\chapter{Vývoj hry}
\label{chap:main}

Přenos starého projektu na~další major verzi~UE nebyl nijak problematický, dokonce v~editoru je~možnost rychlého exportu assetů do~jiného projektu. Rozhodně tomu pomohlo, že~se~C++~kód nepřenášel, ale~napsal znovu. UE~citelně rozšířil seznam dostupných tříd, ale~zaroveň některé jsou~již deprecated nebo~odstraněny úplně. Tak~například byly~odstraněny třídy Matinee (bývalý format animací pohybu objektů) pro~podporu novejší třídy Sequencer nebo~starý PhysX rozhraní (Fyzický engine), které~je nahrazeno systémem Chaos. Přesto se~něco pokazilo při~exportu objektů s~dynamickou fyzikou (závěsy, které~reagují na~simulaci větru, se~museli předělat).

Přenos byl~odůvodněn převážně malou velikostí starého projektu a~taky lákavou nabídkou nových technologií zejména Nanite a~Lumen. Navíc pátá verze Unrealu -- přesněji verze~5.5 -- přinesla značná vylepšení jako:
\begin{itemize}
\item Nový systém zpracování vstupu Enhanced Input\footnote{https://dev.epicgames.com/documentation/en-us/unreal-engine/enhanced-input-in-unreal-engine}. Místy má~příliš mnoho objektové abstrakce, ale~rozhodně velký krok vpřed. Umožňuje snadné dynamické přepínání různých sad ovládání (multiplayer hry, gameplay/menu), dynamické modifikátory a~spouštěče vstupu (změna senzitivity, víceklik, podržení tlačítka určitou dobu), podpora vstupu více než~jedné periferie naraz a~podpora přeřazení vstupu (např.~změna tlačítka odpovídající za~skok herní postavy). Předtím tohle a~spoustu dalšího se~muselo naprogramovat ručně.
\item Podporu vektorové grafiky v~UI. Veškeré staré UI~elementy byly~tvořeny pomocí základních vektorových obdélníkových tvarů práve proto, aby~se~vyhnulo použití rastrové grafiky, která~je~velmi závislá na~rozlišení. Aktuálně všechny UI~elementy jsou tvořeny ještě starou metodou, pro~udržení konzistentního vzhledu. Dnes bychom určitě využili této~možnosti.
\item Přepracované vykreslování textů -- rychlejší vykreslování a~efektivnější využití paměti.
\item MetaSound\footnote{https://dev.epicgames.com/documentation/en-us/unreal-engine/metasounds-the-next-generation-sound-sources-in-unreal-engine} pro~přehrávaní nebo procedurální generování zvuků, který~nahrazuje starou třídu~Cue. De-facto se~jedná o~Digital Signal Processing (DSP) grafový engine a~editor. Bohůžel jsem nestihl tento nastroj využit v~práci.
\item World partition systém\footnote{https://dev.epicgames.com/documentation/en-us/unreal-engine/world-partition-in-unreal-engine} který~dokáže automaticky rozdělit jeden velký svět na~streamovací kousky a~propojit sdílení dat mezi nimi i~při multiplayer hře přes internet. Taky není využit v~této práci.
\end{itemize}
Samozřejmě je~toho daleko víc, ale~většina ostatních vylepšení jako~například nový systémy animací postav Motion Matching\footnote{https://dev.epicgames.com/documentation/en-us/unreal-engine/motion-matching-in-unreal-engine} nebo~nový fyzikální engine Chaos\footnote{https://dev.epicgames.com/documentation/en-us/unreal-engine/destruction-overview} neměli vliv na~rozhodnutí.

Podrobné informace jak každá implementace funguje a jak vývojaři s ní pracovat jsou popsané v programatorské dokumentaci.

\section{Herní logika, systémy, mechaniky}
\label{sec:systemsAndMechanics}
\subsection{Architektura}
Protože Unreal Engine byl na začátku vývíjen primárně pro online multiplayer hru Unreal Tournament a dnes stejně tak vyvíjen spolu s extremně velkou online multiplayer hrou Fortnite, je backend enginu dost abstraktní. 

