на каком языке написаны игры для денди

Как воплотить в жизнь мечту детства и запрограммировать что-нибудь для Dendy

Для меня Dendy всегда была чем-то большим, чем просто приставкой. Я не только играл в неё, но и значительное время провёл внутри неё с паяльником в руках для некоторых простых модификаций. По дороге куда-нибудь я часто размышлял о том, как же создаются эти игры и как это работает внутри. Наверняка, многие из вас когда-то задавались подобными вопросами, такова уж натура будущих IT-шников.

Прошли годы. С некоторой периодичностью погружался в эму-тему, изучая всё новое на тематических сайтах, но я не решался окунуться в изучение ассемблера 6502 и архитектуры NES. Внутренний конфликт рационального и иррационального. Я долго убеждал себя, что мне не нужно тратить на это время, но… сорвался. Глядя на то, какие интересные вещи делают энтузиасты эму-сцены, я взялся за свою давнюю идею со светлой мыслью: «Я тоже смогу!». Две недели пролетели незаметно, я еле смог остановить себя. И да, теперь я знаком с ассемблером без команд умножения, о чём раньше только слышал в песне о программистской молодости.

Очень вероятно, что сейчас вы вспомнили свой первый картридж для Dendy и меню с романтическим сюжетом и приятной музыкой. На таких картриджах никогда не было «серьёзных» игр, и не глядя на громкие надписи типа 9999-in-1, их обычно было что-то около пяти. Но это меню… Разве это не шедевр китайской мысли? 🙂 Мне с детства нравилась эта мелодия (Unchained Melody), а фоновые изображения сейчас навевают кучу ностальгических воспоминаний. Поэтому я взял IDA и дизассемблировал меню 300-in-1, вырезал всё лишнее, исправил ошибки, добавил фейдинг да немного приятных мелочей — и получилась демка Unchained Nostalgia (для запуска нужен эмулятор, например, Nestopia), есть запись на YouTube.

Хотите также окунуться в олдскульное программирование? Делюсь самым полезным и интересным, что я нашёл по теме.

Архитектура, программирование и отладка

Раньше для процессора 6502 писали только на ассемблере, выбор инструментов был маленьким, документации было немного и поведение железа было плохо изучено. Сегодня же таких проблем нет. В последние годы были даже разработаны библиотеки для C и полноценные игры на них, которые при этом быстро работают на скромном железе NES.

Современные разработки для NES

Если кто-то считает, что NES — мёртвая платформа, тот ошибается 🙂 Достаточно регулярно выпускаются новые игры и демки. Понятно, что это не массовый рынок, и здесь крутятся, в основном, энтузиасты, но тем не менее… Различных релизов выходит достаточно много, я поделюсь самым интересным и забавным из того, что нашёл сам.

Тематические сайты

Зачем всё это?

Если вы задаётесь этим вопросом, может быть это и не для вас. Но на самом деле это очень интересное и увлекательное занятие. Если у вас любимой приставкой была не Dendy, то может быть вам будет интереснее сделать что-то, например, для Sega Mega Drive. Вперёд! И обязательно расскажите о том, что у вас получилось.

Источник

Игры для NES/Famicom/Денди глазами программиста

Это пост про ограничения старых видеоигр. Сам я под NES никогда не программировал, но с архитектурой поверхностно познакомился. Теперь я не могу играть в игры для NES, не задумываясь, как же они устроены. Иногда это на столько вызывает восхищение, что невольно забываешь про саму игру. «Чему же там восхищаться?», — скажете вы. Да просто укладываться во все ограничения NES, но при этом делать игру красивой, — это действительно целое искусство.

Сейчас я постараюсь рассказать об этом вам, максимально всё упростив.

На NES всё отображаемое на экране делится на спрайты и фон. Спрайты — это объекты, которые двигаются по экрану. Как правило, это непосредственно ваш герой и враги. Иногда это ещё какие-то предметы, но тут всё уже сильно зависит от игры. Фон — это собственно то, что находится позади. И у спрайтов, и у фона есть уйма ограничений.

