ГЕНЕРАЦІЯ ГРАФІЧНИХ ОБ'ЄКТІВ В ІГРОВОМУ РУШІЇ GODOT ЗА МЕТОДОМ ПАРАЛЕЛЬНИХ ОБЧИСЛЕНЬ

Анотація

У статті представлено дослідження методів генерації графічних об'єктів в ігровому рушії Godot із застосуванням паралельних обчислень. Основна увага приділяється проблемі ефективного використання обчислювальних ресурсів для підвищення продуктивності генерації графічного контенту в динамічних ігрових середовищах.

В ході дослідження було проведено детальний аналіз чотирьох основних категорій алгоритмів генерації графічних об'єктів, що активно застосовуються в екосистемі Godot Engine: алгоритми на основі шуму (Perlin, OpenSimplex), які використовуються для створення природних ландшафтів та текстур; клітинні автомати, що дозволяють моделювати органічні структури; Wave Function Collapse (WFC), який застосовується для генерації структурованих рівнів з правилами з'єднання; та L-системи, що ефективно використовуються для генерації фрактальних структур, зокрема рослинності. Для кожного типу алгоритмів визначено потенціал паралелізації та фактори, що обмежують їх ефективність на багатоядерних системах.

Проблемою, яку виявлено при аналізі, є наявність в алгоритмах генерації значної частки послідовних обчислень, які, згідно з законом Амдала, суттєво обмежують максимально можливе прискорення навіть при збільшенні кількості обчислювальних ядер. Запропоновано математичну модель для оцінки потенційного прискорення в контексті генерації графічних об'єктів, що дозволяє точніше прогнозувати продуктивність різних алгоритмів на багатоядерних системах.

В рамках дослідження розроблено інноваційний підхід до оптимізації, заснований на методі чанкової генерації, при якому графічні об'єкти розбиваються на просторово локалізовані елементи з мінімальними міжелементними залежностями. Ключовою особливістю запропонованого підходу є асинхронна генерація чанків та локалізація обчислень координат, що дозволяє суттєво знизити частку послідовних операцій і, як наслідок, значно підвищити потенційне прискорення відповідно до закону Амдала.

Для об'єктивної оцінки ефективності розробленого методу проведено серію експериментів, що включали бенчмаркінг на різних типах графічних об'єктів з використанням вбудованого інструментарію Godot Engine. Методологія вимірювань базувалася на декомпозиції алгоритму на логічні фази та аналізі зміни часу виконання при поступовому збільшенні кількості потоків. Результати експериментів продемонстрували значне зменшення частки послідовних обчислень для всіх типів графічних об'єктів при застосуванні чанкового підходу, що підтверджує ефективність запропонованого методу.

Результати дослідження мають практичне значення для оптимізації розробки ігор на базі Godot Engine та можуть бути адаптовані для інших систем візуалізації з подібною архітектурою