Například tak každý svět musí obsahovat vlastní game mode (třída AGameMode), který funguje jako správce dáneho světu -- přestože svět se může spravovát sám. Veškerá funkcionalita používaná v singlplayer hrách mohla by být přímo v kódu levelu nebo v globální instanci celé hry. Důvodem teto abstrakce je právě nativní podpora multiplayer her, která potom vývoj takových her zjednodušuje.

Protože tento projekt je zaměřen pro hru jednoho hráče, práce je často programováná navzdory ustaleným UE C++ guidelines pro pohodlí a rychlost vývoje. Proto často třídy managerů systémů, game modů, instance hráče a další jsou na architektuře singletonu. Šetří od tří do desetí různých volání getteru, castu reflexe, vyhledávání v hash tabulkach a iteraci polí v každém místě použití. Přesto nemá žádný vliv na stabilitu programu a dokonce šetří výkonem zařízení.

Jen pro představu co obnaší klasické ziskání reference na instanci vlastní třídy hráče na pozadí. GetGameMode()\textrightarrow GetPlayerController(index)\textrightarrow GetPlayerPawn()\textrightarrow Cast<Class>(). A blueprinty disponují zkrácenou verzí GetPlayerPawn(index)\textrightarrow Cast<Class>(). V případě C++ je potřeba navíc ověřovat zda nějaké z volání nevratílo nullptr.

\subsection{Scény a ukládání hry}
Scény resp. levely (třídy UWorld a ALevelScriptActor)\footnote{UWorld instance je přímo celý svět, který funguje jako balík metadat a kontejner pro veškeré instancované objekty v něm. ALevelScriptActor je objekt instancovaný v UWorld automaticky a obsahuje uživatelskou logiku světa.} taktéž lze získat v podobě singletonu. Základní implementace byla rozšířená pro high level mechanismus volání událostí ve scéně. Ten je za potřebí například, když hráč aktivuje spínací plošinu ve hře a ta následně otevře dveře. Narozdíl od jiných enginů, v UE objekty ve světě nemůžou referencovat jiné nezávislé objekty. Jednoduše referenci nejde přiřadít z důvodu abstrakce popsané v předchozí podsekci, protože každý objekt může mít vlastní herní svět (a nejen to). Proto pokud plošina z našeho príkladu chce otevřít dveře, musí zkusit poslat požádavek správcí herního světa, ten požadavek se nějak zpracuje a jen potom správce buď provede akci otevírání dveří samostatně nebo zavolá odpovidající funkci v instanci objektu. Pokud by byla potřeba zbavit se použití singleton architektury pro podporu paralelní existenci světů, stači předělat member funkci instance světa na statický multicast delegate\footnote{Delegate jsou obaly na C++ funkce, lambdy, funkce s reflexi a funkce z Blueprintu. Delegate může být typu single, pro uložení reference na jednou funkci, nebo multicast pro uložení dynamického seznamu funkcí. Podrobněji jsou popsané v programatorské dokumentaci.}, ke kterému se každý svět při konstrukci bude vázat.

Navíc hra byla rozšířena o implementaci obnovení hry z úložených dat. Při návrhu byla snaha udělat postup nejvíc triviální. Hru ukládá globální herní instance (třída GameInstance)\footnote{GameInstance je první objekt vytvořený enginem hned po úvodním načtení základu enginu a taky poslední objekt na destrukci při vypínání hry.} při vypínání hry a načíta taktéž při spouštění. Využit byl existující v UE systém serializace, který ukládá inventař postavy, jmeno levlu a checkpoint na něm spolu s posledním stavem levlu.

