#import "@preview/dashy-todo:0.0.1": todo #import "@preview/i-figured:0.2.4" #import "@preview/tablex:0.0.9": tablex, rowspanx, colspanx, cellx #import "@preview/wordometer:0.1.3": word-count, total-words #import "layout.typ": project, indent-par #import "utils.typ": * #show: word-count #show: project.with( university: "Latvijas Universitāte", faculty: "Eksakto zinātņu un tehnoloģiju fakultāte", type: "Kvalifikācijas darbs", title: [Spēles izstrāde, izmantojot\ Bevy spēļu dzinēju], authors: ("Kristiāns Francis Cagulis, kc22015",), advisor: "prof. Mg. dat. Jānis Iljins", date: "Rīga 2025", ) #set heading(numbering: none) = Apzīmējumu saraksts / Audio: #todo("add description") / CI/CD: nepārtraukta integrācija un nepārtraukta izvietošana; / DPD: datu plūsmas diagramma; / ECS: entitāšu komponentu sistēma (angl. Entity-Component-System#footnote[https://en.wikipedia.org/wiki/Entity_component_system]); / GitHub#footnote[https://en.wikipedia.org/wiki/GitHub]: izstrādātāju platforma, kas ļauj izstrādātājiem izveidot, glabāt, pārvaldīt un kopīgot savu kodu; / GitHub Release #footnote[https://docs.github.com/en/repositories/releasing-projects-on-github/about-releases]: izvēršamas programmatūras iterācijas, ko varat iepakot un padarīt pieejamas plašākai auditorijai, lai lejupielādētu un izmantotu; / Jaucējtabula#footnote[https://lv.wikipedia.org/wiki/Jauc%C4%93jtabula]: jeb heštabula (angl. hash table#footnote[https://en.wikipedia.org/wiki/Hash_table]) ir datu struktūra, kas saista identificējošās vērtības ar piesaistītajām vērtībām. / Papildspēja: objekts, kas kā spēles mehānika spēlētājam piešķir īslaicīgas priekšrocības vai papildu spējas (angl. power-up#footnote[https://en.wikipedia.org/wiki/Power-up]); / Pirmkods: #todo("add description") / PPA: programmatūras projektējuma apraksts; / PPS: programmatūras prasību specifikācija; / Renderēšana: #todo("add description") / Spēlētājs: lietotāja ieraksts vienas virtuālās istabas kontekstā. / Sēkla: _seed_ #todo("add description") /* Pēdējos gados spēļu izstrādes joma ir piedzīvojusi strauju popularitātes * pieaugumu, ko veicināja neatkarīgo spēļu skaita pieaugums un jaudīgu spēļu * dzinēju pieejamība. Starp šiem dzinējiem Bevy izceļas kā mūsdienīgs atvērtā * koda risinājums, kas izmanto Rust programmēšanas valodu, lai nodrošinātu * drošību un veiktspēju. Šajā diplomdarbā tiek pētīts Bevy spēļu dzinēja * potenciāls, izstrādājot minimālistisku labirinta izpētes spēli "Maze * Ascension". */ = Ievads == Nolūks Šī dokumenta mērķis ir raksturot sešstūru labirinta spēles "Maze Ascension" programmatūras prasības un izpētīt Bevy spēļu dzinēja iespējas. == Darbības sfēra Darba galvenā uzmanība ir vērsta uz būtisku spēles mehāniku ieviešanu, tostarp procedurālu labirintu ģenerēšanu, spēlētāju navigācijas sistēmu, papildspēju integrāciju un vertikālās progresijas mehāniku, vienlaikus ievērojot minimālisma dizaina filozofiju. Spēles pamatā ir sešstūra formas plāksnes, kas, savukārt, veido sešstūra formas labirintus, kuri rada atšķirīgu vizuālo un navigācijas izaicinājumu. Spēlētāju uzdevums ir pārvietoties pa šiem labirintiem, lai sasniegtu katra līmeņa beigas. Spēlētājiem progresējot, tie sastopas ar