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# 🎨 **Periférico GFX (Sistema Gráfico)**
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## 1. Visão Geral
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O periférico **GFX** é responsável pela geração de imagem no PROMETEU.
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Ele modela um **hardware gráfico simples**, inspirado em consoles clássicos
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(SNES, CPS-2, Neo-Geo), priorizando:
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- determinismo
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- baixo custo computacional
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- didática
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- portabilidade
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O GFX **não é uma GPU moderna**.
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Ele é um dispositivo explícito, baseado em:
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- framebuffer
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- tilemaps
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- banks de tiles
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- sprites por prioridade
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- composição por ordem de desenho
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## 2. Resolução e Framebuffer
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### Resolução base
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- **320 × 180 pixels**
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- proporção próxima de 16:9
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- escalável pelo host (nearest-neighbor)
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### Formato de pixel
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- **RGB565**
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- 5 bits Red
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- 6 bits Green
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- 5 bits Blue
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- sem canal alpha
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Transparência é feita por **color key**.
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## 3. Double Buffering
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O GFX mantém dois buffers:
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- **Back Buffer** — onde o frame é construído
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- **Front Buffer** — onde o frame é exibido
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Fluxo por frame:
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1. O sistema desenha no back buffer
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2. Chama `present()`
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3. Buffers são trocados
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4. O host exibe o front buffer
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Isso garante:
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- ausência de tearing
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- sincronização clara por frame
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- comportamento determinístico
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## 4. Estrutura Gráfica do PROMETEU
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O mundo gráfico é composto por:
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- Até **16 Tile Banks**
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- **4 Tile Layers** (scrolláveis)
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- **1 HUD Layer** (fixa, sempre por cima)
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- Sprites com prioridade entre layers
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### 4.1 Tile Banks
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- Existem até **16 banks**
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- Cada bank tem tamanho fixo de tile:
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- 8×8, 16×16 ou 32×32
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- Um bank é uma biblioteca de gráficos:
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- ambiente
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- personagens
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- UI
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- efeitos
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### 4.2 Layers
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- Existem:
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- 4 Tile Layers
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- 1 HUD Layer
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- Cada layer aponta para **um único bank**
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- Sprites podem usar **qualquer bank**
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- HUD:
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- não scrolla
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- prioridade máxima
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- geralmente usa tiles 8×8
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## 5. Modelo Interno de uma Tile Layer
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Uma Tile Layer **não é um bitmap de pixels**.
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Ela é composta por:
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- Um **Tilemap lógico** (índices de tiles)
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- Um **Cache de Borda** (janela de tiles visíveis)
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- Um **Offset de Scroll**
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### Estrutura:
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- `bank_id`
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- `tile_size`
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- `tilemap` (matriz grande)
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- `scroll_x`, `scroll_y`
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- `cache_origin_x`, `cache_origin_y`
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- `cache_tiles[w][h]`
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## 6. Tilemap Lógico
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O tilemap representa o mundo:
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Cada célula contém:
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- `tile_id`
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- `flip_x`
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- `flip_y`
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- `priority` (opcional)
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- `palette_id` (opcional)
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O tilemap pode ser muito maior que a tela.
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## 7. Cache de Borda (Tile Cache)
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O cache é uma janela de tiles ao redor da câmera.
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Exemplo:
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- Tela: 320×180
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- Tiles 16×16 → 20×12 visíveis
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- Cache: 22×14 (margem de 1 tile)
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Ele guarda os tiles já resolvidos a partir do tilemap.
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## 8. Atualização do Cache
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A cada frame:
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1. Calcular:
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- `tile_x = scroll_x / tile_size`
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- `tile_y = scroll_y / tile_size`
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- `offset_x = scroll_x % tile_size`
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||
- `offset_y = scroll_y % tile_size`
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2. Se `tile_x` mudou:
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- Avança `cache_origin_x`
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- Recarrega apenas a nova coluna
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3. Se `tile_y` mudou:
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||
- Avança `cache_origin_y`
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||
- Recarrega apenas a nova linha
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||
Somente **uma linha e/ou coluna** é atualizada por frame.