\subsection{Interakce}
Interakce jsou často řešeny pomoci architektury interface tříd\footnote{Interface třídy jsou konkurenčním přístupem komponentní architektuře. Interface je běžná praktika v OOP, která funguje jako domluva, že objekt bude obsahovat určité member funkce. Komponentny jsou samostatné určité podinstance objektu. Komponentní přístup se osvědčuje jako intuitivnější a více flexibilní zatímco Interface přístup při vývoji her je spíše nepřijemné vynucení ze světu OOP.} především kvůli populárním návodům vyzdvihující tuto metodu jako nejlepší ještě z doby, kdy jen vzníkal Unreal Engine 4. Nevýhodou je potřeba v obsáhlem a repetetivním nastavení každeho objektu, který chceme zapojit do mechaniky interakce.

Byl navržen kompletní systém pro spravu každého interačního objektu a komponent (viz.\Cref{fig:InteractableSystemDiagram}). Objekt dědicí třídu AInteractable při instancování samostatně nastaví a následně přepína potřebné kolize. Navíc spravuje interakční komponenty a reaguje na požadavky k ním. Komponenty se dělí na aktivatory a modifikatory.

\begin{figure}
\centering
\includegraphics[width=1\linewidth]{img/InteractableSystemDiagram.pdf}
\caption{Debug náhled aktivace interakčních objektů v zornem poli hráče.}
\label{fig:InteractableSystemDiagram}
\end{figure}

\newpage
\paragraph{AInteractableActivator} Aktivátory jsou komponenty s úrčitými mechanismy detekce objektů. Instance hráče automaticky vytváří pro sebe jednu podinstanci každého aktivatoru zaregistrovaného v enginu. Libovolný objekt taky může obsahovat libovolný aktivator. Práce obsahuje klasický způsob detekce objektů pomoci raytracingu a castu objektu v případě nárazu paprsku.

Navíc je k dispozici detekce objektů v zornem poli hráče. Ta funguje na zpomaleném snímání určité stencil vrstvy s vynecháním většiny render pipliny a v malém rozlišení. Zachycený snímek obsahuje pouze viditelné hráčem interakční objekty v podobě masky. Nasledně maska v grafickém vlakně je zpracovaná pomocí algoritmu vyhledávání komponent z počítačového vidění, kterou poskytuje kníhovna OpenCV. Nakonec do středu nalezených komponent se promítné paprsek a zachytí objekty (viz. \Cref{fig:InteractableScreenCapture}). Původně bylo předpokládáno využití HLSL compute shaderu pro vyhledání komponent v textuře, ale z časových důvodu jsem nedodělal přenos dat mezi CPU a GPU, jelikož dohledat dokumentaci o použití shaderu je dost náročné. Proto aktuální vyhledávání komponent je spouštěno na procesoru a v renderovacím vlakně na moderních zařízeních trvá pět až deset milisekund. V praxi se takový úkol řeší náhodným promítáním velkého množství paprsků nebo velkým hitboxem napodobující tvar frustrumu kamery. Taková řešení jsou sice rychlá na implementaci, ale začínají být nekvalitní až nepoužítelné pro trochu větší vzdalenosti než ,,pár metrů''. Navíc zahrnují časté počítání nárazů na velké množství objektů, čímž výkonostně nejsou o nic lepší naimplementováné metody v této práci.

\begin{figure}
\centering
\includegraphics[width=1\linewidth]{img/InteractableScreenCapture.pdf}
\caption{Debug náhled aktivace interakčních objektů v zornem poli hráče.}
\label{fig:InteractableScreenCapture}
\end{figure}

\paragraph{AInteractableModificator} Modifikátory jsou komponenty s úrčitou logikou libovolné modifikace objektu, ve kterém jsou instancovány. Tyto komponenty mohou obsahovat pouze objekty označené jako interakční (dědí třídu interákčního objektu). Aktuální implementace nabízí modifikátory pro aktivaci nějaké události pomoci dosahu ,,ruky'' nebo zahlednutím ,,očí'' hráče, pohyb a rotace předmětu v prostoru, ukládání předmětu do inventáře hráče. Z časových důvodu byla zamítnuta implementace modifikace meshe objektu, která by využivala nového rozhraní Chaos.