arvien sarežģītākiem labirintiem, kuros nepieciešama stratēģiska domāšana, izpēte un papildspēju izmantošana. Spēlētājam progresējot, tie sastopas ar dažādiem uzlabojumiem un papildspējām, kas stratēģiski izvietoti labirintos. Šī funkcija padziļina spēlēšanas pieredzi, veicinot izpēti un eksperimentēšanu ar dažādām spēju kombinācijām, radot dinamiskākus un aizraujošākus spēles scenārijus. No tehniskā viedokļa darbā tiek pētīta šo funkciju īstenošana, izmantojot Bevy entitāšu komponentu sistēmas (ECS) arhitektūru. Tas ietver stabilu spēles vides sistēmu izstrādi, stāvokļa pārvaldības mehānismus un efektīvu Bevy iebūvēto funkcionalitāšu izmantošanu. No darbības sfēras apzināti izslēgta daudzspēlētāju funkcionalitāte un sarežģīti grafiskie efekti, koncentrējoties uz pulētu viena spēlētāja pieredzi ar skaidru, minimālistisku vizuālo noformējumu. Šāda mērķtiecīga pieeja ļauj padziļināti izpētīt spēles pamatmehāniku, vienlaikus nodrošinot projekta vadāmību un tehnisko iespējamību. == Saistība ar citiem dokumentiem PPS ir izstrādāta, ievērojot LVS 68:1996 "Programmatūras prasību specifikācijas ceļvedis"@lvs_68 un LVS 72:1996 "Ieteicamā prakse programmatūras projektējuma aprakstīšanai"@lvs_72 standarta prasības. #todo("papildināt dokumentu sarakstu") == Pārskats Dokumenta ievads satur ... /* Dokumenta ievads satur tā nolūku, izstrādājamās programmatūras skaidrojumu, vispārīgu programmatūras mērķi un funkciju klāstu, saistību ar citiem dokumentiem, kuru prasības tika izmantotas dokumenta izstrādāšanas gaitā, kā arī pārskatu par dokumenta daļu saturu ar dokumenta struktūras skaidrojumu. */ Pirmajā nodaļa tiek aprakstīti ... Otrajā nodaļā tiek ... Trešajā nodaļā tiek aprakstīta ... #set heading(numbering: "1.1.") = Vispārējais apraksts == Esošā stāvokļa apraksts Pašreizējo spēļu izstrādes ainavu raksturo pieaugoša interese pēc neatkarīgajām spēlēm un modernu, efektīvu spēļu dzinēju izmantošana. Izstrādātāji arvien biežāk meklē rīkus, kas piedāvā elastību, veiktspēju un lietošanas ērtumu. Spēļu dzinējs Bevy ar savu moderno arhitektūru un Rust programmēšanas valodas izmantošanu gūst arvien lielāku popularitāti izstrādātāju vidū, pateicoties tā drošām un vienlaicīgām funkcijām. == Pasūtītājs Sistēma nav izstrādāta pēc konkrēta pasūtītāja pieprasījuma, tā ir raksturota un projektēta ar iespēju realizēt pēc studenta iniciatīvas kvalifikācijas darba ietvaros. == Produkta perspektīva "Maze Ascension" ir izstrādāta kā daudzplatformu spēle, izmantojot nepārtrauktas integrācijas un nepārtrauktas izvietošanas (CI/CD) darbplūsma@pipeline, lai vienkāršotu izstrādes un izplatīšanas procesu. Šī darbplūsma ir konfigurēts tā, lai kompilētu spēli vairākām platformām, tostarp Linux, macOS, Windows un WebAssembly (WASM). Tas nodrošina, ka spēle ir pieejama plašai auditorijai, nodrošinot konsekventu un saistošu pieredzi dažādās operētājsistēmās un vidēs. Spēle tiek izplatīta, izmantojot GitHub releases un #link("http://itch.io/")[itch.io], kas ir populāra neatkarīgo spēļu platforma, kas ļauj viegli piekļūt un izplatīt spēles visā pasaulē. Izmantojot šīs platformas, datorspēle gūst dažādu maksājumu modeļu un kopienas iesasaistes funkcijas, tādējādi palielinot