Фон на NES делится на квадраты размером 8 на 8 пикселей, которые называются тайлами. Итого таких квадратов 30 в высоту и 32 в ширину. При этом фон может плавно двигаться горизонтально и/или вертикально.

Во многих играх, особенно старых, можно заметить, что игра состоит из таких повторяющихся квадратов. Вспомните Super Mario Bros., Bomberman или Battle City. Дело в том, что в память NES можно загрузить одновременно весьма ограниченное количество таких рисунков, поэтому приходилось использовать одни и те же повторно.

Помимо этого существенные ограничения накладывались на цвета. Всего NES может отображать около 53-55 цветов, учитывая повторяющиеся и похожие. По тем временам это было не так уж мало, но всё не так просто. Используются такие штуки, как палитры:

Это может быть не так просто понять с первого раза. Попробую объяснить на пальцах. Взгляните ещё раз на картинку выше. Каждый квадратик раскрашен не более, чем в четыре цвета. При этом они делятся на три типа: чёрно-бело-голубые, черно-зелёно-голубые, чёрно-коричневые. Возможно, что используется и четвёртый, но я не заметил.

Цвет помеченный звёздочкой постоянно меняется, так монетки и вопросики мерцают. Да, монетки — это часть фона. И именно поэтому облака и кусты — это один и тот же рисунок: тайл один, палитра выбрана разная. Сэкономили немного памяти, но ведь совсем незаметно с первого взгляда.

Как я уже говорил, фон может двигаться. Для этого обычно используется мирроринг, но в эти подробности я вдаваться не буду. При этом есть возможность разделить экран на две части и двигать их отдельно друг от друга, именно так обычно делается неподвижная строка с информацией о жизнях, здоровье, очках и прочем.

Спрайты

Если вы разобрались с ограничениями фона, со спрайтами всё будет легко. Суть в том, что это движущиеся на экране объекты размером 8×8 или 8×16 пикселей. Причём они все одновременно должны быть либо 8×8, либо 8×16, что накладывает несколько других ограничений. В лучшем случае (зависит от размера) всего их может быть аж 64, но на одной строке может отображаться не более восьми, даже если соответствующая область спрайта прозрачная, поэтому слишком много подвижных объектов не сделаешь. Правда, некоторые игры всё-таки делают, заставляя один из спрайтов исчезать на долю секунды, что приводит к неприятному мерцанию. Наверняка многие замечали такое. На цвета наложены примерно те же самые ограничения, что и для фона, но для спрайтов даются отдельные четыре палитры, один из цветов при этом считается за прозрачность. То есть получаем всего три цвета + фон…

Луиджи же — это просто Марио с другой палитрой. Обратите внимание — у Марио рукава, глаза, волосы и усы одного цвета. Именно поэтому у Луиджи глаза, волосы и усы стали зелёными.

Как же так получается?

А теперь взгляните на игры для NES, учитывая описанные выше ограничения. Как же так получается, что фон может быть только из 13 цветов, но многие игры запомнились очень красочными? Как же при таких маленьких спрайтах мы сражались с огромными боссами? Игры начинают выглядеть совсем иначе.

Например, Chip and Dale 2:

Всё весьма красочно и разноцветно, при этом разработчики вписываются во все ограничения.

Как только мы доходим до второй половины уровня, появляются новые цвета:

Просто в момент, когда мы переходим в другую локацию, и экран темнеет, в память загружается уже новые палитра и тайлы. Так создаётся впечатление, что игра гораздо более красочная, чем она есть на самом деле: эти самые 13 цветов достаточно часто меняются от уровня к уровню.

Выше я описал, что фон может делиться на две части, которые движутся отдельно. Именно так сделана начальная заставка, где летит дирижабль Толстопуза:

Колючая проволока внизу движется с одной скоростью, фон с другой, сам дирижабль — это спрайт, который движется с третьей скоростью. Так создаётся иллюзия объёма.

Бывают и совсем другие приёмы. Посмотрите внимательно знаменитую заставку Megaman 2:

Окна и выступы — это спрайты, а само здание представляет из себя фон из просто вертикальных линий, движение которых отследить невозможно:

На самом деле здание движется с той же скоростью, что и город на фоне, но это незаметно. При этом за счёт движения окон складывается впечатление, что здание движется всё-таки гораздо быстрее, а это соответственно создаёт ощущение того, что оно ближе.