Právě u modifikátorů nejvíc přispěl nový system zpracování vstupu pro Unreal Engine 5. Modifikatory využívájí možnosti přidávání resp. odstranění kontextů vstupu za běhu.

\subsection{Cutscény a Quick Time Eventy}
Unreal je slavný, jak dobře lze v něm animovat scénu. Rozhraní a editor systému Sequencer je pohodlné a bohaté na funkcionality. Bohůžel veškeré skvěle věci končí mimo editor, jelikož chybí pohodlná funkcionalita režije různých souborů animací (stejná poznámka se vztahuje i k UI animacím). Proto byl dodán systém UCutsceneManager implementující frontu animací spolu s uživatelským rozhraním přeskočení animace.

Pro přiblížení problému, vyjmenuji časté potřeby, které vzníkají při běžném použití animací.
\begin{itemize}
\item Zároveň spuštěné animace bojují o vlastnictví objektů,
\item animace nelze přetáčet,
\item u animace nelze zjistit zpětně jestli byla přehrana do konce, pouze přivázat volaní funkce po ukončení,
\item animace umí říct jestli je někdé přehráváná, ale neřekné kde.
\end{itemize} 

Převážně pro použití v animacích je naimplementováná fronta nečekaných událostí, což jsou interaktivní UI elementy na obrazovce hráče. V herním průmyslu jsou využívány zejména v cutscénach, pro ,,hlubší ponoření'' hráče do děje. Klasickými příklady jsou animace šplhání herní postavy po nějaké překážce nebo kinematografický souboj mezi postavy. Při takových údalostech lze přibližit hráče dynamické a napínavé situaci pomoci klikání na stejně dynamické UI elementy na obrazovce v souladu s pohybem herní postavy. V V praxi se objevují i pokročílejši varianty napodobení děje pohybem myší a joystickem nebo gyroscopem ovládače.

\subsection{Dialogy}
V enginu je zavádějící implementace pokročílého dialogového systému. Má stejný problém jako animace. Dialogy jsou neintuitivní pro tvorbu a použití, vyžadují časté repetetivní kopírování stejných parametrů do souborů s linky dialogů a dohromady celý tento systém má málo dokumentace. Navíc ,,dialogy'' v tomto systému jsou pouze samostatné věty, které musí přehravat nějaký zvuk a mohou se vybírát v zavislostí na omezeném kontextu typu "kdo na koho mluví". O nepoužitelností takového rozhrání napovídají návody na tvorbu vlastních systému nebo vývojařský obchod plný pluginů implementujících tento systém lépe.

Protože kvalitná řešení jsou placená a ty zdarma jsou často nevyhovující kvality, byla navržená vlastní implementace. Jedna se o frontu, která umí přehravat celé tabůlky dialogových vět. Celý dialog nebo množinu vět společného kontextu lze pohodlně zapsat do tabulkového formátu přímo v editoru. Jedná věta obsahuje id, text, dobu přehrání nebo zvukovou stopu. Ve výsledku lze do fronty zařadit několik tabůlek, které se mohou přehrávat sekvenčně od n-té věty do poslední, jednu náhodnou větu nebo přesně jednu větu podle id.

\subsection{Minihry}
Gameplay druhého levlu je celý složen z miniher. V moment vydání -- práce obsahuje pouze pět hlavních pro gamedesign miniher v podobě ,,proof of concept''. Z časových důvodů zbylé vedlejší minihry nebyly implementováné. Každá z hlavních miniher je parodie na již existujicí známe hry.

Minihry jsou samostatné objekty, které manager scény startuje nebo vypíná. Po nastartování minihra sama přepné kontext ovládání na sebe a řídí vlastní stav. Jestli minihra nebyla ukončená dočasně ale dohráná, potom vráti ovládání hráči a spolu s tím výsledek a skóre.

