Simulation Architectures in Game Development - a Comparative Study

Bc. Martin Holčík

Diplomová práce

Anotace:

Tato práce porovnává simulační architektury pro vývoj her v enginu Godot. Porovnávané varianty kombinují dva modely práce s časem, simulaci s pevným časovým krokem a diskrétní událostní simulaci, se dvěma přístupy k uspořádání dat, objektově orientovaným ukládáním založeným na uzlech a reprezentací ve stylu Entity Component System. Praktická část byla implementována jako doplněk pro Godot s názvem FactoryMaker. Doplněk poskytuje škálovatelnou mechaniku tovární strategické hry založenou na toku surovin a výrobních řetězcích. Sdílí autorská data pro předměty, recepty, budovy a komponenty, přičemž umožňuje spouštět stejné ukázkové scénáře pomocí různých běhových architektur. Varianty jsou vyhodnoceny pomocí kontrolovaných benchmarkových scénářů podle času snímku, doby načítání, propustnosti, využití paměti, škálovatelnosti a náročnosti implementace. Výsledky ukazují, že událostní plánování poskytuje ve větších scénářích největší běhovou výhodu, protože se vyhýbá opakovaným aktualizacím nečinných nebo zablokovaných částí továrny. Uzlová událostní implementace dosahuje v tomto projektu nejlepších běhových výsledků, zatímco varianty ECS používají méně paměti, ale přinášejí výraznou režii při načítání a vyšší implementační složitost.

Abstract:

This thesis compares simulation architectures for game development in the Godot engine. The compared variants combine two time-handling models, fixed-timestep and discrete-event simulation, with two data-layout approaches, object-oriented node-based storage and an Entity Component System style representation. The practical part was implemented as a Godot add-on named FactoryMaker. The add-on provides a scalable factory-style strategy game mechanic based on resource flow and production chains. It shares authoring data for items, recipes, buildings, and components, while allowing the same example scenarios to be executed by different runtime architectures. The variants are evaluated using controlled benchmark scenarios with measurements of frame time, loading duration, throughput, memory usage, scalability, and implementation difficulty. The results show that event-driven scheduling provides the largest runtime advantage in larger scenarios by avoiding repeated updates of idle or blocked parts of the factory. The node-based event-driven implementation is the strongest overall runtime performer in this project, while the ECS variants use less memory but introduce substantial loading overhead and higher implementation complexity.

Keywords

game simulation, Godot, factory games, strategy game mechanics, data layouts, discrete-event simulation, fixed-timestep simulation, Entity Component System, herní simulace, tovární hry, mechaniky strategických her, uspořádání dat, diskrétní událostní simulace, simulace s pevným časovým krokem

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 19. 5. 2026

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 18. 6. 2026
• Vedoucí: Mgr. Jiří Chmelík, Ph.D.
• Oponent: Mgr. Adam Štěpánek

Masarykova univerzita

Fakulta informatiky

Magisterský studijní program / obor:
Vizuální informatika / Vývoj počítačových her