Кстати, некоторые спросят, почему у самого Мегамена так много цветов? Да просто на самом деле он состоит из нескольких спрайтов: лица и тела, которые накладываются друг на друга:

А теперь подумайте — как же делались большие подвижные боссы, учитывая все ограничения на количество спрайтов? Ответ прост: такие боссы обычно на самом деле являются фоном. Именно поэтому при битве с ними фон зачастую либо чёрный, либо просто одноцветный. Вот пример из тех же Chip and Dale 2:

В первом случае такой фон двигается вертикально, во втором горизонтально. Думаю, что вы и сами вспомните очень много боссов на чёрном фоне.

В некоторых играх вроде Jurassic Park делают ещё хитрее:

Босс — это всё-таки фон, а вот кустики и камни на фоне — это спрайты. То есть всё шиворот навыворот! И да, спрайт может быть позади фона. Именно поэтому когда персонаж проходит через кусты, они иногда просвечивают сквозь него.

Кстати, у этой же игры в заставке надпись «Ocean» большая, движется в разные стороны с разной скоростью, а потом и вовсе отображается волнами:

Тут всё совсем хитро. Игра отслеживает момент, когда на экране телевизора дорисовывается сканлайн (горизонтальная линия), после чего сдвигает фон по горизонтали. Таким образом можно получить эффект вроде горизонтальных волн.

Продолжать можно очень долго. Любая достаточно серьёзная игра напичкана самыми разными такими «фокусами», которые выжимали из NES гораздо больше, чем было задумано изначально. Надо сказать, что многие из этих ограничений можно было снять, установив в картридж с игрой дополнительные чипы. И это весьма активно делали, в итоге картриджи могли весьма сильно отличаться с аппаратной точки зрения, но тогда нужно было не забывать и об итоговой цене производства, поэтому разработчики не очень сильно себя баловали.

Не стоит забывать и про ограниченные звуковые возможности, но это не так наглядно. Скажу лишь то, что для создания приятной музыки при помощи такого железа действительно нужно было обладать музыкальным талантом. Game Boy был уже немного более продвинутым в этом плане и в результате породил целый музыкальный жанр и свою культуру.

Надеюсь, что теперь и вы будете смотреть на игры иначе, задумываясь о том, как же разработчикам пришлось поломать себе голову.

upd: Огромное спасибо товарищу VEG за многие уточнения!

Источник

Как писали игры для приставок: чудеса оптимизации и жёсткий кодинг

Для всех, кто вырос, проходя восьмибитного Марио.

В 1980-х годах, когда приставки только появлялись, вышла NES — Nintendo Entertainment System. В Россию она попала в виде китайского клона «Денди», «Кенги» и прочих, поэтому если у вас была восьмибитная приставка, то это была NES.

У NES было очень мало памяти и очень медленный по нынешним меркам процессор. Эта статья о том, как сделать крутую игру в очень ограниченных условиях.

Та самая приставка, справа пока ещё две кнопки вместо четырёх. Для разбора мы взяли видео из канала Morphcat Games — How we fit an NES game into 40 Kilobytes. Там разработчики повторяют опыт геймдизайнеров прошлого и пишут игру для старого железа. Как обычно, если знаете английский, то лучше посмотрите видео целиком, а если нет — держите наш текстовый вариант.

Почему именно 40 килобайт

В 1980-х объём памяти на цифровых устройствах измеряли в килобайтах, потому что ещё не было таких продвинутых её технологий. В большинстве картриджей для восьмибитных приставок было по 40 килобайт памяти. Для сравнения, это в сто тысяч раз меньше, чем на флешке в 4 гигабайта. Даже эта статья весит больше, чем 40 килобайт, так что по современным меркам этого действительно мало.

Два блока памяти в картриджах, 8 и 32 килобайта, в сумме — 40 килобайт.

