Siege of Nodes

Тактическая tower defense / roguelite с процедурной картой на C++. Игрок защищает «ядро» сети от волн врагов, которые движутся по графу узлов. Башни, способности и враги — объекты с полиморфным поведением. Рендер — 2D (OpenGL + GLSL), геймплей — с фокусом на алгоритмах, структурах данных, многопоточности и асинхронности.

Цели обучения

• Алгоритмы — pathfinding, spatial queries, симуляция событий
• Структуры данных — heap, map, stack и собственные реализации
• Многопоточность — job system, разделение sim/render
• Асинхронность — загрузка ассетов, отложенные вычисления
• ООП — полиморфизм, паттерны проектирования, RAII
• Шейдеры — vertex и fragment (GLSL)

Геймплей

Игрок размещает башни на узлах графа и защищает центральное ядро от волн врагов. Враги ищут путь к ядру по процедурно сгенерированной карте. Между волнами — улучшения, асинхронная загрузка следующего уровня. Визуализация угрозы и зон действия башен — через шейдеры (influence map, post-process).

Алгоритмы

Алгоритм	Применение
A* / Dijkstra	Поиск пути врагов по графу узлов
Flood fill / BFS	Зона действия башни, распространение эффектов
Sweep & prune / spatial hash	Broadphase для снарядов и коллизий
Topological sort	Порядок обновления систем (баффы → урон → смерть)
Min/max heap	Очередь событий симуляции
Quadtree	Выбор целей для башен в больших волнах

Структуры данных

Собственные реализации в core/containers/ (с юнит-тестами и бенчмарками против STL):

Структура	Назначение
Binary heap	EventQueue: таймеры спавна, отложенные способности
Hash map (open addressing / chaining)	EntityId → Component, кэш путей
Stack	Undo в режиме паузы, DFS при генерации лабиринта
Ring buffer	Очередь команд игрока без input lag
Priority queue + intrusive list	Object pool (снаряды, частицы) без new каждый кадр
Graph (adjacency list)	Карта уровня, маршруты врагов

Многопоточность

[Main thread]     рендер, input, UI
[Sim thread]      pathfinding batch, AI scoring
[Loader thread]   ассеты, компиляция шейдеров
[Worker pool]     генерация волны, пересчёт influence map

• Job system (thread pool + work stealing) — параллельный A* для большого числа врагов
• Double buffering — sim пишет в WorldFrame N, render читает N-1
• Mutex / lock-free queue — передача команд из input в sim
• Snapshot path cache — sim обновляет, render не блокируется

Асинхронность

• std::future / coroutines (C++20) — загрузка уровня с экраном ожидания
• Async asset pipeline — текстуры и звук между волнами
• Deferred pathfinding — запрос пути не блокирует кадр
• Command buffer — input в очередь, sim обрабатывает на следующем тике (dt = 1/60)

ООП

ECS-lite или классический OOP с чёткими слоями:

class ITowerBehavior {
public:
    virtual Target pickTarget(const WorldView& world) = 0;
    virtual void onTick(SimulationContext& ctx) = 0;
};

class ChainLightningTower : public ITowerBehavior { /* ... */ };
class SlowAuraTower     : public ITowerBehavior { /* ... */ };

Паттерны: Strategy (башни, враги), Observer (события → UI/звук), Factory + Registry (создание из JSON), State (FSM врага), RAII (ScopedSimLock, GpuBuffer, ShaderProgram).

Шейдеры

Vertex shader:

• Instanced rendering тайлов карты
• Анимация пульсации узла при атаке (sin по u_time)
• Displacement по influence map

Fragment shader:

• Influence map — heatmap угрозы
• Tower range — круг с smoothstep falloff
• Post-process — vignette при низком HP ядра, chromatic aberration при перегрузке
• Outline — Sobel по depth/id buffer для выделения башен

Hot-reload шейдеров через loader thread.

Структура проекта

siege-of-nodes/
├── core/
│   ├── containers/     # heap, hash_map, ring_buffer, object_pool
│   ├── threading/      # job_system, mpsc_queue
│   └── async/          # task_graph, coroutine_loader
├── gameplay/
│   ├── algorithms/     # pathfinding, spatial, influence
│   ├── entities/       # Tower, Enemy, Core
│   └── simulation/     # fixed tick, event queue
├── render/
│   ├── shaders/        # .vert, .frag
│   └── systems/        # batching, postprocess
├── tools/
│   └── level_gen/      # procedural graph generator
└── tests/              # Catch2 / Google Test

Стек

• C++20 (coroutines опционально)
• CMake + vcpkg (glfw3, glad, glm, catch2)
• OpenGL 4.x + GLSL
• EnTT (опционально) или свой лёгкий ECS

Альтернативные концепции

1. Dungeon Scheduler — roguelike с turn-based симуляцией (heap / event queue)
2. Shader Arena — арена-шooter с фокусом на GPU (particles, trails)
3. Network Breaker — puzzle: соединение узлов, враги по потокам (графы + topological sort)

Документация

План разработки по этапам — в ROADMAP.md.