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author Ryoma SHINYA <shinya@firefly.cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
date Fri, 01 Oct 2010 20:32:33 +0900
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<title>2010-10-02 (土)   シーングラフとPS3 を使ったゲームプログラミング</title>
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<div class="layout">
<div id="controls"><!-- DO NOT EDIT --></div>
<div id="currentSlide"><!-- DO NOT EDIT --></div>
<div id="header"></div>
<div id="footer">
<h1>2010-10-02 (土)   シーングラフとPS3 を使ったゲームプログラミング</h1>
<h2></h2>
</div>
</div>

<ol class="xoxo presentation">

</li>
<li class="slide">
<h1>シーングラフとPS3 を使った <br> ゲームプログラミング</h1>
<p><pre>   Cerium Task Manager<br>
   Blender / SceneGraph<br>
</pre>
</li>
<li class="slide">
<h1>構成案</h1>
<font size="4">
<p>構成案と言っても、ほぼ去年のやつの改変</p>
<ul>
<li>ゲームの作り方</li>
<ol>
<li>ゲームとはモデルのレンダリングと操作!</li>
<li>うちはレンダリングエンジン自作! ネットワーク通信プロトコルも自作!</li>
</ol>
<li>モデリング　: Blender</li>
<ol>
<li>モデルの作り方</li>
<li>モデル -> XML 変換</li>
</ol>
<li>レンダリング: Cerium</li>
<ol>
<li>レンダリングの実装</li>
<li>Ceriumの話 (PS3, タスクマネージャー)</li>
</ol>
<li>ネットワーク: Linda</ll>
<ol>
<li>Lindaの話</li>
<li>お魚の例題</li>
</ol>
</ul>
</font>
</li>
<li class="slide">
<h1>ゲームの作り方</h1>
<p>ゲームとは: 3Dモデルのレンダリング & 操作</p>
<img src="photo/cerium_sg_tree.jpg" alt="sg" >
<li class="slide">
<h1>Blender から SceneGraph 用の xml 生成</h1>
PythonScript の導入<br>
<p><ol><br>
<li> Blender をダウンロードしてインストール</li><br>
<li> export_xml.py を用意する</li><br>
<li>"/Applications/blender-version/blender.app/Contens/MacOS/.blender/scripts<br>
"<br>
<pre> 以下にexport_xml.py をコピー</li><br>
</pre>
<li>Blender を起動すると File -> Export に Libps3 (.xml) が追加される</li><br>
</ol><br>
<p>ゲームの初期化部分でcrateFromXMLfileを呼ぶ<br>
<font size="4"><pre><br>
void<br>
game_init(TaskManager *manager, int bg)<br>
{<br>
<pre>   sgroot->createFromXMLfile(manager, "xml_file/SG.xml");<br>
</pre>
...<br>
</pre></font><br>
<p></li>
<li class="slide">
<h1>PlayStation3 と Cell</h1>
<p>
<ul>
  <li>Video Chip を 操作することができないので、SPEを用いてレンダリングしている。</li><br>
  <li>しかし現在、新型PlayStation3は開発用に使うことができない。</li><br>
  <li>PlayStation3 のファームウェアアップデートによって、公式でPS3Linuxをサポートしなくなった。</li><br>
などの問題が起きている。
</ul>
</p>
</li>

<li class="slide">
<h1>Cell Architecture</h1>
<center>
<img width="500", height="300", src="photo/Cell-main2.png" alt="pipeline" height="200"><br>
</center>
<br>
<ul>
<ul>
  <li>Linux 側から使える SPE は <font color="red">6</font> 個</li><br>
  <li>SPE は <font color="red">256KB</font> の Local Store (LS) </li><br>
  <li>SPE からメインメモリへ直接アクセスできない (DMAを使う)</li><br>
  <li>SPE は 128 ビットレジスタを 128 個持っている</li><br>
</ul>
</ul>
</li>

<li class="slide">
<h1>並列プログラムとは</h1>
<ul>
  <li>取るに足らないようなプログラムでも並列に実行する必要がある。</li><br>
  <li>PPEがとても遅いので、SPEで実行するべきである。</li><br>
  <li>例えば、<font color="orange">Word count</font> </li><br>
</ul>
</li>

<li class="slide">
<h1>プログラムを Task に分割</h1>
<p>Task には依存関係がある（整合性を保つために）<br>
<p><font color="orange">Open/CL , Spurs Engine </font><br>
<p>
</li>

<li class="slide">
<h1>並列性</h1>
<p>並列度を維持するには</p>
<ul>
  <li><font color="blue">データ並列</font></li>
  <li><font color="blue">パイプライン</font></li><br>
</ul>
の２つを考慮しなければならない。
</li>

