Programming Linux Games

433 Pages·2001·1.773 MB·English

by  Loki Software, John R. Hall, Loki Software Inc

Programming Linux Games

Programming Linux Games
Loki Software, Inc.
with John R. Hall
An imprint of No Starch Press, Inc.
San Francisco
Programming Linux Games. Copyright (cid:13)c 2001 by Loki Software, Inc.
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Library of Congress Cataloging-in-Publication Data
Programming linux games / Loki Software, Inc.
p. cm.
Includes index.
ISBN 1-886411-48-4 (pbk.)
1. Computer games--programming. 2. Linux. I. Loki Software, Inc.
QA76.76.C672 .L56 2001 00-052689
794.8’15268--dc21
Contents
Foreword i
Preface iii
Who This Book Is For . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv
Online Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv
Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v
1 The Anatomy of a Game 1
A Quick Survey of Game Genres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Simulation Games . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
First-Person Shooters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Real-time Strategy Games . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Turn-Based Strategy Games . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Role-Playing Games . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Puzzle Games . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Multiuser Dungeons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
A Quick Look Under the Hood . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
The Input Subsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
The Display Subsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2 CONTENTS
The Audio Subsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
The Network Subsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
The Update Subsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
The Game Loop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2 Linux Development Tools 17
Programming Editors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
vi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Emacs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
NEdit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Compiling Programs Under Linux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Using the Make Utility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Creating Makefiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Error Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Working with Libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Static Libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Shared Libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Linux Linker Quirks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Debugging Linux Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Compiling for Debugging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
gdb. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
ddd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Bug Tracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Project Management with CVS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
A Brief Tutorial on CVS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Other Useful Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Rapid Text Searching with grep . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
CONTENTS 3
Updating Source with diff and patch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3 Linux Gaming APIs 53
Graphics APIs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
SVGALib . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
GGI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
SDL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
ClanLib . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
OpenGL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Plib . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Glide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Xlib . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Graphical User Interface Toolkits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
GTK+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Tk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Fltk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Qt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
SDL GUI Support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Audio APIs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
OSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
ALSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
ESD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
OpenAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Scripting Libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Tcl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Guile and MzScheme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Python and Perl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4 CONTENTS
Networking APIs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
BSD Sockets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
OpenPlay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
IPX and SPX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
File Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
libpng and libjpeg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
libaudiofile and libsndfile. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Ogg Vorbis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
The SDL MPEG Library, SMPEG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
zlib . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4 Mastering SDL 69
Computer Graphics Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
The Framebuffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
The SDL Video API . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Setting Up the Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Direct Surface Drawing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Drawing with Blits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Colorkeys and Transparency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
Loading Other Image Formats. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Alpha Blending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Achieving Smooth Animation with SDL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Input and Event Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Processing Mouse Events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Processing Keyboard Events. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Processing Joystick Events. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
Multithreading with SDL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
CONTENTS 5
SDL Audio Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
Representing Sound with PCM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
Feeding a Sound Card . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
An Example of SDL Audio Playback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Integrating OpenGL with SDL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Penguin Warrior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
Creating Graphics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
Implementing a Parallaxing Scroller in SDL . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
A Simple Particle System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
Game Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
5 Linux Audio Programming 161
Competing APIs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
Introducing Multi-Play. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
Loading Sound Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
Using libsndfile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
Other Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
Using OSS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
Reality Check . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
Achieving Higher Performance with Direct DMA Buffer Access . . . . . . 178
Playing Sound with ALSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
Sharing the Sound Card with ESD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
Building Multi-Play . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
Environmental Audio with OpenAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
OpenAL Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
Adding Environmental Audio to Penguin Warrior . . . . . . . . . . . . . . 213
Implementing Game Music with Ogg Vorbis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
6 CONTENTS
Working with Vorbis Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
Adding Music to Penguin Warrior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
6 Game Scripting Under Linux 237
A Crash Course in Tcl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
Built-in Tcl Commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
Interfacing Tcl with C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
Linking Against Tcl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
Executing Scripts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
Understanding Commands and Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
A Simple Scripting Engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
Designing a Game Script . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
Applying Scripting to the Real World . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
Single Versus Multiple Contexts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
Can We Trust the Script? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
Script Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
Who’s Writing the Script? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
7 Networked Gaming with Linux 271
’Tis a Big Net, Quoth the Raven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
Internet Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
Addresses and Ports . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
Name Resolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
Socket Programming 101 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
Sockets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
Connecting TCP Sockets. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
Receiving TCP Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285