spēles sasniedzamību un atpazīstamību. /* Lai gan spēle neizmanto mākoņpakalpojumus datu uzglabāšanai vai analīzei, CI/CD cauruļvads nodrošina, ka atjauninājumus un jaunas funkcijas var izvietot efektīvi un droši. Šāda konfigurācija ļauj ātri veikt iterāciju un nepārtraukti uzlabot spēli, nodrošinot, ka spēlētājiem vienmēr ir pieejama jaunākā versija ar jaunākajiem uzlabojumiem un kļūdu labojumiem. */ == Darījumprasības Sistēmas izstrādē galvenā uzmanība tiks pievērsta sekojošu darījumprasību īstenošanai, lai nodrošinātu stabilu un saistošu lietotāja pieredzi: + Spēles progresēšana un līmeņu pārvaldība: Sistēma automātiski pārvaldīs spēlētāju virzību pa spēles līmeņiem, nodrošinot vienmērīgu pāreju, kad spēlētāji progresē un saskaras ar jauniem izaicinājumiem. Progress tiks saglabāts lokāli spēlētāja ierīcē. + Nevainojama piekļuve spēlēm: Spēlētāji varēs piekļūt spēlei un spēlēt to bez nepieciešamības izveidot lietotāja kontu vai pieteikties. Tas nodrošina netraucētu piekļuvi spēlei, ļaujot spēlētājiem nekavējoties sākt spēlēt. // + Paziņošanas sistēma: Spēlētāji saņems paziņojumus par svarīgiem spēles // atjauninājumiem, sasniegumiem un citu svarīgu informāciju, lai saglabātu viņu // iesaisti un informētību. + Savietojamība ar vairākām platformām: sistēma būs pieejama vairākās platformās, tostarp Linux, macOS, Windows un WebAssembly, nodrošinot plašu pieejamību un sasniedzamību. + Kopienas iesaiste: Spēle izmantos #link("http://itch.io/")[itch.io] kopienas funkcijas, lai sadarbotos ar spēlētājiem, apkopotu atsauksmes un veicinātu atbalstošu spēlētāju kopienu. + Regulāri atjauninājumi un uzturēšana: CI/CD cauruļvadu veicinās regulārus atjauninājumus un uzturēšanu, nodrošinot, ka spēle ir atjaunināta ar jaunākajām funkcijām un uzlabojumiem. == Sistēmas lietotāji Sistēma ir izstrādāta, ņemot vērā vienu lietotāja tipu -- spēlētājs. Spēlētāji ir personas, kas iesaistās spēlē, lai pārvietotos pa tās labirinta struktūrām. Tā kā spēlei nav nepieciešami lietotāja konti vai autentifikācija, visiem spēlētājiem ir vienlīdzīga piekļuve spēles funkcijām un saturam no spēles sākuma brīža. /* "Sistēma" lietotājs ir atbildīgs par notikumu apstrādātāju izsaukšanu, kas nepieciešams automātiskai spēles gaitas pārvaldībai. */ Ar lietotājiem saistītās datu plūsmas ir attēlotas sistēmas nultā līmeņa DPD (skat. @fig:dpd-0 att.) #figure( caption: [\0. līmeņa DPD #todo("uzlabot diagrammu")], image("assets/images/dpd/dpd0.svg"), ) == Vispārējie ierobežojumi + Izstrādes vides un tehnoloģijas ierobežojumi: + Programmēšanas valodas un Bevy spēles dzinēja tehniskie ierobežojumi; + Responsivitāte; + Starpplatformu savietojamība: Linux, macOS, Windows un WebAssembly. // + Izplatīšanas un izvietošanas ierobežojumi: // + CI/CD darbplūsma. == Pieņēmumi un atkarības - Tehniskie pieņēmumi: - Spēlētāja ierīcei jāatbilst minimālajām aparatūras prasībām, lai varētu palaist uz Bevy spēles dzinēja balstītas spēles. - ierīcei jāatbalsta OpenGL 3.3 vai WebGL 2.0, lai nodrošinātu pareizu atveidošanu. - tīmekļa spēļu spēlēšanai (WebAssembly versija) pārlūkprogrammai jābūt mūsdienīgai un saderīgai ar WebAssembly. - ekrāna izšķirtspējai jābūt vismaz 800x600 pikseļu, lai spēle