1 Introdução à Multimídia Profª.:Judith Kelner – Equipe:Caio Lira - Guilherme Dantas -

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1 1 Introdução à Multimídia Profª.:Judith Kelner – jk@cin.ufpe.brjk@cin.ufpe.br Equipe:Caio Lira - ctal@cin.ufpe.brctal@cin.ufpe.br Guilherme Dantas - gamsd@cin.ufpe.brgamsd@cin.ufpe.br Hugo Calazans - htcrs@cin.ufpe.brhtcrs@cin.ufpe.br Lauro Moura - lmmn@cin.ufpe.brlmmn@cin.ufpe.br Rodolfo Saturnino - rps@cin.ufpe.brrps@cin.ufpe.br

2 2 Motivação Cenário dos jogos de hoje  Objetos não se comportam de forma realista  Ação limitada a animações regidas por scripts  Exemplos: Explosões grandiosas não provocam danos significativos ao cenário Oponentes mortos caem de maneira similar e pouco natural

3 3 Objetivo Apresentar o conceito de processador de física Ilustrar como uma engine de física pode aumentar significativamente o grau de realismo e imersão dos jogos modernos

4 4 O que é a Física? Como os objetos se movem e interagem  Em termos de movimento (posição + velocidade) e forma  Independe da representação gráfica Uma quantidade tremenda de cálculos matemáticos e lógicos sobre grande quantidade de dados

5 5 Física em Jogos Propriedades dos materiais Dinâmica de corpos rígidos Detecção de colisão Juntas e molas Fluidos Sistema de partículas Tecidos

6 6 Fricção  Dirigir na chuva  Piso molhado Dureza  Amortecimento de impacto Tipos de quadra de tênis  Rompimento sob pressão ou tração Física: Propriedades dos materiais

7 7 Física: Dinâmica de corpos rígidos e detecção de colisão Física Newtoniana Colisão entre objetos  Cartuchos caindo após tiro  Caixas caindo  Avalanche de pedras

8 8 Objetos complexos  Veículos  Portas  Movimento de personagens Física: Juntas e molas

9 9 Uma das partes mais pesadas em termos de computação Interage com objetos dinâmicos, empurrando- os e mudando de forma Exemplos:  Água  Sangue... Física: Fluidos

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11 11 Como fluidos, só que mais “inteligentes” Interagem com outras características do ambiente  Fumaça sobe para o teto até encontrar uma saída Física: Sistema de partículas

12 12 Movimento de acordo com o tipo do tecido  Mais leve, mais pesado Rasgar em pedaços de acordo com o tipo de tecido Física: Tecidos

13 13 Simulação em tempo real  Fidelidade  Escalabilidade  Interatividade  Sofisticação Física avançada em jogos

14 14 Física avançada em jogos

15 15 Representação visual de acordo com o que aconteceria na realidade Modelo matemático preciso Física avançada: Fidelidade

16 16 Processamento de milhares de partículas interagindo entre si e outros objetos Exemplos:  Poeira  Fumaça  Chuva  Peças de um veículo batendo Física avançada: Escalabilidade

17 17 Ação e reação entre objetos na cena Exemplos:  A água de um hidrante batendo contra um carro  Vidro quebrando ao cair no chão  Roupa se rasgando em pedaços Física avançada: Interação

18 18 Nível de detalhe alcançado pela simulação Tipos de interação possíveis Exemplos:  Deformações e fraturas  Juntas flexíveis  Atrito Física avançada: Sofisticação

19 Exemplo de física em jogos: Corrida 19 Atrito com a pista (materiais)‏ Colisão com outros carros e cenário (física newtoniana)‏ Trabalho de suspensão (juntas)‏ Aerodinâmica (fluidos)‏

20 Vídeo: Jogos de Caminhão Boa física: Rigs of Rods  http://www.youtube.com/watch?v=TR9jqGv05H4 http://www.youtube.com/watch?v=TR9jqGv05H4 Péssima física: Big Rigs  http://www.youtube.com/watch?v=mB1zWEhgrLs http://www.youtube.com/watch?v=mB1zWEhgrLs 20

21 21 Física calculada ainda através da CPU  1/6 do tempo gasto com física Tentativa de adaptação das GPU's Cenário Atual

22 22 Necessidade de algoritmos extremamente otimizados Divisão do processador entre diferentes tarefas  IA e lógica Processamento paralelo insuficiente dos diversos objetos físicos  Escalabilidade + Interação Abordagens – CPUs de propósito geral

23 23 Banda de memória limitada  Limita o número de objetos na cena Pipeline específico para gráficos  Dificulta o mapeamento de algoritmos físicos Abordagens - GPUs

24 24 Alternativa – Ageia PhysX PPU Primeiro processador dedicado a física  Physics Processor Unit  AGEIA

25 25 Foca especialização de cada unidade de processamento AGEIA PhysX PPU

26 26 Alta velocidade interna – 2 Tbits/s Hardware preparado para tipos de dados e algoritmos específicos de cálculos físicos Multicore  Paralelismo PhysX PPU

