¿Qué Implica Desarrollar Tu Propio Motor de Videojuegos?

El game engine es un software que permite a los desarrolladores crear videojuegos y simulaciones. Os contamos las ventajas de hacerlo y qué 6 habilidades aprendemos por el camino.

Actualmente muchos videojuegos se crean usando motores de terceros, como Unity o Unreal. Pero crear tu propio game engine te permite conocer de primera mano las tecnologías que hacen posible los videojuegos y otro tipo de simulaciones interactivas utilizadas en muchas industrias.

Este tipo de tecnologías incluyen el renderizado de gráficos (la capacidad de representar gráficos y entornos en 2D o 3D), la simulación de físicas, la inteligencia artificial, la detección de colisiones, la administración de memoria y más.

Cada cuatrimestre académico el alumnado de DigiPen trabaja de forma conjunta en equipos multidisciplinares para desarrollar un videojuego o una simulación interactiva de calidad profesional. Para ello el alumnado de segundo curso crea un motor de videojuegos desde cero.

Puedes ver en un vistazo rápido lo que implica construir estos motores personalizados. También destacaremos otros campos y aplicaciones en los que se pueden utilizar las mismas habilidades más allá de los videojuegos.

1. Aprender un lenguaje de programación

En DigiPen (Europe-Bilbao), el alumnado de Ingeniería Informática aprende a programar en C/C++ desde su primer cuatrimestre en el campus. C/C++ es un lenguaje de programación popular para motores de videojuegos, ya que permite un control total sobre los recursos de memoria disponibles y su administración. La gestión cuidadosa de la memoria es especialmente importante para optimizar el rendimiento del exigente software que necesitan los videojuegos y las simulaciones en tiempo real.

A modo de ejemplo, este lenguaje de programación se utiliza en una amplia gama de sectores profesionales, tales como:

• Industria automotriz
  • Algoritmos de conducción autónoma
  • Programación de la unidad de control del motor (ECU)
  • Sensores de visión y reconocimiento de imagen
• Inteligencia artificial (IA) y aprendizaje automático
  • Simulaciones de coches
  • Simulaciones médicas
  • Simulación de fenómenos naturales
• Robótica
• Realidad virtual
  • Formación médica
  • Entrenamiento militar
  • Simulaciones de vuelo
• Computación en la nube
• Aplicaciones bancarias
• Desarrollo de software
  • Aplicaciones basadas en interfaz gráfica de usuario (GUI)
  • Sistemas operativos (Mac OS y Microsoft Windows)
  • Navegadores (Firefox, Google Chrome)

Por lo tanto, es esencial que el alumnado aprenda a construir sus primeros motores de videojuegos en C/C++ para comprender mejor los conceptos de programación de bajo nivel necesarios para construir software de alto rendimiento.

Los estudiantes comienzan escribiendo código usando nada más que un compilador C/C++ y un bloc de notas. Una vez familiarizados con los fundamentos, aprenden a programar utilizando un paquete de software de entorno de desarrollo integrado (IDE) como Microsoft Visual Studio.

2. Gestión de datos

Comprender cómo ordenar y administrar los datos determina la eficiencia con la que se puede organizar y procesar la información. Esto incluye aprender a implementar los sistemas, flujos lógicos, estructuras de datos y algoritmos.

3. Gráficos por ordenador

Una vez que el alumnado ha aprendido cómo organizar datos de manera eficiente, el siguiente paso consiste en aprender cómo representar de manera efectiva la información en una pantalla (renderizado) en forma de imágenes. Los módulos de gráficos por ordenador se enfocan en el proceso de convertir la representación matemática de objetos en gráficos 2D y 3D interactivos y realistas, que son los que vemos cuando jugamos a un videojuego o utilizamos una simulación. El alumnado también aprende a cómo trabajar con unidades de procesamiento de gráficos (GPU) para representar rápidamente imágenes en la pantalla de un dispositivo.

