Game of Life

Статус сборки

Скриншоты

Пример пользовательского интерфейса.

Пример скрытого пользовательского интерфейса.

Обзор

Game of Life - это визуализация классической игры "Жизнь" Конвея с использованием OpenGL. Проект позволяет пользователям исследовать динамику клеточных автоматов в интерактивной среде, где вы можете вращать, перемещать камеру и взаимодействовать с клетками.

Данный проект расширяет классический клеточный автомат "Жизнь". Клетки существуют на сетке, где их жизнь или смерть в каждом поколении зависит от количества соседних клеток.

Скачать

Чтобы скачать последнюю версию программы, нажмите на следующую ссылку:

Скачать последний релиз

Проект включает в себя:

• Визуализация: Отображение сетки и клеток в трёхмерном пространстве.
• Взаимодействие с пользователем: Управление симуляцией, движение камеры и изменение состояния клеток.
• Рендеринг OpenGL: Использование современных методов OpenGL для достижения высокой производительности.
• Интерфейс пользователя ImGui: Библиотека позволяет легко настраивать и изменять интерфейсы.
• Управление Паттернами: Добавлена возможность загрузки и размещения паттернов из файлов .cells через класс PatternManager, что упрощает добавление новых фигур в игру.
• Многотипные клетки:
  • Игроки могут вручную размещать три основных типа клеток: зелёный (1), красный (2) и синий (3).
  • При рождении новых клеток могут появляться дополнительные типы, зависящие от преобладания соседей:
  • Жёлтый (4) — равенство зелёных и красных соседей.
  • Оранжевый (5) — равенство зелёных и синих соседей.
  • Фиолетовый (6) — равенство красных и синих соседей.
  • Белый (7) — редкий тип, когда все три основных типа соседей равны (зелёный = красный = синий).
• Случайная генерация: Начальная расстановка клеток включает все 7 типов с равной вероятностью, что делает каждую игру уникальной.

Правила игры следующие:

• Начальное состояние: Игра начинается с начальной конфигурации клеток, где некоторые клетки живы, а другие мертвы.
• Соседство: Каждая клетка имеет восемь соседей (клетки, которые находятся непосредственно рядом, включая диагональные).
• Правила обновления: На каждом шаге (или поколении) состояние каждой клетки обновляется в соответствии с следующими правилами:
• Смерть от одиночества: Живая клетка умирает, если у нее меньше двух живых соседей.
• Смерть от перенаселенности: Живая клетка умирает, если у нее больше трех живых соседей.
• Выживание: Живая клетка остается живой, если у нее два или три живых соседа.
• Рождение: Мертвая клетка становится живой, если у нее ровно три живых соседа.
• Поколения: После применения правил ко всем клеткам, создается новое поколение, и процесс повторяется.

Основные функции

• 3D визуализация: Игра отображается в трехмерном пространстве, где клетки представлены на плоскости.
• Реализация на GPU: Для ускорения симуляции используется GPU через OpenGL Compute Shaders.
• • Интерактивное управление:
  • Навигация камеры: Используйте клавиши WSADQE для перемещения камеры.
  • Изменение состояния клеток: Левая кнопка мыши позволяет переключать состояние клеток (живые/мертвые).
• Цветная клеточная сетка: Клетки могут иметь разные цвета в зависимости от их состояния и типа.
• Управление симуляцией:
  • Запуск/остановка: Пробел для управления симуляцией.
  • Пошаговое выполнение: Стрелки вправо для перехода к следующему поколению.
• Рандомизация сетки: Клавиша 'R' для случайного заполнения поля.
• Управление правилами: Реализована возможность динамически менять правила игры:
  • Рождение: Количество живых соседей, необходимое для рождения новой клетки.
  • Выживание: Минимальное и максимальное количество живых соседей, при котором клетка выживает.
  • Перенаселение: Количество живых соседей, при котором клетка умирает от перенаселения.
• Интерфейс пользователя: Используется ImGui для создания пользовательского интерфейса:
  • Управление симуляцией (старт, стоп, следующий шаг).
  • Выбор и размещение паттернов (Glider, Blinker и т.д.).
  • Настройка правил игры через комбобоксы.
• Сетка и визуализация:
  • Возможность переключаться между отображением и скрытием сетки.
  • Поддержка тороидального мира или ограниченного поля.
• Сохранение и загрузка: Механизмы для сохранения и загрузки состояния игры.
• Камера: Реализована навигация по 3D пространству с возможностью перемещения камеры.

