CG_FPS_Game

2024-2 컴퓨터 그래픽 100/100 을 받은 프로젝트입니다.

I. 프로젝트 개요

OpenGL을 이용하여 FPS(First-Person Shooter) 게임을 구현하였다.

라이브러리 링크 등의 문제를 피하기 위해 제공된 Tutorial의 템플릿을 사용하였으며, 코드는 하나의 cpp 파일 내에서 작성하였다.

II . 필수 구현 요소

1) 총기 구현

총구, 몸통, 개머리판, 탄창, 손잡이로 이루어진 총기를 구현하였다. 총기를 구성하기 위해 cube, torus, cylinder를 사용하였다.

총기에는 총 3개의 텍스처가 사용되었다.

TextureBody
TextureMetalBar
TextureMetal

렌더링을 하기 위해서 renderModel이라는 함수를 새로 작성하여 사용하였다.

void renderModel(const glm::mat4& ModelMatrix, GLuint programID, GLuint MatrixID, GLuint vertexbuffer, GLuint uvbuffer, GLuint Texture, const std::vector<glm::vec3>& vertices) {
	glm::mat4 MVP = Projection * View * ModelMatrix;

	glUniformMatrix4fv(MatrixID, 1, GL_FALSE, &MVP[0][0]);

	glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, Texture);

	glEnableVertexAttribArray(0);
	glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vertexbuffer);
	glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, (void*)0);

	glEnableVertexAttribArray(1);
	glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, uvbuffer);
	glVertexAttribPointer(1, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, (void*)0);

	glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, vertices.size());

	glDisableVertexAttribArray(0);
	glDisableVertexAttribArray(1);
}

2) 배경 구현

배경은 plane 2개로 1개의 판을 구성하였다. 총 5개의 plane 판으로 천장이 뚫린 직육면체 공간을 만들었고 텍스처 또한 집어넣었다.

추가적으로 작성된 서로 다른 3가지 오브젝트들은 다음과 같다.

책상
과녁판
드럼통

3) 이동, 카메라 구현

키보드 W, S, A, D로 각각 전, 후, 좌, 우 이동

이는 computeKeyboardTranslates 함수를 통해 구현하였다.

void computeKeyboardTranslates()
{
	static double lastTime = glfwGetTime();

	double currentTime = glfwGetTime();
	float deltaTime = float(currentTime - lastTime);

	glm::vec3 right = glm::normalize(glm::vec3(View[0][2], 0.0f, View[2][2]));
	glm::vec3 forward = glm::normalize(glm::vec3(View[0][0], 0.0f, View[2][0]));
	glm::vec3 up = glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f);

	glm::vec3 translateFactor = glm::vec3(0.0f);

	if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_W) == GLFW_PRESS) {
		translateFactor += right * deltaTime * speed;
	}
	if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_S) == GLFW_PRESS) {
		translateFactor -= right * deltaTime * speed;
	}
	if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_A) == GLFW_PRESS) {
		translateFactor += forward * deltaTime * speed;
	}
	if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_D) == GLFW_PRESS) {
		translateFactor -= forward * deltaTime * speed;
	}

	// 충돌 감지 로직 추가
	glm::vec3 proposedNewPosition = glm::vec3(Model_plane[3]) + translateFactor;
	if (!isPositionValid(proposedNewPosition)) {
		translateFactor = glm::vec3(0.0f); // 유효하지 않은 위치면 이동하지 않음
	}

	Model_plane = glm::translate(glm::mat4(1.0f), translateFactor) * Model_plane;
	Model_target = glm::translate(glm::mat4(1.0f), translateFactor) * Model_target;
	Model_desk = glm::translate(glm::mat4(1.0f), translateFactor) * Model_desk;
	Model_drum = glm::translate(glm::mat4(1.0f), translateFactor) * Model_drum;

	// 총알 위치 업데이트
	for (auto& bullet : bullets) {
		if (bullet.active) {
			bullet.modelMatrix = glm::translate(glm::mat4(1.0f), translateFactor) 
			* bullet.modelMatrix;
		}
	}

	lastTime = currentTime;
}

또한, isPositionValid를 통해 플레이어가 이동하려고 하는 공간이 유효한 공간인지 확인한다. 만약 유효한 위치가 아니라면 이동하지 않는다.