būtu optimāla. - Veiktspējas atkarība: - Spēle ir atkarīga no Bevy spēles dzinēja (0.14 vai jaunāka versija). - Veiksmīga kompilēšana un izvietošana ir atkarīga no CI/CD darbplūsmai saderības ar: - Linux kompilācijām; - macOS kompilācijām; - Windows kompilācijām; - WebAssembly kompilāciju. - Izplatīšanas atkarības: - Pastāvīga #link("http://itch.io/")[itch.io] platformas pieejamība spēļu izplatīšanai. - CI/CD darbplūsmai nepieciešamo kompilēšanas rīku un atkarību uzturēšana. - Izstrādes atkarības: - Rust programmēšanas valoda (stabilā versija); - Cargo pakešu pārvaldnieks; - Nepieciešamie Bevy spraudņi un atkarības, kā norādīts projekta Cargo.toml failā. - Lietotāja vides pieņēmumi: - Spēlētājiem ir pamata izpratne par labirinta navigāciju un mīklu risināšanas koncepcijām. - Lietotāji var piekļūt un lejupielādēt spēles no #link("http://itch.io/")[itch.io] platformas. - Spēlētājiem ir ievadierīces (tastatūra/pele), ar kurām kontrolēt spēli. = Programmatūras prasību specifikācija == Funkcionālās prasības \1. līmeņa datu plūsmas diagramma (skat. @fig:dpd-1 att.) ilustrē galvenos procesus spēles "Maze Ascension" sistēmā. Diagrammā attēloti septiņi galvenie procesi: ievades apstrādātājs, spēles stāvokļa pārvaldnieks, labirinta ģenerators, spēlētāja modulis, spēles līmeņu pārvaldnieks, atveidošanas jeb renderēšanas un skaņas jeb audio moduļi. Šie procesi mijiedarbojas ar vienu datu krātuvi -- operatīvo atmiņu (RAM) -- un vienu ārējo lietotāju -- spēlētājs. Ievades apstrādes modulis uztver un apstrādā spēlētāja ievades datus. Spēles stāvokļa modulis pārrauga vispārējo spēles stāvokli. Labirinta ģeneratora modulis izveido un pārvalda labirinta struktūras. Spēlētāja modulis apstrādā visas ar spēlētāju saistītās kustības, sadursmes un papildspēju mijiedarbības. Spēles līmeņu pārvaldnieks kontrolē līmeņu virzību un stāvokli. Renderēšanas un audio moduļi pārvalda attiecīgi vizuālo un audio izvadi. // Visas datu plūsmas starp procesiem tiek nodrošinātas, izmantojot operatīvo // atmiņu, ievērojot atbilstošas datu plūsmas diagrammas konvencijas. Šī // arhitektūra nodrošina efektīvu datu pārvaldību un skaidru interešu nodalīšanu // starp dažādām spēles sastāvdaļām. #figure( caption: [\1. līmeņa DPD #todo("uzlabot diagrammu")], image("assets/images/dpd/dpd1.svg"), ) === Funkciju sadalījums moduļos Tabulā @tbl:function-modules ir sniegts visaptverošs spēles funkcionalitātes sadalījums pa tās galvenajiem moduļiem. Katram modulim ir noteikti konkrēti pienākumi, un tas ietver funkcijas, kas veicina kopējo spēles sistēmu. #figure( caption: "Funkciju sadalījums pa moduļiem", kind: table, tablex( columns: (auto, 1fr, auto), /* --- header --- */ [*Modulis*], [*Funkcija*], [*Identifikators*], /* -------------- */ rowspanx(3)[Ievades apstrādes modulis], [Ievades notikumu apstrāde], [], [Ievades stāvokļa atjaunināšana], [], [Ievades validācija], [], rowspanx(4)[Spēles stāvokļa pārvaldības modulis], [Spēļu stāvokļa pārvaldība], [], [Spēles cilpas pārvaldība], [], [Stāvokļu pāreju apstrāde], [], [Spēles notikumu apstrāde], [], rowspanx(4)[Spēlētāja modulis], [Kustības vadība], [], [Sadursmju apstrāde], [], [Papildsēju pārvaldība], [], [Spēlētāju stāvokļa