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Introdução à MultimídiaProfª.: Judith Kelner – jk@cin.ufpe.br

Equipe: Caio Lira - ctal@cin.ufpe.brGuilherme Dantas - gamsd@cin.ufpe.brHugo Calazans - htcrs@cin.ufpe.brLauro Moura - lmmn@cin.ufpe.brRodolfo Saturnino - rps@cin.ufpe.br

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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

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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

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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

flashplayer.xpt

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Física em Jogos

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

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Fricção Dirigir na chuva Piso molhado

Dureza Amortecimento de impacto

Tipos de quadra de tênis

Rompimento sob pressão ou tração

Física: Propriedades dos materiais

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Física: Dinâmica de corpos rígidos e detecção de colisão Física Newtoniana Colisão entre objetos

Cartuchos caindo após tiro Caixas caindo Avalanche de pedras

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Objetos complexos Veículos Portas Movimento de personagens

Física: Juntas e molas

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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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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

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Movimento de acordo com o tipo do tecido Mais leve, mais pesado

Rasgar em pedaços de acordo com o tipo de tecido

Física: Tecidos

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Simulação em tempo real Fidelidade Escalabilidade Interatividade Sofisticação

Física avançada em jogos

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Física avançada em jogos

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Representação visual de acordo com o que aconteceria na realidade

Modelo matemático preciso

Física avançada: Fidelidade

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Processamento de milhares de partículas interagindo entre si e outros objetos

Exemplos: Poeira Fumaça Chuva Peças de um veículo batendo

Física avançada: Escalabilidade

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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

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Nível de detalhe alcançado pela simulação Tipos de interação possíveis Exemplos:

Deformações e fraturas Juntas flexíveis Atrito

Física avançada: Sofisticação

Exemplo de física em jogos: Corrida

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Atrito com a pista (materiais)

Colisão com outros carros e cenário (física newtoniana)

Trabalho de suspensão (juntas)

Aerodinâmica (fluidos)

Vídeo: Jogos de Caminhão

Boa física: Rigs of Rods http://www.youtube.com/watch?v=TR9jqGv05H4

Péssima física: Big Rigs http://www.youtube.com/watch?v=mB1zWEhgrLs

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Física calculada ainda através da CPU 1/6 do tempo gasto com física

Tentativa de adaptação das GPU's

Cenário Atual

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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

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Banda de memória limitada Limita o número de objetos na cena

Pipeline específico para gráficos Dificulta o mapeamento de algoritmos físicos

Abordagens - GPUs

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Alternativa – Ageia PhysX PPU Primeiro processador dedicado a física

Physics Processor Unit AGEIA

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Foca especialização de cada unidade de processamento

AGEIA PhysX PPU

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Alta velocidade interna – 2 Tbits/s Hardware preparado para tipos de dados e

algoritmos específicos de cálculos físicos Multicore

Paralelismo

PhysX PPU

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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

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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

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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

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Comparativo de Desempenho

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Comparativo: Cena sem PhysX

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Comparativo: Cena com PhysX

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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

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Movimentação de Objetos

Vídeo

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Fluidos

Vídeo 1Vídeo 2Vídeo 3

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Poeira e Resíduos

Vídeo

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Movimentação de Personagens

Vídeo

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Vegetação e Tecidos

Vídeo 1Vídeo 2

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Ambiente de desenvolvimento

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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

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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

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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

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

Ambiente de desenvolvimento

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AGEIA APEX

Ambiente de desenvolvimento

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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

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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

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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

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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

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Vantagens

Rápido em tempo de execução Na presença de uma PPU PhysX

Full featured Código base estável

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Desvantagens

Benefícios exclusivos para máquinas com a PhysX PPU

Diferentes formatos de arquivo para Max e Maya

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Plataformas compatíveis

Windows Linux

Sem aceleração de hardware Videogames

Sony Playstation 3

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Concorrentes

Havok SDK Principal concorrente do PhysX Desenvolvido por uma companhia irlandesa

desde 2000 Utilizado em mais de 150 jogos

Half-life 2 Deadrising

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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

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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

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Trailers Demonstrativos

Trailer 1 Trailer 2

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Dúvidas

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Referências

http://www.matthiasmueller.info/ http://personal.inet.fi/atk/kjh2348fs/

ageia_physx.html http://www.ageia.com/physx/ http://en.wikipedia.org/wiki/PhysX http://en.wikipedia.org/wiki/

Physics_processing_unit Seminário sobre este tema