Чтобы использовать больше памяти, нужно было идти на всякие ухищрения — ставить расширители памяти или отдельные блоки для работы с несколькими картриджами одновременно. Так как почти ни у кого из геймеров такой роскоши не было, то разработчики использовали только 40 доступных килобайт.

Когда у тебя мало памяти, у тебя мало возможностей: уровни однообразные, враги однообразные, геймплей одинаковый. Но иногда разработчики шли на безумные ухищрения, и в игру получалось запихнуть много «миров», секретов и вариантов геймплея.

Одна из игр, которая взорвала мозг всем в своё время, была та самая «Супер Марио»: в ней было огромное количество разнообразных уровней разной сложности, боссы, секретные уровни и непростой, очень насыщенный геймплей. Были уровни на земле, под землёй, под водой и даже на небе; у героя было несколько режимов — низкий, высокий, в белом комбинезоне. А как вам идея разрушаемого мира? А как вам атаки с воздуха? Короче, «Марио» была безумной, невероятной игрой для своего времени, а всё благодаря оптимизациям.

В видеоролике разработчики поставили себе похожую цель: сделать насыщенную, разнообразную игру с большим количеством уровней, миров и настроений. И они показали, как этого добиться с помощью жёстких оптимизаций.

«Супер Марио» — игра, в которую играл каждый, у кого была приставка.

Логика игры

Чтобы в игру было интереснее играть дольше пяти минут, разработчики поставили такие требования:

Так как у нас ограничения по памяти, всю игру пишут на Ассемблере — это язык, который работает напрямую с процессором. С одной стороны, код Ассемблера исполняется очень быстро; с другой — в нём работа идёт тупо с перекладыванием данных из одной ячейки процессора в другую. Это примерно как готовить суши, работая с индивидуальными рисинками.

Память распределили так:

Персонажи

В игре есть два вида графики: статичный фон и движущиеся предметы — игроки, противники, боссы и выстрелы. Всё, что движется, называется спрайтами. Разработчики делят всю графическую память на две части — одну под спрайты, вторую под фон:

Каждая клеточка — это мини-квадратик 8 на 8 пикселей. В каждом таком квадратике можно что-то нарисовать, но использовать при этом только три цвета. Если объединить несколько квадратиков в один, получится метаспрайт. В нашем случае — персонаж. Приставка может использовать одновременно только 4 вида палитры, поэтому у нас получается 4 цветных главных героя и нераскрашенный злодей. Новое ограничение: на экране одновременно может быть только 8 спрайтов — на большее не хватает памяти. Поэтому для злодея места не остаётся. Можно пойти на хитрость и показывать их быстро-быстро по очереди, но тогда картинка будет мерцать и выглядеть хуже. Разработчики радикально уменьшили размеры героев и злодея до одного спрайта. Теперь они выглядят более условно, зато помещаются на экран. Меньше размер героя — больше свободного места для дизайна злодеев, боссов и спецэффектов. Сейчас в табличке собраны все варианты того, как может выглядеть персонаж в игре — и в прыжках, и на бегу.

Большой босс и оптимизация памяти

Если с персонажем всё стало проще, когда его уменьшили, то с боссом всё немного сложнее. Он большой, занимает много места и у него много анимации. Задача — сделать так, чтобы боссы занимали как можно меньше места в памяти.

Большой босс и все его варианты анимации. Если мы распределим все спрайты по таблице один в один, то у нас быстро закончится место и один кусочек не поместится. Запомните эту картинку как пример неоптимизированной работы с памятью. Для начала разработчики разбили босса горизонтально на три части, и каждая анимируется отдельно. Видно, что анимация причёски состоит из трёх картинок, каждая из которых немного отличается от остальных. Если разбить картинки с причёской на отдельные квадратики, то мы заметим, что у них есть повторяющиеся части. Поэтому достаточно нарисовать одну деталь, а потом использовать её во всех трёх вариантах причёски. Находим оставшиеся одинаковые части и тоже оставляем только одну из них. А вот тут видно, что это один и тот же спрайт, только в зеркальном виде. Компьютеру несложно нарисовать его отражённым, поэтому тоже можно смело оставить только один из них. С последними треугольничками в каждой картинке — то же самое: это отзеркаленные первые спрайты. В итоге вся верхняя часть босса вместе с анимацией поместилась в четырёх спрайтах. Это и есть оптимизация: было 16 спрайтов, стало 4. То же самое делают для средней части. Сейчас она занимает 3 × 8 = 24 спрайта. А сейчас — 7. После полной оптимизации босс занимает всего 21 спрайт. Из этих кусочков собирается итоговый вид босса. Сравните с первоначальным вариантом до оптимизации 🙂