Las habilidades adquiridas en el campo de los gráficos por ordenador, tienen múltiples aplicaciones más allá de los videojuegos, entre otros ejemplos:

• Arte Digital
  • Imágenes para anuncios publicitarios
  • Creación de Dibujos animados
  • Diseños de Marca y Branding
• Dibujo asistido por ordenador
  • Diseño de edificios
  • Diseño de automóviles
• Procesamiento de imágenes
• Entretenimiento
  • Industria del videojuego
  • Industria del cine
  • Efectos especiales

Durante esta etapa, un desarrollador integrará bibliotecas de GPU como OpenGL, DirectX o Vulkan en sus motores de videojuegos. Estas bibliotecas sirven como interfaz para interactuar con el hardware de la GPU, aprovechando su poderosa arquitectura de procesamiento paralelo para producir imágenes renderizadas a velocidades vertiginosas.

Para crear un sistema de gráficos funcional, el alumnado deberá tener un buen conocimiento de los algoritmos de gráficos por ordenador y las técnicas de representación, además de estar familiarizados con una de esas bibliotecas de GPU.

4. Implementar simulaciones físicas, matemáticas y de juego.

Con una sólida infraestructura de administración de datos, el siguiente paso en la creación de un motor personalizado es desarrollar un código que permita que estos datos se actualicen en tiempo real. Esto le da al motor funciones personalizadas que pueden introducir movimiento en el juego o en la simulación para que cobren vida y sean veraces. Los ejemplos incluyen el movimiento de los personajes, las técnicas de colisión (para que los elementos del juego respondan correctamente cuando interactúan) y otros sistemas de simulación física como la gravedad.

Desde el punto de vista de un jugador, aquí es donde puede comenzar a ver personajes y objetos moviéndose e interactuando entre sí en función de cómo se controlan. Todo esto es posible gracias a los complejos sistemas matemáticos y de reglas programadas en el motor.

Las simulaciones en tiempo real se pueden utilizar en una gran variedad de campos más allá de los videojuegos, por ejemplo:

• Simulación de del tiempo atmosférico
• Biología
• Simulaciones de ingeniería
  • Mecatrónica
  • Reacciones químicas
  • Simulaciones de energía eléctrica
  • Mecánica de fluidos
  • Método de elementos finitos (FEM)

5. Sistemas y lógicas de juego

Para mejorar el motor, los estudiantes también aprenden a crear herramientas fáciles de usar para que trabajen los miembros de su equipo. Estas pueden incluir editores de niveles para diseñadores o funciones que permitan a los miembros del equipo importar archivos desde otros programas, por ejemplo, recursos artísticos. La actualización de un programa de simulación a un motor de videojuego multifuncional depende de las necesidades y de os requisitos del proyecto.

Al final de esta etapa, el equipo debe tener un motor viable que pueda soportar un videojuego o una simulación interactiva completamente funcional y operativa. Como hemos visto en el apartado anterior, este motor se podrá aplicar a cualquier tipo de sector de actividad, además del de los videojuegos.

6. Eficiencia y optimización

Finalmente, este último paso es donde los desarrolladores pueden corregir errores y problemas para garantizar la estabilidad del software, ahora que tienen un proyecto en funcionamiento y disponible para testar. Este es un buen momento para optimizar el código del motor y mejorar el rendimiento del videojuego o de la simulación. Dado que estos proyectos deben ejecutarse sin errores para disfrutar de una buena experiencia de usuario, los desarrolladores deben optimizar el motor para garantizar que el videojuego se pueda jugar a una frecuencia de actualización estándar de 60 fotogramas por segundo.

Como se puede ver, construir desde cero un motor de videojuego personalizado no es una tarea fácil. Hacerlo generalmente conlleva dos cuatrimestres académicos. El primero se dedica a la construcción del motor, su interfaz y a la creación de un prototipo del proyecto. Durante el segundo cuatrimestre, una vez que se han implementado todas las funciones y se han importado los activos al videojuego o a la simulación, el alumnado se centra en pulir y optimizar el software. Al finalizar el grado, el alumnado se convierte en un competente desarrollador de software habiendo además desarrollado unas sólidas habilidades para resolver problemas complejos.

Estas habilidades de resolución de problemas, de programación y de depuración de errores se pueden aplicar a muchos otros sectores, entre otros:

• Equipamiento electrónico
  • Diseño de chips
• Firmware
• Sistemas para propulsión de trenes
  • Híbridos
  • Motores de combustión
  • Baterías
  • Pilas de combustible
• Inteligencia artificial
• Redes 5G/6G
• Ciberseguridad
• Blockchain
• IoT (Internet de las cosas)
• Innovación social digital