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## 9. Cache como Ring Buffer
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O cache é circular:
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- Não move dados fisicamente
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- Apenas move índices lógicos
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Acesso:
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- `real_x = (cache_origin_x + logical_x) % cache_width`
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||
- `real_y = (cache_origin_y + logical_y) % cache_height`
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## 10. Projeção para o Back Buffer
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Para cada frame:
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1. Para cada Tile Layer, em ordem:
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- Rasterizar tiles visíveis do cache
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- Aplicar scroll, flip e transparência
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- Escrever no back buffer
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2. Desenhar sprites:
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- Com prioridade entre layers
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- Ordem de desenho define profundidade
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3. Desenhar HUD layer por último
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## 11. Ordem de Desenho e Prioridade
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- Não existe Z-buffer
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- Não existe sorting automático
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- Quem desenha depois fica na frente
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Ordem base:
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1. Tile Layer 0
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2. Tile Layer 1
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3. Tile Layer 2
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4. Tile Layer 3
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5. Sprites (por prioridade entre layers)
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6. HUD Layer
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## 12. Transparência (Color Key)
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- Um valor RGB565 é reservado como TRANSPARENT_KEY
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- Pixels com essa cor não são desenhados
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```
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if src == TRANSPARENT_KEY:
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skip
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else:
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draw
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```
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## 13. Color Math (Blending Discreto)
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Inspirado no SNES.
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Modos oficiais:
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- `BLEND_NONE`
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- `BLEND_HALF`
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- `BLEND_HALF_PLUS`
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- `BLEND_HALF_MINUS`
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||
- `BLEND_FULL`
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Sem alpha contínuo.
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Sem blending arbitrário.
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Tudo é:
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- inteiro
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- barato
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- determinístico
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## 14. Onde o Blend é Aplicado
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- O blend ocorre durante o desenho
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- O resultado vai direto para o back buffer
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- Não existe composição posterior automática
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## 15. O que o GFX NÃO suporta
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Por design:
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- Alpha contínuo
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- RGBA framebuffer
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- Shader
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- Pipeline moderno de GPU
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- HDR
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- Gamma correction
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## 16. Regra de Performance
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- Layers:
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- só atualizam borda ao cruzar tile
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- nunca redesenham mundo inteiro
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- Rasterização:
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- sempre por frame, só área visível
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- Sprites:
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||
- sempre redesenhados por frame
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## 17. PostFX Especial — Fade (Scene e HUD)
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O PROMETEU suporta **fade gradual** como um PostFX especial, com dois controles
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independentes:
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- **Scene Fade**: afeta toda a cena (Tile Layers 0–3 + Sprites)
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||
- **HUD Fade**: afeta apenas o HUD Layer (sempre composto por último)
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||
O fade é implementado sem alpha contínuo por pixel e sem floats.
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||
Ele usa um **nível inteiro discreto** (0..31), que na prática produz um resultado
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visual “quase contínuo” em 320×180 pixel art.
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### 17.1 Representação do Fade
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Cada fade é representado por:
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- `fade_level: u8` no intervalo **[0..31]**
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- `0` → totalmente substituído pela cor de fade
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- `31` → totalmente visível (sem fade)
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- `fade_color: RGB565`
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- cor para a qual a imagem será misturada
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||
Registradores:
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- `SCENE_FADE_LEVEL` (0..31)
|
||
- `SCENE_FADE_COLOR` (RGB565)
|
||
- `HUD_FADE_LEVEL` (0..31)
|
||
- `HUD_FADE_COLOR` (RGB565)
|
||
|
||
Casos comuns:
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||
- Fade-out: `fade_color = BLACK`
|
||
- Flash/teleporte: `fade_color = WHITE`
|
||
- Efeitos especiais: qualquer cor RGB565
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---
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### 17.2 Operação de Fade (Mistura com Cor Arbitrária)
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Para cada pixel RGB565 `src` e cor de fade `fc`, o pixel final `dst` é calculado por canal.