Управление

• Пробел: Запуск/остановка симуляции.
• ENTER: Шаг вперёд.
• WSADQE: Перемещение камеры вперед, назад, влево, вправо, вверх, вниз.
• END: Повернуть паттерн в режиме вставки паттернов на 90градусов, клавишами со трелками отризить вертикально или горизонтально (FLIP).
• R: Случайное заполнение поля.
• T: Сброс камеры, чтобы весь игровой мир был виден.
• Y: Сменить тип мира (сетка с ограниченными краями или с тороидальными краями).
• I: Скопировать выделенную область как паттерн для вставки.
• P: Активировать режим вставки паттерна на игровое поле, ESCAPE деактивировать режим вставки паттернов.
• C: Очистка поля, убить все клетки.
• G: Спрятать или показать сетку.
• Колесико мыши: Масштабирование (зум). Чтобы увеличить скорость масштабирования, удерживайте левый Control (Ctrl).
• Правый клик и перетаскивание: Перемещение камеры.
• ЛКМ: Изменение состояния клетки под курсором.
• ЛКМ + SHIFT и перетаскивание: Выделить поле, после чего клавишами INSERT вставить в выделеное место живые клетки, на DELETE удалить живые клетки, ESCAPE снять выделение.
• СКМ (клик колесиком мыши): Добавить фигуру из предустановленных петтернов(шаблонов) или из выбранных файлов.
• Клавиши от 1 до 6 + CTRL: Выбор различных предустановленных паттернов для размещения на поле:
  • 1: Глайдер
  • 2: Мигалка (Blinker)
  • 3: Живок (Toad)
  • 4: Баржа (Beacon)
  • 5: Маятник (Pentadecathlon)
  • 6: Ружьё Госпера (Gosper Glider Gun)
• Клавиши от 1 до 7: Выбор Цвета и типа клетки:
  • 1: синий (type = 1)
  • 2: зелёный (type = 2)
  • 3: голубой (type = 3)
  • 4: красный (type = 4)
  • 5: фиолетовый (type = 5)
  • 6: жёлтый(type = 6)
  • 7: белый(type = 7)

Turbo Mode (Experimental Feature)

• Turbo Mode — это экспериментальный режим симуляции, который превращает вашу "Игру Жизни" в настоящий ускоритель частиц! В этом режиме мы выжимаем максимум из GPU, позволяя выполнять несколько шагов симуляции за один кадр рендеринга. Результат? Скорость симуляции взлетает до небес, но стабильность остаётся под вопросом.
• Как это работает?
  • Включите Turbo Mode через кнопку в окне "Управление симуляцией" (ищите красную кнопку — её сложно пропустить!).
  • Количество шагов симуляции за кадр (Simulation Steps) автоматически подстраивается в зависимости от текущего FPS, пытаясь удерживать рендеринг на частоте вашего монитора (по умолчанию 75 Гц).
  • Чем больше шагов, тем быстрее эволюционирует ваша сетка — но и тем выше нагрузка на систему.
• Предупреждение: Экспериментальная зона!
  • Стабильность: Этот режим нестабилен и зависит от размера сетки, мощности вашего GPU и настроек параметров. На больших сетках (например, 10000×10000) возможны просадки FPS, зависания или странные глюки — от "волн" в скорости симуляции до внезапных "турбо-скачков".
  • По умолчанию: Режим выключен, и игра работает в стандартном стабильном режиме с одной симуляцией на кадр. Включайте Turbo Mode только если готовы к приключениям!
• Почему это круто?
  • На маленьких сетках вы получите молниеносную симуляцию без потери FPS.
  • На больших сетках это как тест на выносливость для вашего GPU — сможете ли вы укротить хаос?
• Как использовать?
  • Откройте окно "Управление симуляцией".
  • Найдите кнопку "Turbo Mode" (красная, как сигнал опасности).
  • Нажмите её, чтобы включить/выключить режим.
  • Наблюдайте, как ваша симуляция либо взлетает, либо эпично падает — зависит от удачи и настроек!
• Примечание: Мы не гарантируем, что ваша видеокарта не начнёт молить о пощаде, а игра — вести себя как космический корабль на автопилоте с пьяным штурманом. Это эксперимент, так что играйте с ним на свой риск и получайте удовольствие от хаоса!