<li class="slide">
<h1>階層的並列プログラミング</h1>
<ul>
  <li><font color="red">Row Level</font> での並列性</li>
  <ul>
    <li>Vector (データ並列)</li>
    <li>Streaming (パイプライン)</li>
  </ul>
<br>
  <li><font color="red">SPE Level</font> での並列性</li>
  <p>データの読み込み、実行、書き込みのパイプライン</p>
<br>
  <li><font color="red">High Level</font> での並列性</li>
  <ul>
    <li>Rendering</li>
    <li>SceneGraph</li>
  </ul>
</ul>
</li>

<li class="slide">
<h1> データ読み込み、 実行、データ書込 </h1>
<center>
<img width="1000", height="500", src="photo/pipeline.jpg" alt="pipeline" height="300">
<br><br>
パイプラインバッファはいくつ?
</center>
</li>

<li class="slide">
<h1>Cerium Task Manager</h1>
<p></p>
<ul>
  <li>Open/GL Mesa に Cell driver を書いたが、メインメモリに依存しすぎていたため、動作が遅くなってしまった。</li>
  <li>Task base で書く必要がある。</li>
  <li>Video Chip が公開されていないので、Rendering Engine も用意すべき</li>
  <li>SPE の Local Store は 256KB なので、コードの管理も必要</li>
</ul>
<br>
このような経緯で、Cell Task Manager を作成することになった。
</li>

