeamDyquem的お気に入りでありまして、
商業ゲームにおいても１０年以上実装してきておりますよ。



さて。ＧＷが明けて一気に弛緩ムードの日本列島で御座います。
次の祭日はいつなのだろうと思うと泣きたくなりますけれども、頑張って参りましょう！