Обзор игрового движка Panda3D и его особенностей

Я занимаюсь разработкой с использованием движка Panda3D почти 4 года. Уже достаточно хорошо разбираюсь в его особенностях. Этот движок малоизвестный и не достаточно популярный, поэтому хотелось бы поделиться информацией о нем.

Движок Panda3D разработан компанией Дисней и в последствии передан университету CMU и сообществу.

Лицензия была изменена на достаточно свободную - BSD, которая позволяет использовать движок и даже модифицировать его в том числе и в коммерческих целях без каких либо обязанностей выплачивать роялти.

На данный момент его разработкой занимается сообщество, а университет оказывает небольшую поддержку в виде предоставления хостинга для сборки и публикации новых версий.

Также разработка финансируется из пожертвований собранных через вебсайт Open Collective.

Исходный код движка полностью открыт, что позволяет глубже его изучить и при необходимости вносить изменения.

Движок написан на языке C++ и небольшая его часть - на Python. Panda3D спроектирован таким образом чтобы разработка проектов с его использованием велась на языке Python в большей степени, а также на языке C++, если это необходимо.

Крупные и достаточно известные игровые движки, такие как Unreal Engine 4, Unity3D и подобные развились до уровня конструкторов игр, в которых за пару кликов мышкой можно собрать готовую игру из доступных модулей. Такие движки содержат в себе редактор, который является обязательным инструментом и определяет весь workflow разработки. К примеру Unity3D полностью берет на себя задачу обработки C # скриптов.

У Panda3D подход к разработке несколько другой, многие ошибочно пытаются найти некоторый редактор игр сразу после установки движка. Так как игровые движки выросли до уровня констукторов игр, то для таких движков как Panda3D и ему подобных используют термин - framework.

Panda3D не содержит в себе ни конструктора игр, ни редактора игровых уровней. И так как он является некоммерческим, то стандартные ассеты высокого качества и магазин с ними тоже отсутствуют.

Движок не предлагает собственный workflow, а вместо этого встраивается в текущий. То есть все модули движка подключаются к стандартному C++ или Python приложению как отдельные библиотеки. Таким образом можно встраивать движок в том числе и в уже существующее приложение, а также использовать только те модули движка, которые необходимы в данный момент. Например в приложении рассчета физики можно полностью выключить рендеринг и использовать его таким образом на серверах.

Движок достаточно простой в изучении. Кривая сложности - линейная, то есть вы постепенно прогрессируете равными шагами. В отличие от Unreal Engine 4 и Unity3D, где кривая сложности - экспонента, когда очень просто начать и сделать прототип, но гораздо сложнее завершить начатое и решать более сложные задачи.

Внутренняя структура Panda3D представляет собой граф в виде дерева, где каждый элемент это контейнер ноды (NodePath). Каждый такой контейнер может содержать в себе одну ноду любого типа (на основе PandaNode) или ни одной (пустой контейнер). Нодами же могут быть меши с геометрией, коллайдеры, звуки, источники света, скелеты, кости, элементы интерфейса и другие объекты. Каждая нода упаковывается в свой собственный контейнер и из таких контейнеров строится дерево.

Для каждого контейнера ноды доступны такие параметры как положение его в пространтве, масштаб, материалы, текстуры, включение/выключение рендеринга и прочие. Контейнеры нод можно свободно перемещать между собой внутри дерева. Все параметры контейнера ноды будут наследовать и дочерние контейнеры, таким образом можно применить текстуру сразу ко всей ветке дерева или вообще выключить ее рендеринг.

Если необходимо изменить параметры которые относятся непосредственно к определенному типу ноды (например громкость звука или сила источника света), то нужно обращаться к ноде, которая находится внутри соответствующего контейнера. Данные параметры не наследуются.

Движок перешел в статус некоммерческой разработки очень давно, когда большинство современных графических технологий и возможностей отсутствовало. Вся разработка сейчас находится в руках сообщества, поэтому в нем остутствуют современные высококачественные шейдеры, системы рассчета теней и отражений.

В стандартном комплекте движка есть генератор шейдеров, который создает шейдеры в формате NVIDIA CG (версия генератора для GLSL еще в разработке). Он предоставляет следующие возможности:

Материалы используют модель specular - glossiness (shininess) и текстурные карты, такие как normal map, diffuse, specular, glow, gloss, height, decal и прочие.

Но всего этого уже недостаточно чтобы выйти на современный уровень графики. Приложения использующие стандартные возможности Panda3D будут выглядеть как игры начала 00-х годов. Это обусловлено отсутствием современных шейдеров, PBR материалов и пост-процессинга.

RenderPipeline это сторонний проект, целью которого является пересмотреть стандартный способ рендеринга в Panda3D - Forward Rendering и вместо него предложить альтернативный - Deferred Rendering.

RenderPipeline представляет из себя библиотеку расширяющую возможности рендеринга в Panda3D и набор инструментов для настройки и визуализации процесса рендерига.

В отличие от specular - glossiness модели материалов и текстур в режиме RGB, используемых по умолчанию, RP использует roughness - metallic PBR и текстуры в режиме sRGB. Также он использует собственную систему освещения (RPLight) написанную на языке C++, которая теперь входит в комплект Panda3D, что упрощает установку и использование RenderPipeline.

RenderPipeline использует Deferred Rendering и модульную систему для рендеринга отдельных слоев/буферов (Stage), где каждый Stage использует свои шейдеры, а в конечном итоге они все объединяются в один кадр.

Также RP поддерживает систему плагинов, позволяющую расширять его возможности и добавлять новые плагины со своими шейдерами. В стандартный комплект входят следующие плагины:

Также RP включает в себя поддержку Normal Mapping, Parallax Bump Mapping, динамической смены времени суток (дня и ночи).

Инструменты визуализации позволяют в реальном времени отслеживать весь процесс рендеринга каждого Stage, и того как из них строится кадр.

Из минусов можно отметить, то что RP уже долгое время не развивается и многие шейдеры не достаточно оптимизированы. Но проект достаточно компактный, гибкий и хорошо документирован, что позволяет интегрировать мего в свой проект и поддерживать собственными силами.

Panda3D поддерживает множество форматов текстур и моделей, а также инструментов для импорта/экспорта и конвертирования между форматами.

Для текстур поддерживаются форматы: PNG, JPEG, DXT, TGA и другие.

Для моделей используются следующие форматы:

Также существуют множество плагинов экспорта моделей для таких программ как:

Blender плагин для экспорта моделей в формат EGG.

Основная версия, поддерживает Blender до версии 2.79, не развивается. Использует параметры материалов и текстуры из Blender Render.

Обновленная версия адаптированная под Blender 2.80+ и новые Cycles материалы.

Blender плагин для экспорта моделей в формат BAM. Использует материалы совместимые с RenderPipeline.

Утилита конвертирования моделей из формата Blender в BAM.
Поддерживает несколько пайплайнов для конвертирования:

Плагин для Panda3D который добавляет поддержку формата glTF в движок. Позволяет напрямую загружать файлы в формате glTF.

Минимальный пример который создает окно, загружает модель со скелетной анимацией и воспроизводит анимацию.

Toontown Online - старая MMORPG от Дисней, закрылась
Pirates of the Caribbean Online - старая MMORPG от Дисней, закрылась
Ghost Pirates of Vooju Island - adventure, доступна в Steam
A Vampyre Story - adventure, доступна в Steam

Подборка инди игр на itch.io