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1) Extrair componentes:
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||
- `src_r5`, `src_g6`, `src_b5`
|
||
- `fc_r5`, `fc_g6`, `fc_b5`
|
||
|
||
2) Aplicar mistura inteira:
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||
|
||
```
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||
src_weight = fade_level // 0..31
|
||
fc_weight = 31 - fade_level
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||
|
||
r5 = (src_r5 * src_weight + fc_r5 * fc_weight) / 31
|
||
g6 = (src_g6 * src_weight + fc_g6 * fc_weight) / 31
|
||
b5 = (src_b5 * src_weight + fc_b5 * fc_weight) / 31
|
||
```
|
||
- `src_r5`, `src_g6`, `src_b5`
|
||
- `fc_r5`, `fc_g6`, `fc_b5`
|
||
|
||
3) Reempacotar:
|
||
|
||
```
|
||
dst = pack_rgb565(r5, g6, b5)
|
||
```
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||
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||
Observações:
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||
- Operação determinística
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||
- Somente inteiros
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- Pode ser otimizada via LUT
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### 17.3 Ordem de Aplicação no Frame
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A composição do frame segue esta ordem:
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1. Rasterizar **Tile Layers 0–3** → Back Buffer
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||
2. Rasterizar **Sprites** conforme prioridade
|
||
3. (Opcional) Pipeline extra (Emission/Light/Glow etc.)
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||
4. Aplicar **Scene Fade** usando:
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||
- `SCENE_FADE_LEVEL`
|
||
- `SCENE_FADE_COLOR`
|
||
5. Rasterizar **HUD Layer**
|
||
6. Aplicar **HUD Fade** usando:
|
||
- `HUD_FADE_LEVEL`
|
||
- `HUD_FADE_COLOR`
|
||
7. `present()`
|
||
|
||
Regras:
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||
|
||
- Scene Fade nunca afeta HUD
|
||
- HUD Fade nunca afeta a cena
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### 17.4 Casos de Uso
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||
- Troca de HUD:
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||
- diminuir `HUD_FADE_LEVEL` até 0
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||
- trocar HUD/tilemap
|
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- aumentar `HUD_FADE_LEVEL` até 31
|
||
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||
- Troca de área:
|
||
- diminuir `SCENE_FADE_LEVEL` até 0
|
||
- trocar cenário
|
||
- aumentar `SCENE_FADE_LEVEL` até 31
|
||
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||
- Flash / dano / teleporte:
|
||
- usar `fade_color = WHITE` ou outra cor temática
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## 18. Sistema de Paletas
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### 18.1. Visão Geral
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O PROMETEU utiliza **exclusivamente** gráficos indexados por paleta.
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Não existe modo RGB direto por pixel.
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Todo pixel gráfico é um **índice** que aponta para uma cor real em uma paleta.
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Objetivos:
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- reduzir uso de RAM e storage
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- permitir troca de cores sem shader
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- manter identidade retrô
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||
- facilitar efeitos como variação, dano, dia/noite
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### 18.2. Formato de Pixel
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Cada pixel de um tile ou sprite é:
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- **4 bits por pixel (4bpp)**
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- valores: `0..15`
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Regra fixa:
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||
- Índice `0` = TRANSPARENTE
|
||
- Índices `1..15` = cores válidas da paleta
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### 18.3. Estrutura de Paletas
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||
Cada **Tile Bank** contém:
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||
- Até **256 paletas**
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||
- Cada paleta tem:
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- **16 cores**
|
||
- cada cor em **RGB565 (u16)**
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||
|
||
Tamanho:
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||
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||
- 1 paleta = 16 × 2 bytes = **32 bytes**
|
||
- 256 paletas = **8 KB por bank**
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||
- 16 banks = **128 KB máximo de paletas**
|
||
|
||
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### 18.4. Associação de Paleta
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#### Regra Fundamental
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|
||
- Cada **tile** usa **uma única paleta**
|
||
- Cada **sprite** usa **uma única paleta**
|
||
- A paleta deve ser informada **explicitamente** em todo draw
|
||
|
||
Não existe troca de paleta dentro do mesmo tile ou sprite.
