Programação de jogos: main loop

Antes de começar a estudar desenvolvimentos de games ano passado eu não imaginava o que realmente era um jogo, do ponto de vista da programação. Quem está acostumado com a estrutura de um sistema, não consegue imaginar muito bem que tipo de programa é um jogo sem estudar sua estrutura básica.

Basicamente, um jogo é um programa em loop infinito. Fiquei surpreso nas primeiras aulas da pós-graduação quando percebi isso. Independente do tipo do jogo, todos têm isso em comum, chamado de Main Loop ou Game Loop, que é responsável por controlar tudo no jogo.

A principal responsabilidade do Main Loop é receber entradas, atualizar o status do jogo e produzir saídas correspondentes, tudo isso em um ciclo contínuo, praticamente infinito. Neste ponto existe uma diferença entre o Main Loop de um jogo de PC e um jogo de console: no PC o Main Loop é finalizado quando o jogar fecha o jogo; em alguns Consoles o Main Loop é praticamente infinito, pois não existe um “sair do jogo”; em Consoles como o Nintendo Wii, é possível sair do jogo e voltar para a tela inicial do Wii, finalizando o Main Loop do jogo.

Outra responsabilidade do Main Loop, que muitos iniciantes esquecem, é o Frame Rate. A taxa de quadros por segundo em que o jogo roda é importante por que sem este tipo de controle o jogo não fica sincronizado. Em alguns casos, o Frame Rate é escondido do programador e utiliza um valor default, como no XNA. Em outros, ele é obrigatório para o jogo rodar, como na SDL.

O Frame Rate pode ser definido com um número que o programa deve esperar até executar o Main Loop novamente. Porém, não é simplesmente fazendo isso que o programa irá executar aquele mesmo rate sempre. Dependendo do consumo de processamento e memória, um loop pode ser mais lento do que outro, e utilizando um número fixo, o rate sempre será diferente, provocando lags para o jogador.

Uma solução para este problema é descontar do Frame Rate o tempo em o Main Loop gastou em sua execução, assim, o jogo rodará sempre no mesmo frame. Por exemplo: se o Frame Rate é 30, e o Main Loop gastou 3, o programa deve aguardar 27 (30 – 3) para executar novamente o Main Loop. Sem este controle, o programa iria aguardar 33 (30 + 3) para ser executado novamente, lembrando que o tempo do Main Loop pode variar sempre e o Frame Rate é uma constante. O diagrama abaixo ilustra o funcionamento do Main Loop Fixed Rate:

O que escrevi neste post é algo que considero bem básico para a programação de um game, e acho que pode ser muito útil para iniciantes. Apesar de ser básico, a partir disso é possível procurar mais informações na internet, ou perguntar aqui mesmo qualquer dúvida sobre o assunto.