Автопилот в режиме Turbo Mode

Если скорость симуляции то возрастаяет то падает, и идут просадки ФПС, то необходимо увеличить задержку симуляции приблизительно на то число которое указано ниже слайдера так же можно поставить галочку в чекбокс автопилота который будет автоматически подстраивать задержку для выравнивания ФПС

Для разработчиков

Установка

Для настройки и запуска проекта:

1. Необходимые условия:

   • Операционная система Windows
   • Visual Studio версии не ниже 2022 с инструментами для разработки на C++
   • Библиотеки и заголовочные файлы OpenGL. GL.h glu.h opengl32.lib

2. Установка:

git clone --recursive https://github.com/AsuRaHan/GameOfLife3D.git
cd GameOfLife3D
git submodule update --init --recursive

3. Обновление репозитория и подмодулей:
   • Перейдите в вашу директорию проекта

git pull origin main
git submodule update --recursive --remote

4. Сборка:

   • Откройте проект в Visual Studio 2022 или выше.
   • Настройте для разработки на Windows с поддержкой OpenGL.
   • Соберите решение.

5. Сборка через гитхаб

   • Внесите изменение в проект, подготовте релиз.
   • Сделайте git tag.

git tag -a v1.0.0 -m "Версия 1.0.0"
git push origin v1.0.0

6. Запуск:
   • Запустите собранное приложение.
   • Так же можно передать параметры в комендной строке что бы указать размер игрового поля -gridWidth 200 -gridHeight 150 по умолчанию 300x400. так же можно запустить в полноэкранном режиме передав параметр -fullscreen установить разрешение полноэкранного режима -screenResolution 800x600 life.exe -gridWidth 200 -gridHeight 150 -screenResolution 800x600 -fullscreen смотрите пример в run_life.bat

Возможности

• Управление симуляцией:

  • Запуск/Остановка симуляции
  • Пошаговое продвижение по поколениям

• Управление камерой в 3D:

  • Панорамирование, масштабирование

• Управление сеткой:

  • Инициализация сетки случайными клетками
  • Изменение состояния отдельных клеток мышкой

Используемые технологии

• C++ для основной логики и механики игры
• OpenGL для визуализации
• Windows API для управления окнами и обработки событий
• ImGuiI для пользовательского интерфейса

Структура проекта

• ./game: Основная логика игры:

  • Grid.h, Grid.cpp - Управление сеткой
  • GameController.h, GameController.cpp - Управление состоянием игры
  • GPUAutomaton.h, GPUAutomaton.cpp - Клеточный автомат, использующий для расчёта GPU
  • GameStateManager.h, GameStateManager.cpp - Управление загрузкой и сохранением мира
  • PatternManager.h, PatternManager.cpp - Управление загрузкой готовых паттернов

• ./rendering: Код, связанный с рендерингом:

