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Game-Engine-Architektur mit funktional-reaktiver Programmierung in Haskell/Yampa
Gerold Meisinger
2010
Fachhochschule Oberösterreich - Fakultät für Informatik, Kommunikation und Medien (Campus Hagenberg)
Digitale Medien
86
deutsch
funktional-reaktive Programmierung, komponentenbasierte Game-Engine-Architektur, Computerspielentwickung, Haskell, Yampa, FRP
functional reactive programming, component-based game engine architecture, game development, Haskell, Yampa, FRP

Die Entwicklung von Computerspielen ist mit hohen Kosten verbunden, weshalb in der Softwareentwicklung wiederverwendbare und erweiterbare Funktionalität angestrebt wird. Ein aktueller Trend in der Computerspielentwicklung ist der Einsatz von Rapid Application Development und Prototyping-Software, wobei die schnelle Entwicklung spielbarer Prototypen und neuer Funktionalität in den Vordergrund gestellt wird. Dabei ist vor allem die dynamische Veränderung der Funktionalität zur Laufzeit wichtig, ohne dabei die Programmierumgebung gegenüber allgemeinen Programmiersprachen einzuschränken. Mit den bisher verwendeten objektorientierten Programmiersprachen und den komponentenbasierten Game-Engine-Architekturen konnten aber kaum Wiederverwendbarkeit, Erweiterbarkeit oder dynamische Funktionalität erreicht werden und schränkten die Programmierung durch die verwendeten Techniken zusätzlich stark ein.

In dieser Arbeit wird eine allgemeine Game-Engine-Architektur und verschiedene Basisfunktionalitäten von Computerspielen mittels funktional-reaktiver Programmierung in Haskell/Yampa behandelt. Durch die rein funktionale Programmierung kann die Funktionalität in vollständig unabhängige und wiederverwendbare Funktionen ausgelagert werden, während durch die reaktive Programmierung der Zeitverlauf völlig abstrahiert wird und die Funktionalität intuitiv aus reaktiven Elementen verknüpft werden kann. Weiters ermöglicht Yampa die Modellierung mit konzeptionell kontinuierlicher Zeit. Eine Game-Engine lässt sich dadurch insgesamt besser in deren elementare Bereiche aufteilen, wodurch sich der Datenfluss am Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe-Modell veranschaulichen lässt und die grundlegende Funktionalität einer Game-Engine definiert werden kann. Abschließend werden die grundsätzlichen Grenzen von komponentenbasierten Game-Engine-Architekturen und dynamischer Funktionalität behandelt.

Development of computer games comes at a high cost, thus reusable and extensible functionality is very essential in software development. A recent trend in computer game development is establishing Rapid Application Development and use of prototyping software, emphasizing fast development of playable prototypes and new functionality. Especially dynamic modification of functionality during runtime without limiting the programming environment compared to general purpose programming languages is important. Reusability, extensibility and dynamic functionality could hardly be achieved with object-oriented programming and component-based game engine architectures and the techniques used actually constrained programming.

In this thesis, general game engine architecture and various basic features of computer games are examined using functional-reactive programming in Haskell/Yampa. Due to pure functional programming, functionality can be encapsulated into completely independent and reusable functions, while reactive programming abstracts the flow of time and functionality can be composed intuitively via reactive elements. Furthermore, continuous time semantics are possible with Yampa. Overall, a game engine can be more clearly defined and divided into its basic features, thus allowing the data flow to be comprehensibly illustrated on the input-processing-output model. Finally, the principle limits of component-based game engine architectures and dynamic functionality are discussed.

@mastersthesis{Meisinger10,
author={Meisinger, Gerold},
title={Game-Engine-Architektur mit funktional-reaktiver Programmierung in Haskell/Yampa},
school={Digitale Medien; FH Ober{\"o}sterreich -- Fakult{\"a}t f{\"u}r Informatik, Kommunikation und Medien},
year={2010},
address={Hagenberg, Austria},
language={german} }