atjaunināšana], [], rowspanx(1)[Labirinta ģenerēšanas modulis], [Labirinta ģenerēšana], [#link()[LGMF01]], rowspanx(5)[Līmeņu pārvaldības modulis], [Līmeņu ielāde], [], [Progresa izsekošana], [], [Pāreju apstrāde], [], [Stāvokļa saglabāšana], [], [Stāvokļa ielāde], [], rowspanx(4)[Renderēšanas modulis], [Labirinta renderēšana], [], [Spēlētāja renderēšana], [], [Lietotājsaskarnes renderēšana], [], [Vizuālo efektu renderēšana], [], rowspanx(3)[Audio modulis], [Skaņas efektu atskaņošana], [], [Mūzikas pārvaldība], [], [Audio stāvokļu apstrāde], [], ), ) === Ievades apstrādes modulis === Spēles stāvokļa pārvaldības modulis === Spēlētāja modulis === Labirinta ģenerēšanas modulis #function-table( "Labirinta ģenerēšana", "LGMF01", [Izveido sešstūrainu labirintu ar norādītajiem parametriem.], [ + Rādiuss: `u32` -- Labirinta rādiuss. Obligāts parametrs, kas nosaka labirinta izmēru. + Sēkla: `Option` -- Neobligāta sēkla nejaušo skaitļu ģeneratoram. Ja norādīta, nodrošina reproducējamu labirinta ģenerēšanu ar vienādiem parametriem. Ja nav norādīta, tiek izmantota nejauša sēkla. + Sākuma pozīcija: `Option` -- Neobligāta sākotnējā pozīcija labirintā. Ja norādīta, labirinta ģenerēšana sāksies no šīs pozīcijas. Ja nav norādīta, tiek izvēlēta nejauša derīga sākuma pozīcija. // + Ģeneratora tips: `GeneratorType` -- Algoritms, kas tiks izmantots // labirinta ģenerēšanai. Pašlaik pieejams tikai RecursiveBacktracking. ], [ + Validē ievades parametrus: + Pārbauda rādiusa esamību un derīgumu; + Validē sākuma pozīciju, ja tāda norādīta; + Izveido sākotnējo labirinta struktūru: + Inicializē tukšu labirintu ar norādīto rādiusu; + Katrai šūnai iestata sākotnējās (visas) sienas. + Validē stākuma prozīciju, ja tāda norādīta. + Ģenerē labirintu: + Rekursīvi izveido ceļus, noņemot sienas starp šūnām; + Izmanto atpakaļizsekošanu, kad sasniegts strupceļš. ], [ + Jaucējtabulu, kas satur: + Sešstūra koordinātes kā atslēgās; + Sešstūra objekti ar: + Pozīcijas koordinātēm ($x$, $y$); + Sienu konfigurāciju (8-bitu maska). ], [ + Lai izveidotu labirintu, ir jānorāda rādiuss. + Sākuma pozīcija ir ārpus labirinta robežām. + Neizdevās izveidot labirintu. ], ) === Līmeņu pārvaldības modulis === Renderēšanas modulis === Audio modulis == Nefunkcionālās prasības === Veiktspējas prasības Uz sistēmas veiktspēju ir sekojošas prasības: - Labirinta ģenerēšana: Jebkura izmēra labirintam jātiek uzģenerētam ātrāk par 1 sekundi. - Spēles ielāde: Spēlei jāstartējas ātrāk par 3 sekundēm. - Kadru ātrums: Spēlei jādarbojas ar vismaz 60 kadriem sekundē. - Ievades apstrāde: Spēlētāja kustībām jātiek apstrādātām bez manāmas aizkaves ($<16$ms). === Uzticamība Uz sistēmas uzticamību ir sekojošas prasības: - Kļūdu apstrāde: spēlei jāapstrādā kļūdas graciozi, bez sistēmas atteicēm. - Saglabāšana: spēles progresam jātiek automātiski saglabātam pēc katra līmeņa. - Atjaunošanās: spēlei jāspēj atjaunoties pēc negaidītas aizvēršanas. === Atribūti ==== Izmantojamība Uz sistēmas izmantojamību ir sekojošas prasības: - $90%$ jaunu lietotāju jāspēj lietot visas tiem pieejamās funkcijas bez palīdzības. - Teksta fonta izmēram datoru ekrāniem jābūt vismaz 14 pikseļiem, labas salasāmības nodrošināšanai. ==== Drošība