Карта

Для карт у нас столько же памяти, сколько и на спрайты (то есть мало), поэтому разработчики будут действовать так же:

Главная задача на этом этапе — максимальная экономия видеопамяти. Для этого каждый экран с уровнем игры разбивается не на метаплитки 2 × 2, как в примере выше, с персонажем, а на метаметаплитки или суперплитки — 4 × 4 ячейки. Вот для чего это нужно:

Если разбить просто на квадратики 8 × 8, как в памяти, то вся видимая на экране часть уровня займёт 960 байт. Это почти килобайт, и это очень много. Разбивают уровень на метаплитки 16 × 16. Теперь на одну карту нужно 240 байт, чтобы пометить каждую такую метаплитку, но это всё равно много. Уменьшаем дальше. Теперь уровень делится на супербольшие плитки по 16 ячеек в каждой. В итоге для того, чтобы пронумеровать каждую такую суперплитку, нужно всего 60 байт. Уже можно работать. Вот так собираются метаплитки — из четырёх ячеек в памяти. Теперь можно собирать такие метаплитки в виртуальные наборы и каждой присвоить какой-то код. Но и это ещё не всё. Вот теперь получилась суперплитка. Это готовый блок для уровня, и чтобы собрать такое, нужно совсем немного памяти. Коллекция виртуальных суперплиток. С ними можно сделать любые уровни и фоны.

Рисуем карты (и оптимизируем их)

Даже 60 байт на экран, которые у нас получились, — это всё равно очень много, ведь нужно сделать много разных карт, написать логику поведения персонажей и сделать меню, заставки и титры. Каждый байт на счету.

Первый вариант — уменьшить количество памяти для отрисовки карты: сделать их симметричными, что даст нам 30 байт вместо 60. Мы рисуем одну половинку карты, а потом просто отзеркаливаем её. Сравним с картой, которую мы бы хотели получить:

Вроде всё на месте, а выглядит плохо — сразу видна симметрия и доступ наверх закрыт блоками.

И вот тут разработчики делают очередной хитрый ход, который даст им немного дополнительной памяти для графики. Смотрите:

Если вы не знаете, что такое двоичная система счисления, — почитайте нашу статью об этом, а потом вернитесь сюда.

4 суперплитки дают 4 бита. Посмотрим, что можно с ними сделать. Сначала делают симметричный уровень… А затем сдвигают верхнюю полосу вправо по кругу. 1100 — это 12 в десятичной системе счисления, именно столько сдвигов вправо нужно сделать, чтобы получилось как на картинке. То же самое делают с третьей строкой и получают уже приемлемое начало уровня.

Действуя таким образом, разработчики могут менять уровни до неузнаваемости, не затрачивая при этом вообще лишней памяти. Помним, что наш экран — это ещё не весь уровень, сверху нужно нарисовать ещё много раз по столько же.

Добавляем в игру сложный режим

Когда игрок прошёл все уровни, ему можно дать возможность поиграть на повышенной сложности: он уже знает всю игру и может пройти более сложные ловушки и боссов. Например, сложный режим может отличаться дизайном уровней и поведением противников.

Чтобы и этот режим поместился в оставшуюся память, снова используют трюки с памятью и графикой.

Чтобы игрок понял, что начались трудности, просто меняют палитру. Это почти столько же по памяти, но выглядит сложнее. Уровень можно поменять так: берут исходную картинку, накладывают сверху новые детали и получают сложную локацию. В среднем на это уходит по 7 байт на каждый экран.

В чем оптимизация, брат

Источник