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Una introducción a los vectores en el contexto del diseño de videojuegos. Se explica cómo los vectores son fundamentales para representar movimientos, direcciones y posiciones en los videojuegos 2d y 3d. Se abordan conceptos como la suma de vectores, el opuesto de un vector, la resta de vectores, el producto escalar y los vectores unitarios. Se incluyen ejemplos y ejercicios para ilustrar los conceptos.
Tipo: Esquemas y mapas conceptuales
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Planeamiento de Mecánicas y Dinámicas de juego Introducción a los vectores Introducción Los vectores tienen una importancia fundamental para el desarrollo de videojuegos. Es importante que el lenguaje de programación o el motor de juegos 2D o 3D brinden soporte para la gestión de vectores para optimizar el tiempo de desarrollo. Sin embargo, existen situaciones donde puede resultar que deba utilizar lenguajes de programación para representar de manera manual diferentes fenómenos dentro del juego que requieren la manipulación de vectores. Esto significa que debe tener los conocimientos básicos de operaciones con vectores que permitan desarrollar videojuegos sin atarse a las bibliotecas del lenguaje de programación o del motor de juegos. A esta altura seguramente ya está acostumbrado a representar puntos en el plano o en el espacio, como las ubicaciones de los objetos en un juego o los vértices de una malla triangular que conforman un objeto 3D. Lo anterior es una aplicación de uno de los componentes de un vector. Los vectores también se utilizan para representar direcciones espaciales, como la orientación de la cámara o las superficies normales de una malla triangular. Comprender cómo manipular vectores es una habilidad esencial para un diseñador exitoso de videojuegos 2D y 3D. En estos apuntes, se hará referencia a vectores de varios tipos, generalmente representando cantidades bidimensionales, tridimensionales o tetradimensionales. El concepto Suponga que está desarrollando un clon de un videojuego conocido, por ejemplo, Super Mario Bros. Un aspecto importante en este juego de plataformas es lograr que Mario se mueva. En términos matemáticos, podemos representar a Mario en el centro o origen de coordenadas de un sistema de coordenadas, tal como se puede observar en la siguiente figura: Si quisieramos que el movimiento de Mario cambie su posición desde el origen hacia el punto (1,3), tal como hemos compartido en apuntes anteriores podemos representar esta dirección de la forma que se expresa en la Figura 1 (moviendo una unidad sobre el eje x y 3 unidades sobre el eje y). Pero además, es totalmente válido representar el anterior movimiento con Mario ubicado en una posición original diferente al origen de coordenadas, tal como lo expresa la
Planeamiento de Mecánicas y Dinámicas de juego Introducción a los vectores Figura 2, con lo cual podemos llegar a una primera conclusión es que lo que nos va a importar es la diferencia entre el origen y el final de su trayectoria. Figura 1. Movimiento de Mario a partir del origen de coordenadas y representación de su posición final Figura 2. Movimiento de Mario basado en su posición inicial y su posición final. Entonces, podemos decir que todo movimiento tiene un origen 𝑂 y un final 𝐹. Para describir la trayectoria que nos lleva desde ese punto 𝑂 hasta el punto 𝐹, se debe calcular la variación de movimiento tanto en el 𝑒𝑗𝑒 𝑥como en el 𝑒𝑗𝑒 𝑦, y llamaremos ∆𝑥 y ∆𝑦 respectivamente a cada una de estas variaciones. Esto se puede observar en la figura 3. Figura 3. Representación gráfica del movimiento desde un punto a otro. Y resulta que este movimiento se puede expresar de la siguiente manera 𝑂𝐹⃗⃗⃗⃗⃗ = (∆𝑥, ∆𝑦) Donde 𝑂𝐹⃗⃗⃗⃗⃗ se denomina vector, que representa el movimiento desde 𝑂 hasta 𝐹.
Planeamiento de Mecánicas y Dinámicas de juego Introducción a los vectores El módulo representa la cantidad de la magnitud 𝑂𝐹. Formalmente hablando representa la longitud del vector y se expresa de la siguiente manera ‖𝑂𝐹⃗⃗⃗⃗⃗ ‖. Para su cálculo podemos basarnos en el Teorema de Pitágoras, entonces si consideramos la siguiente representación: Entonces por Pitágoras resulta que ‖𝑂𝐹⃗⃗⃗⃗⃗ ‖ = √(∆𝑥)^2 + (∆𝑦)^2 = √(𝑥 2 − 𝑥 1 )^2 + (𝑦 2 − 𝑦 1 )^2 La dirección hace referencia a la pendiente de la recta en la que está contenido el vector. Gráficamente se puede expresar de la siguiente manera Como puede deducir todos los vectores en una misma dirección se ubicarían sobre la misma recta, pero podrían tener módulos diferentes y sentidos diferentes, que es lo que compartiremos a continuación. El sentido de un vector está representado por una fecha en alguno de los extremos del vector. Así, pueden existir vectores que poseen el mismo módulo y dirección pero que claramente pueden diferenciarse por su sentido, por ejemplo
Planeamiento de Mecánicas y Dinámicas de juego Introducción a los vectores Operaciones entre vectores
Planeamiento de Mecánicas y Dinámicas de juego Introducción a los vectores
Planeamiento de Mecánicas y Dinámicas de juego Introducción a los vectores Pero si solo consideramos lo anterior, el salto seguiría una dirección de manera infinita. Necesitamos que se aplique la fuerza de la gravedad con el objetivo de que el salto pierda fuerza. La fuerza de la gravedad, que puede considerarse constante, puede representarse en todo momento como un vector dirigido en y hacia abajo, lo cual resta al vector que representa el salto vertical, lo cual en definitiva afecta al resultado de la suma del movimiento horizontal con el movimiento vertical. A tal punto que en algún momento la fuerza vertical se vuelve negativa Actividad obligatoria Realice en Unity una aplicación que permita mediante suma de vectores crear objetos de tipo FireLaser, que permitan que el disparo salga disparado desde la punta de la nave. Es decir, arreglar lo siguiente:
Planeamiento de Mecánicas y Dinámicas de juego Introducción a los vectores Los vectores unitarios son útiles por ejemplo para generar mantener la velocidad que fue calculada a partir de las posiciones destino y origen, puedan normalizarse a una única velocidad evitando que si el objetivo estuviera más cerca la velocidad sea más lenta que de aquellos cuyo objetivo están más distantes Actividad Obligatoria 3 : Normalice la velocidad con la cual el cañón ataca a la nave.