27 27 O que é o PhysX SDK? Uma engine para física de tempo-real em jogos  Utiliza variáveis como massa, velocidade, atrito e resistência do ar para cálculos físicos  Auxilia aplicações multimídia  Simula e prevê efeitos sob diferentes condições que se aproximam da vida real

28 28 O que o PhysX SDK não faz Não é uma ferramenta de renderização Não simula sons Necessita de outra biblioteca para montar as cenas  DirectX  OpenGL

29 29 Utilizando o PhysX SDK Duas formas de funcionamento  Utilizando apenas o processador do computador Desempenho ruim Emulação Não suporta a totalidade dos efeitos  Utilizando a PPU PhysX Bom desempenho Suporta todos os efeitos

30 30 Comparativo de Desempenho

31 31 Comparativo: Cena sem PhysX

32 32 Comparativo: Cena com PhysX

33 33 PhysX nos Jogos Movimentação dos objetos mais real Física dos fluidos melhor elaborada Explosões geram poeira e resíduos Personagens com geometria complexa e movimentação mais real Vegetação e tecidos são elementos ativos e interagem com jogador e ambiente

34 34 Movimentação de Objetos Vídeo

35 35 Fluidos Vídeo 1 Vídeo 2 Vídeo 3

36 36 Poeira e Resíduos Vídeo

37 37 Movimentação de Personagens Vídeo

38 38 Vegetação e Tecidos Vídeo 1 Vídeo 2

39 39 Ambiente de desenvolvimento

40 40 PhysX Create  Inclui plugins para 3DS Max e Maya  Adiciona física aos objetos do jogo  Criação e edição avançada de rag-doll  Criação de efeitos nos panos Ambiente de desenvolvimento

41 41 PhysX VRD  Debugger visual remoto em tempo real  Reproduz a simulação PhysX para debug interativo  Capaz de parar em qualquer ponto a simulação  Conexão via TCP/IP para PC, Xbox 360, e PS3 runtime Ambiente de desenvolvimento

42 42 PhysX Rocket  Permite visualização e ajuste  Modular e extensível, permitindo aos desenvolvedores customizar para adequar às suas próprias necessidades  Ambiente ideal para a criação, visualização e ajuste de modelos para componentes complexos como fluidos e veículos por exemplo Ambiente de desenvolvimento

43 43 AGEIA APEX  Adaptive Physics Extensions  Nova plataforma de desenvolvimento  Implementações mais fáceis  Física mais real, robusta e imersiva Ambiente de desenvolvimento

44 44 AGEIA APEX Ambiente de desenvolvimento

45 45 AGEIA APEX  Pipeline Offload Conjunto de modificações na engine física Otimização do código em execução no jogo Melhor performance Melhor uso dos recursos computacionais Ambiente de desenvolvimento

46 46 AGEIA APEX  Verticals são exemplos de cenários pré- projetados de simulações físicas  Feitos para a fácil integração com as novidades do mercado  Exemplos: Emissões de partículas e explosões customizáveis Ambiente de desenvolvimento

47 47 AGEIA APEX  Scaling Level of Detail Dimensionamento integrado que permite aos eventos físicos se adequarem à capacidade de processamento da plataforma Um único evento físico (como a destruição de um vidro) pode ter seus detalhes ajustados sem nenhum esforço adicional de implementação Ambiente de desenvolvimento

48 48 Custo de desenvolvimento Preço  Caso seja dado suporte às placas PhysX da AGEIA Free  Caso contrário U$ 50,000 Esforço para a integração  2538 linhas de código

49 49 Vantagens Rápido em tempo de execução  Na presença de uma PPU PhysX Full featured Código base estável

50 50 Desvantagens Benefícios exclusivos para máquinas com a PhysX PPU Diferentes formatos de arquivo para Max e Maya

51 51 Plataformas compatíveis Windows Linux  Sem aceleração de hardware Videogames  Sony Playstation 3

52 52 Concorrentes Havok SDK  Principal concorrente do PhysX  Desenvolvido por uma companhia irlandesa desde 2000  Utilizado em mais de 150 jogos Half-life 2 Deadrising

53 53 Concorrentes NVIDIA GeForce 8 Series  GPU com unidade PPU acoplada  Quantum Effects Technology Nova tecnologia aceleradora de física Newtoniana  API CUDA Compute Unified Device Architecture Oferece uma API low e high-level para a GPU Programação em C ou alternativamente Assembly

54 54 Mercado Aumento da representatividade da marca no mercado Empresas líderes em desenvolvimento de jogos têm se especializado na utilização do AGEIA PhysX SDK Crescente número de jogos utilizando a engine

55 55 Trailers Demonstrativos Trailer 1 Trailer 2

56 56 Dúvidas

57 57 Referências http://www.matthiasmueller.info/ http://personal.inet.fi/atk/kjh2348fs/ageia_phy sx.html http://personal.inet.fi/atk/kjh2348fs/ageia_phy sx.html http://www.ageia.com/physx/ http://en.wikipedia.org/wiki/PhysX http://en.wikipedia.org/wiki/Physics_processin g_unit http://en.wikipedia.org/wiki/Physics_processin g_unit Seminário sobre este tema