bool isPositionValid(const glm::vec3& position) {
	// 벽과의 충돌 여부 확인
	if (position.x > 40 || position.x < -10 || position.z > 30 || position.z < -30) {
		return false;
	}
	return true;
}

마우스 드래그를 이용하여 카메라를 회전

이는 computeMouseRotates 함수를 통해 구현하였다. 또한 마우스가 움직이더라도 창 밖으로 나가지 않도록 항상 화면의 중심 위치로 고정하였다.

void computeMouseRotates() {
	static double lastTime = glfwGetTime();
	double currentTime = glfwGetTime();
	float deltaTime = float(currentTime - lastTime);

	glfwGetCursorPos(window, &xpos, &ypos);

	if (xpos != xpos_prev) {
		horizontalAngle += mouseSpeed * float(xpos_prev - xpos) * deltaTime;
	}
	if (ypos != ypos_prev) {
		verticalAngle += mouseSpeed * float(ypos_prev - ypos) * deltaTime;
	}

	glm::vec3 direction(
		cos(verticalAngle) * sin(horizontalAngle),
		sin(verticalAngle),
		cos(verticalAngle) * cos(horizontalAngle)
	);

	glm::vec3 right = glm::vec3(
		sin(horizontalAngle - 3.14f / 2.0f),
		0,
		cos(horizontalAngle - 3.14f / 2.0f)
	);

	glm::vec3 up = glm::cross(right, direction);

	View = glm::lookAt(
		glm::vec3(45, 0, 0),          
		glm::vec3(45, 0, 0) + direction,
		up                  
	);

	xpos_prev = xpos;
	ypos_prev = ypos;

	lastTime = currentTime;

	glm::mat4 CameraInverse = glm::inverse(View); 
	glm::vec3 gunOffset = glm::vec3(0.5, -0.5, -2.0); 
	Model = glm::translate(CameraInverse, gunOffset);

	Model = glm::translate(Model, glm::vec3(3.0f, -1.0f, -8.0f));
	Model = glm::rotate(Model, glm::radians(90.0f), glm::vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f));
	Model = glm::rotate(Model, glm::radians(180.0f), glm::vec3(0.0f, 0.0f, 1.0f));
	Model = glm::scale(Model, glm::vec3(1.0f, 6.0f, 1.0f));
}

void initMouseControl(GLFWwindow* window) {
	// 마우스 커서를 비활성화하고 창 중앙에 고정
	glfwSetInputMode(window, GLFW_CURSOR, GLFW_CURSOR_DISABLED);
}

4) FPS 시점 구현

무기는 플레이어를 기준으로 한 로컬 좌표계의 같은 위치에 위치하도록 구현하였다. 플레이어가 움직이거나, 카메라를 회전하여도 무기는 항상 오른쪽 하단에 위치하도록 구현하였다.

5) 총알 발사 구현

총알은 스페이스 바를 누르면 발사되도록 구현하였다.

먼저, handleInput을 통해 스페이스 입력을 감지하여 shootBullet 함수를 호출한다. 중복 입력을 방지하기 위해 버튼을 누르는 동안은 한 번만 호출되도록 구현하였다.

void handleInput() {
	static bool spacePressed = false;

	if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_SPACE) == GLFW_PRESS && !spacePressed) {
		shootBullet();
		spacePressed = true;
	}
	if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_SPACE) == GLFW_RELEASE) {
		spacePressed = false;
	}
}

그리고 shootBullet을 통해 새로운 Bullet 객체를 만든다. 여러 번의 총알 발사도 가능하다.

void shootBullet() {
	glm::mat4 CameraInverse = glm::inverse(View);
	glm::vec3 cameraPosition = glm::vec3(CameraInverse[3]);

	glm::vec3 forward = -glm::normalize(glm::vec3(View[0][2], View[1][2], View[2][2]));
	glm::vec3 bulletStartPosition = cameraPosition + forward * 25.0f; 
	glm::vec3 initialVelocity = forward * bulletSpeed;

	Bullet newBullet;
	newBullet.modelMatrix = glm::translate(glm::mat4(1.0f), bulletStartPosition);
	newBullet.modelMatrix = glm::translate(newBullet.modelMatrix, glm::vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f));
	newBullet.modelMatrix = glm::scale(newBullet.modelMatrix, glm::vec3(0.05f, 0.05f, 0.05f));
	newBullet.velocity = initialVelocity;
	newBullet.direction = forward; 
	newBullet.active = true;       
	newBullet.lifetime = maxBulletLifetime; 

	bullets.push_back(newBullet);
}

updateBullets을 통해 총알의 위치를 업데이트 한다. 총알에는 중력 가속도도 지정하였다.