|
||
|
||
---
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||
|
||
### 18.5. Onde a Paleta é Definida
|
||
|
||
#### Tilemap
|
||
|
||
Cada célula do tilemap contém:
|
||
|
||
- `tile_id`
|
||
- `palette_id (u8)`
|
||
- `flip_x`
|
||
- `flip_y`
|
||
|
||
#### Sprite
|
||
|
||
Cada sprite draw contém:
|
||
|
||
- `bank_id`
|
||
- `tile_id`
|
||
- `palette_id (u8)`
|
||
- `x`, `y`
|
||
- `flip_x`, `flip_y`
|
||
- `priority`
|
||
|
||
---
|
||
|
||
### 18.6. Resolução de Cor
|
||
|
||
O pipeline funciona assim:
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|
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1. Ler pixel indexado do tile (valor 0..15)
|
||
2. Se índice == 0 → pixel transparente
|
||
3. Caso contrário:
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||
- cor_real = paleta[palette_id][indice]
|
||
4. Aplicar:
|
||
- flip
|
||
- blend discreto
|
||
- escrita no back buffer
|
||
|
||
Ou seja:
|
||
```
|
||
pixel_index = tile_pixel(x,y)
|
||
if pixel_index == 0:
|
||
skip
|
||
else:
|
||
color = bank.palettes[palette_id][pixel_index]
|
||
draw(color)
|
||
```
|
||
|
||
---
|
||
|
||
### 18.7. Organização dos Tile Banks
|
||
|
||
Os Tile Banks são “assets fortes”:
|
||
|
||
- Tiles e paletas vivem juntos
|
||
- Exportação/importação sempre leva:
|
||
- tiles + paletas
|
||
- O hardware não impõe organização semântica:
|
||
- o agrupamento é decisão do criador
|
||
- Tooling e scripts podem criar convenções:
|
||
- ex.: paletas 0..15 = inimigos
|
||
- 16..31 = cenário
|
||
- etc.
|
||
|
||
---
|
||
|
||
### 18.8. Efeitos Possíveis com Paletas
|
||
|
||
Sem shader, é possível:
|
||
|
||
- Palette swap:
|
||
- inimigos com variação de cor
|
||
- Estados:
|
||
- dano, gelo, veneno, power-up
|
||
- Dia / noite:
|
||
- trocar paletas globalmente
|
||
- Biomas:
|
||
- mesma arte, clima diferente
|
||
- UI themes
|
||
|
||
Tudo isso sem mudar os tiles.
|
||
|
||
---
|
||
|
||
### 18.9. Limitações Artísticas
|
||
|
||
- Cada tile/sprite:
|
||
|
||
- máximo de 16 cores
|
||
|
||
- Gradientes suaves exigem:
|
||
|
||
- dithering
|
||
- blend discreto
|
||
- glow/emission
|
||
|
||
Essa limitação é intencional e faz parte da identidade do PROMETEU.
|
||
|
||
---
|
||
|
||
### 18.10. Métricas para Certificação (CAP)
|
||
|
||
O sistema pode medir:
|
||
|
||
- `palettes_loaded_total`
|
||
- `palettes_referenced_this_frame`
|
||
- `tiles_drawn_by_palette_id`
|
||
- `sprites_drawn_by_palette_id`
|
||
|
||
Isso permite:
|
||
|
||
- analisar custo artístico
|
||
- ensinar impacto de variedade excessiva
|
||
- sugerir boas práticas de coesão visual
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 19. Resumo
|
||
|
||
O GFX do PROMETEU é simples **por escolha**, não por limitação.
|
||
|
||
- Framebuffer RGB565 com double buffer
|
||
- Color key para transparência
|
||
- Blending discreto estilo SNES
|
||
- Até 16 tile banks
|
||
- 4 Tile Layers + 1 HUD
|
||
- Layer = tilemap + cache + scroll
|
||
- Projeção rasterizada por frame
|
||
- Profundidade definida por ordem de desenho
|
||
|
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