Uz drošību risinājumiem ir sekojošas prasības: - Spēles pirmkods ir iekļauts kopā ar izpildāmo bināro failu; - Spēle nemodificē un nelasa lietotāja vai operētājsistēmas failus, izņemot izmantoto bibliotēku failus. ==== Uzturamība Pret sistēmas izstrādājamo programmatūras uzturamību tiek izvirzītas sekojošās prasības: - API dokumentācijas pārklājumam jābūt vismaz 80%. - Koda testēšanas pārklājumam jābūt vismaz 70%. ==== Pārnesamība - Platformas: spēlei jādarbojas uz 64 bitu Windows, Linux un macOS. - Prasības: spēlei jādarbojas uz datora ar vismaz: - 4GB operatīvo atmiņa (RAM); - Integrēto grafisko karti; - Divu-kodolu procesoru. === Paplašināmība - Labirinta ģenerēšana: jābūt iespējai viegli pievienot jaunus ģenerēšanas algoritmus, - Līmeņu dizains: jābūt iespējai viegli pievienot jaunus līmeņus. - Papildinājumi: koda arhitektūrai jāatbalsta jaunu funkciju pievienošana. === Ārējās saskarnes prasības = Programmatūras projektējuma apraksts == Daļējs funkciju projektējums /* Apraksta svarīgākās, sarežģītākās funkcijas vai sistēmas darbības aspektus; * obligāti jālieto vismaz 4 dažādi diagrammu veidi, izņemot DPD un lietošanas * piemēru (use case) diagrammas */ == Izmantotās bibliotēkas == Daļējs lietotāju saskarņu projektējums /* 5-7 lietotāja saskarnes un to apraksts */ = Testēšanas dokumentācija == Dinamiskā programmatūras testēšana === Manuālā integrācijas testēšana === Automatizēti testi == Statiskā programmatūras testēšana = Programmas projekta organizācija = Kvalitātes nodrošināšana PPS ir izstrādāta, ievērojot LVS 68:1996 standarta "Programmatūras prasību specifikācijas ceļvedis"@lvs_68 un LVS 72:1996 standarta "Ieteicamā prakse programmatūras projektējuma aprakstīšanai"@lvs_72 standarta prasības. // Programmatūras projektējuma aprakstā iekļautās // aktivitāšu diagrammas ir izstrādātas, ievērojot UML 2.5 versijas // specifikāciju@omg-uml. = Konfigurācijas pārvaldība Pirmkods tiek pārvaldīts, izmantojot "git"@git versiju kontroles sistēmu. Repozitorijs tiek izvietots platformā "GitHub". Rīku konfigurācija ir definēta vairākos failos: - "justfile#footnote[https://github.com/casey/just]" -- satur atkļūdošanas un piegādes komandas dažādām vidēm: - atkļūdošanas kompilācijas ar iespējotu pilnu atpakaļsekošanu; - piegādes kompilācijas ar iespējotu optimizāciju. - "GitHub Actions" darbplūsmas, kas apstrādā: - koda kvalitātes pārbaudes (vienībtesti, statiskie testi, formatēšana, dokumentācijas izveide). - kompilācijas un izvietotošanas darbplūsma, kas: - izveido Windows, Linux, macOS un WebAssembly versijas; - publicē bināros failus GitHub platformā; - izvieto tīmekļa versiju #link("http://itch.io/")[itch.io] platformā. #indent-par[Versiju kontrole notiek pēc semantiskās versiju@sem_ver atlases (MAJOR.MINOR.PATCH): ] + MAJOR -- galvenā versija, nesaderīgas izmaiņas, būtiskas koda izmaiņas. + MINOR -- atpakaļsaderīgas funkcionalitātes papildinājumi. + PATCH -- ar iepriekšējo versiju saderīgu kļūdu labojumi. = Darbietilpības novērtējums = Secinājumi #bibliography( title: "Izmantotā literatūra un avoti", "bibliography.yml", ) #heading("Pielikumi", numbering: none) // #include "doc.typ" // #pagebreak() // #total-words words