void updateBullets(float deltaTime) {
	glm::vec3 gravity = glm::vec3(0.0f, -9.81f, 0.0f); // 중력 가속도
	for (auto& bullet : bullets) {
		if (bullet.active) {
			// 속도에 중력 가속도 적용
			bullet.velocity += gravity * deltaTime;
			// 총알의 위치를 속도에 따라 업데이트
			bullet.modelMatrix = glm::translate(bullet.modelMatrix, bullet.velocity * deltaTime);
			bullet.lifetime -= deltaTime;
			if (bullet.lifetime <= 0.0f) {
				bullet.active = false;
			}
		}
	}
}

마지막으로, renderBullets을 통해 활성화된 총알을 렌더링한다.

void renderBullets (GLuint MatrixID, GLuint vertexbuffer, GLuint uvbuffer,
	GLuint Texture, const std::vector<glm::vec3>& vertices) {
	for (const auto& bullet : bullets) {
		if (bullet.active) {
			glm::mat4 MVP = Projection * View * bullet.modelMatrix;
			glUniformMatrix4fv(MatrixID, 1, GL_FALSE, &MVP[0][0]);

			glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
			glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, Texture);

			glEnableVertexAttribArray(0);
			glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vertexbuffer);
			glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, (void*)0);

			glEnableVertexAttribArray(1);
			glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, uvbuffer);
			glVertexAttribPointer(1, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, (void*)0);

			glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, vertices.size());

			glDisableVertexAttribArray(0);
			glDisableVertexAttribArray(1);
		}
	}
}

III. 추가 구현 요소

1) 모델링

총기를 매우 정성스럽게 모델링하였다. 텍스처 또한 적절하게 잘 사용하도록 노력하였다.

2) 총알을 여러 개 발사할 수 있도록 구현

앞서 설명했다 싶이 총알을 여러 번 발사할 수 있도록 구현하였다.

3) 총알이 중력가속도의 영향을 받아 점점 떨어지는 효과 구현

updateBullets에서 해당 내용을 확인할 수 있다.

void updateBullets(float deltaTime) {
	glm::vec3 gravity = glm::vec3(0.0f, -9.81f, 0.0f); // 중력 가속도
	for (auto& bullet : bullets) {
		if (bullet.active) {
			// 속도에 중력 가속도 적용
			bullet.velocity += gravity * deltaTime;
			// 총알의 위치를 속도에 따라 업데이트
			bullet.modelMatrix = glm::translate(bullet.modelMatrix, bullet.velocity * deltaTime);
			bullet.lifetime -= deltaTime;
			if (bullet.lifetime <= 0.0f) {
				bullet.active = false;
			}
		}
	}
}

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bmp		bmp
obj		obj
screenshots		screenshots
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TextureFragmentShader.fragmentshader		TextureFragmentShader.fragmentshader
TransformVertexShader.vertexshader		TransformVertexShader.vertexshader
project.cpp		project.cpp
tutorial07_model_loading.exe		tutorial07_model_loading.exe
tutorial07_model_loading.pdb		tutorial07_model_loading.pdb
uvmap.DDS		uvmap.DDS

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CG_FPS_Game

I. 프로젝트 개요

II . 필수 구현 요소

1) 총기 구현

2) 배경 구현

3) 이동, 카메라 구현

4) FPS 시점 구현

5) 총알 발사 구현

III. 추가 구현 요소

1) 모델링

2) 총알을 여러 개 발사할 수 있도록 구현

3) 총알이 중력가속도의 영향을 받아 점점 떨어지는 효과 구현

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I. 프로젝트 개요

II . 필수 구현 요소

1) 총기 구현

2) 배경 구현

3) 이동, 카메라 구현

4) FPS 시점 구현

5) 총알 발사 구현

III. 추가 구현 요소

1) 모델링

2) 총알을 여러 개 발사할 수 있도록 구현

3) 총알이 중력가속도의 영향을 받아 점점 떨어지는 효과 구현

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