Dostupné zkušební implementace:
\begin{itemize}
\item Parodie flash hry Age of War. V pozadí uklízení knížek dějepisu jsou umístěny základny hráče a soupeře (umělé inteligence). Hráč ovládá minihru pomici UI, kde nakupuje jednotky typu: pěšák, střelec a tank. Peníze získáva za zničení nepřátelských jednotek. Vyhrává soupeř, který dokázal přejít přes jednotky nepřátele až k základně a zdemolovat ji. V aktuální implementaci chybí vylepšení éry jednotek, zvuky, grafické efekty, modely a animace jednotek. Přesto lze vyzkoušet nakup a jejich ,,souboj'' jednotek.
\item Parodie na mobilní hru Subway Surfers. Aktuálně má minihra nevhodné pozadí, neobsahuje audio a grafické prvky. Podle návrh hráč nahání veverku v lese, která mu ukradla část důležitého pro příběh předmětu. Pomoci pohybů nahoru, dolu, doleva a napravo hráč uhýba objevujicím se lesním překážkam. Překážková dráha má šířku třech běžicích pruhů a překážky mohou vyžadovat přeskočení, sklouznutí nebo úlpý uhyb do strany.
\item Podoba počítačové rytmické hry Osu!. Hráč má za úkol klikat na objevující se na obloze hvězdičky v souladu s rytmem hudby (v pořadí ve kterém se objevili). Aktuálně ,,hvězdičky'' jsou v podobě čtverečků, ale hudba je zcela hotova. Již teď lze vyzkoušet klikání pro prvních 10 sekund doprovodu.
\item Podoba mobilní hry Crossy Road. Hráč pomoci pohybu dopředu, dozadu, doleva a dolu potřebuje posouvat se vpřed po překážkové dráze. Dráha je složená z pěti průhu kolmých ke kameře, a každý průh je složen z dvanáctí políček, na které může stoupnout hráč. Náhodně na krajích pruhu se objevují divoká zvířata, laviny a silný vítr (v originální hře to jsou auta na silnici), které se posouvají k opačnemu kraji přes všechná políčka a mohou ukončit běh hráče. Podle návrhu se bude hra odehrávát v ledovém prostředí, kde hráč bude procházet sněžnou krajinou. Audiovizuální prvky opět nejsouk dispozici, ale již teď teď lze vyzkoušet posun dopředu a uhyb překážkam.
\item Jednoduchá minihra rybolovu (více podob napříč různymi hry). Hráč má na obrazovce svislý obdelníkový indikátor znázorňující vodní hlubinu. Podél indikátoru se náhodně pohybuje obrázek rybičky, kterou hráč musí udržovat v malé pohyblivé zóně. Zóna se pohybuje automaticky dolu nebo nahoru držením tlačítká myší (rychlost pohybu není lineární ale kvadratická). V implementaci chybi zvukové assety a vyvaženost složitosti, ale je k dispozici kompletní UI a mechanika lovu.
\end{itemize}

\subsection{Nehratelné postavy}


\subsection{Nastavení}


\section{Návrh tvorby generativního obsahu a jeho načítání za běhu}
\label{sec:contentGenerationAndIntegration}
Nabízí se online tabulká skóre na základní a vygenerováné minihry.

\section{Grafika}
\label{sec:graphics}
\subsection{Statické objekty}
\subsection{Dynamické a procedurální objekty}
\subsection{Osvětlení, efekty, Post-Processing}
\subsection{Materiály a shadery}
\subsection{UI}
\subsection{Načítací obrazovka}
\subsection{Textové překlady}

\section{Audio}
\label{sec:audio}
\subsection{Kategorie a parametry audio assetů}
\subsection{Dynamický hudební doprovod}

\section{Tipy při vývoji v UE}
\label{sec:UETips}

\paragraph{Skripty pro editor}
% Blueprunty a python
\paragraph{C++ typy a reflexe}
\paragraph{Kompilace a export projektu}

\section{Co se nestihlo nebo změnilo}