  • Camera.h, Camera.cpp - Камера для 3D вида.
  • CameraController.h, CameraController.cpp - Управление камерой.
  • Renderer.h, Renderer.cpp - Логика рендеринга в OpenGL.
  • UIRenderer.h, UIRenderer.cpp - Отрисовка и работа с GUI окна и меню.
  • SelectionRenderer.h, SelectionRenderer.cpp - Отрисовка линий выделения поля мышкой.
  • GridRenderer.h, GridRenderer.cpp - Отрисовка навигационной координатной сетки.
  • TextureFieldRenderer.h, TextureFieldRenderer.cpp - Отрисовка игрового поля на дальних расстояниях от самого поля, улучшает производительность не влияя на визуальное отображение.
  • CellsViewportRenderer.h, CellsViewportRenderer.cpp - Отрисовка игрового поля на ближних расстояниях от игрового поля, улучшает визуальное отображение.
  • IRendererProvider.h - Проводник для Renderer обеспечивающий обмен данными между разными классами. Это простой интерфейс, паттерн провайдер.

• ./mathematics: Математические утилиты:

  • Matrix4x4.h, Matrix4x4.cpp - Операции с матрицами (на данный момент не используется)
  • Vector3d.h, Vector3d.cpp - Операции с векторами

• ./windowing: Управление окнами и вводом:

  • MainWindow.h, MainWindow.cpp - Создание окна и базовая обработка событий
  • WindowController.h, WindowController.cpp - Обработка событий клавиатуры и мыши
  • GridPicker.h, GridPicker.cpp - Обработка кликов по сетке (игровому полю)

• ./system: Настройка системы, OpenGL и пользовательского ввода:

  • OpenGLInitializer.h, OpenGLInitializer.cpp - Инициализация контекста OpenGL
  • GLFunctions.h, GLFunctions.cpp - Загрузка функций OpenGL (урезанный GLAD)
  • ShaderManager.h, ShaderManager.cpp - Создание компиляция проверка шейдеров (GLSL) OpenGL
  • SettingsManager.h, SettingsManager.cpp - Сохранение и загрузка пользовательских настроек.
  • InputHandler.h, InputHandler.cpp - Обработчик пользовательского ввода (клавиатура мыш).
  • PerformanceStats.h, PerformanceStats.cpp - Собирает статистику. ФПС, колличество симуляций и т.д.
  • InputEvent.h - Сама структура пользовательского ввода.

• main.cpp: Точка входа приложения

Известные проблемы

• Производительность может ухудшаться на очень больших сетках из-за сложности 3D визуализации и вычисления живых и неживых клеток.
• Если устанавливать очень большой мир то требуется довольно продолжительное время для перестроки сетки из за этого игра может зависнуть на некоторое время(зависит от размеров мира)
• Слишком большие миры могут долга загружатся или сохранятся

Будущие улучшения

• Внедрена поддержка различных наборов правил для игры "Жизнь".
• Добавлена функциональность для динамического изменения размера мира.
• Оптимизирован рендеринг для повышения производительности на больших мирах и сложных узорах.
• Реализована загрузка предустановленных узоров из файлов формата .cells, расположенных в папке patterns.
• Улучшено время загрузки и сохранения состояния мира.
• Ускорена перестройка мира при изменении его размеров.
• Оптимизация функций случайного заполнения и полной очистки мира.

От автора

Не стесняйтесь сообщать о любых проблемах или предлагать улучшения!

• Если вы хотите внести свой вклад:
  • Создайте форк репозитория
  • Сделайте изменения в своей копии
  • Отправьте pull request с описанием изменений
• Связаться со мной вы можете в телеграмм
• Собираю донаты тут

Что читал, кем вдохновлялся и где черпал информацию

Это мой первый проект на WinAPI и OpenGL.

• Как работать с OpenGL подглядел тут
• Что такое игра "Жизнь" и про сам клеточный автомат читал тут
• Особая благодарность IT-сообществу моего города

Лицензия

Этот проект находится под лицензией MIT.