<li class="slide">
<h1>Cerium Task Manager の特徴</h1>

<pre>       PPU/SPUで、Task の互換性がある<br>
          SPU上の最適化は当面禁止<br>
       OS X 上でも動く<br>
          コードのデバッグはOS X 上でやる<br>
          並列化とチューニングだけPS3上で行なう<br>
       SPU上のメモリをCode と Data を Hash とメモリリストで管理する<br>
       SPUに入り切らない巨大なTaskでも実行できる<br>
</pre>
</li>
<li class="slide">
<h1>SceneGraph</h1>
<pre>       階層化された3Dオブジェクト<br>
       子供の向きを決定する変換行列<br>
       Camera<br>
       背景<br>
       入力デバイス<br>
</pre>
SceneGraph のノードには、<br>
<pre>       MoveTask<br>
       Collision Task <br>
       がある<br>
</pre>
</li>
<li class="slide">
<h1>ゲームとは、</h1>
<p><pre>       SceneGraph を<br>
         MoveTask<br>
         CollsionTask<br>
      で書き換えていく<br>
         MoveTask, CollsionTask は、ステートパターンで<br>
         入れ換えられる<br>
</pre>
これで、すべて書ける。<br>
<p></li>
<li class="slide">
<h1>つまり、</h1>
<pre>    SceneGraph の構築<br>
    MoveTask<br>
    CollsionTask<br>
</pre>
だけを書けば、あとは、Cell が自動的に並列に実行してくれる<br>
<p></li>
<li class="slide">
<h1>Task の作り方</h1>
SchedTask を継承した class を作る<br>
<pre><br>
class SpeTask : public SchedTask {<br>
<pre>    SchedConstructor( SpeTask );<br>
    int run(TaskManager *manager, void *rbuf, void *wbuf);<br>
</pre>
};<br>
</pre><br>
<p>run 関数は Task における main 関数のようなもの<br>
SchedConstructor() で class 名を登録する<br>
(C++のnew を使うとメモリを食われる...)<br>
<p>SchedRegisterTask(TASK_SPE, SpeTask) で SpeTask に TASK_SPE という ID をつけて<br>
登録します<br>
<p></li>
<li class="slide">
<h1>Task の作り方(Con't)</h1>
<pre><br>
/* 先ほど登録した ID を指定して Task を生成 */<br>
HTaskPtr task = manager->create_task(TASK_SPE);<br>
<p>/* 入出力先の指定 */<br>
task->add_inData(rbuff, rbuff_SIZE);<br>
task->add_outData(wbuff, wbuff_SIZE);<br>
<p>/* CPU の指定 */<br>
task->set_cpu(SPE_ANY);<br>
<p>/* Task の投入 */<br>
task->spawn();<br>
</pre><br>
<p></li>
<li class="slide">
<h1>Task の作り方(Con't)</h1>
Task は依存関係を記述する事ができる<br>
<pre><br>
/* taskB は taskA が終わるまで待つ */<br>
taskB->wait_for(taskA);<br>
<p>/* taskC は taskB が終わるまで待つ */<br>
taskC->wait_for(taskB);<br>
</pre><br>
<p></li>
<li class="slide">
<h1>並列アーキテクチャは並列でないと...</h1>
特に、Cell/PS3 は、SPUで実行しないとだめ<br>
<pre>     既存のプログラミングでは、まったく歯が立たない<br>
</pre>
トリビアルなプログラムでも、並列にする必要がある<br>
<p></li>
<li class="slide">
<h1>やってはいけないこと</h1>
<pre>      最初に大量のTaskをすべて作る<br>
      Task が自分でデータを拾って来る<br>
      Task 同士が、同期を行なう<br>
</pre>
</li>
<li class="slide">
<h1>Cerium Engine での同期</h1>
<p><pre>      Task 内では同期はしない<br>
      Local Storage/専有したメインメモリしか使わない<br>
      Task が終了した時に、Single Thread で動いているPPE<br>
      がデータの整理/同期を行なう<br>
      Task 側では、Task の生成は行なわない<br>
      Task の post_func (continuation) で、Taskを生成する<br>
</pre>
</li>
<li class="slide">
<h1>SPE Task, PPE Task</h1>
<pre>      Task 内で生成しても即座には実行されない<br>
      Task 終了時に、SPEに送る Task List が作られる<br>
      Task List のアドレスがSPEにメールされる<br>
      SPEがメールを見て、Task List を読み込み実行する<br>
      Task List の読み込みとSPEのTaskの実行は並列<br>
      Task List がなくなる(なくなりそうになると)と、<br>
           PPEにメールで要求する<br>
</pre>
PPE Task<br>
<pre>      SPE Task と互換。メインメモリを自由に参照できる<br>
</pre>
</li>
<li class="slide">
<h1>Fifo TaskManager</h1>
<p>全部、同じCPU上で実行する。<br>
<p>OS X 上で動作する (Linux でも)<br>
<p>デバッグ用<br>
<p></li>
<li class="slide">
<h1>MemList と Hash</h1>
<pre>      get_segment/put_segment/wait_segement<br>
      明示的にキャッシュ制御する必要がある<br>
</pre>
特に、<br>
<p>Dynamic SPE Task<br>
<pre>      SPE上に常駐しないTask<br>
      MemList と Hash で管理されている<br>
</pre>
256K (GBAと同じ!?) しかメモリがないので重要<br>
<p></li>
<li class="slide">
<h1>SPU上でのコード管理</h1>
<pre>       GCCのOverlayを使う <br>
       Overlay では、異なる場所にコードを置けない<br>
         部分的にPICではなく、絶対参照に変更する<br>
       自分自身へは相対参照。ライブラリへは絶対参照<br>
       Perl Script で書き換える<br>
</pre>
</li>
<li class="slide">
<h1>Task list</h1>
<p><pre>       task_list にオブジェクト生成するコードを入れる<br>
       オブジェクトが生成されてしまえば、普通に扱える<br>
       task 実行中にコードが追い出されることはない<br>
           現在実行中のコード<br>
           次にロードするコード<br>
       の二つは必ずメモリ上にある<br>
</pre>
</li>
<li class="slide">
<h1>SceneGraph と Rendering Engine</h1>
<p><pre>      SceneGraph -> SceneGraph<br>
      SceneGraph -> Polygon<br>
      Polygon -> Span Pack<br>
      Span Pack を Texture を使って Rendering<br>
      これらを大きく並列に実行する<br>
      Rendering は細かく並列に実行する<br>
</pre>
</li>
<li class="slide">
<h1>SceneGraph と Rendering Engine</h1>
<p>1 dot 1 dot SPUが書いていく<br>
<p><td><img src="photo/rendering.png" alt="rendering" ></td><br>
<p></li>
<li class="slide">
<h1>Rendering Task</h1>
SG2PP<br>
<ul><li>        SceneGraph を操作後、ポリゴンに変換し PolygonPack (ポリゴンの集合)を生成する
</li>
PP2SP<br>
<li>    ポリゴンの中から、Span (ポリゴン内にあるx軸に水平な線分) を抽出し、 SpanPack (Span の集合)を生成する
</li>
DrawSpan<br>
<li>    Span を使って 1 ラインずつ FrameBuffer に描画していく
</li>
<p></ul>
</li>

<li class="slide">
<h1>Demo</h1>
<pre>      相互制約が非常に大きい物理シミュレーションの例<br>
      非ホロノミック系なので、単純な積分では力学を決定できない<br>
      SPU上で、すべての要素を同時に計算する必要がある<br>
          (あまり並列計算向きではない...ベクトル向き)<br>
</pre>
(地味です...)<br>
<p>
</li>

<li class="slide">
<h1>まとめ</h1>
Blender/Linux/Cerium を用いたオープンソースなゲームフレームワーク<br>
<p>SceneGraphを作れば、move/collision を記述するだけで並列に実行される<br>
<p>ソフトウェアレンダリングなんで、なんでも自分で書ける<br>
<p>
</li>

<li class="slide">
<h1>今後の課題</h1>
</li>