【導(dǎo)讀】師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。通過鍵盤的輸入來改變控制坦克；子彈打中敵人，敵人爆炸，同樣敵人也能移。動，也能放子彈，敵人子彈打中我方坦克也會爆炸消失；敵人坦克數(shù)為0打完進(jìn)入下一關(guān)，己方坦克數(shù)為0游戲結(jié)束，并有打分統(tǒng)計(jì)；最后加入了游戲聲音。設(shè)置透明色可以讓圖形顯示更美觀。

　　

【正文】 中原工學(xué)院 信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) （論文） 11 第 2 章 游戲設(shè)計(jì)原理及技術(shù) 隨著游戲的火熱，游戲已經(jīng)逐漸形成了一個市場。當(dāng)然，市場就會有競爭，有成功者，當(dāng)然也有失敗者，成功有他成功的原因，失敗當(dāng)然也有他的原因。如果我們在游戲設(shè)計(jì)階段，能夠很好的把握住各個細(xì)節(jié)，使得開發(fā)出來的游戲有吸引 力，能夠讓游戲去吸引玩家，那么，我們開發(fā)出來的游戲就會 占有市場，就能在競爭中獲得勝利。如何去開發(fā)出一個成功的游戲呢？什么樣的游戲能夠成功呢？等等??接下來介紹下游戲設(shè)計(jì)的一些原理、技術(shù)以及一些注意事項(xiàng)。 游戲類型 現(xiàn)在，游戲類型多如政治許諾（有些已經(jīng)銷聲匿跡了），但可以將它們歸入以下幾個類型： 類似 DOOM 的第一視角類 —— 這些游戲大部分是全 3D 游戲， 玩家以游戲角色的視角進(jìn)行觀察。 DOOM、 Hexen、 Quake、 Unreal、 Duke Nukem 3D 以及 Dark Forces 都是此類游戲 中的佼佼者。從技術(shù)上講，它們或許是最難開發(fā)的游戲，而且需要用到極好的技術(shù)才能在此類游戲中出類拔萃。 運(yùn)動類 —— 運(yùn)動類游戲可以是 2D 的，也可以是 3D 的，但是近來 3D 的運(yùn)動游戲越來越多了。 通常運(yùn)動類游戲可以一個人玩，也可以多人組隊(duì)一起玩。運(yùn)動類游戲的圖像質(zhì)量比起早先已經(jīng)有了很大的改進(jìn)。雖然運(yùn)動類游戲也許不像采用第一視角類游戲那樣使人印象深刻，但是它們正在迎頭趕上。運(yùn)動類游戲中的人工智能水平位于所有游戲類型中最先進(jìn)之列。 格斗類 —— 格斗類游戲通常可以一人或兩人玩，用側(cè)視角度或通過一個不固定的 3D 攝像機(jī)觀看角色的動作。游戲人物的肖像一般為 2D、 （ 3D模型渲染而成的系列 2D 位圖圖像）或全 3D 的。運(yùn)行于索尼 PlayStation I（ PSX）游戲機(jī)上的Tekken（鐵拳）將格斗類游戲在家庭游戲機(jī)市場上發(fā)揚(yáng)光大。格斗類游戲在 PC 機(jī)上不是十分流行，這或許要?dú)w咎于游戲控制器的界面問題以及需要兩人玩才更有樂趣。 街機(jī) /槍戰(zhàn) /橫版過關(guān)類 —— 此類游戲就是類似于 Asteroids、 PacMan（吃豆）和Jazz Jackrabbit 的游戲。它們基本上都是 2D 的老式游戲，但正在逐漸地被重新制作游戲（坦克大戰(zhàn)）軟件的開發(fā) 成 3D 游戲。 3D 版本的游戲規(guī)則和 2D 版本大致相同。 機(jī)械模擬類 —— 此類游戲包含各種駕駛、飛行、賽艇、賽車、坦克戰(zhàn)斗模擬以及讀者能夠想像到的任何其他種類。絕大多數(shù)此類游戲一直是 3D 的（雖然直到最近游戲的畫面表現(xiàn)才算差強(qiáng)人意）。 生態(tài)模擬類 —— 這個游戲類型相當(dāng)新，除了現(xiàn)實(shí)世界本身外，再沒有其他類似物了。我說的正是 Populous（上帝也瘋狂）、 SimCity（模擬城市）、 SimAnt（模擬螞蟻）等系列游戲。此類游戲允許玩家扮演主宰各個物種的神，或是控制某種人工系統(tǒng)，無論是一個城市、一群螞蟻、或是像 Gazzillonaire（一個很酷的游戲）那樣模擬財(cái)政金融。 戰(zhàn)略或戰(zhàn)爭類 —— 此類游戲已經(jīng)被分為許多子類?？墒俏也⒉幻つ客饽切┓诸惙椒?，所以我將具有戰(zhàn)略元素（有時是回合制的）的劃入此類，如 Warcraft（魔獸爭霸）、 Diablo（暗黑破壞神）、 Final Fantasy VII（最終幻想 7）等皆屬此類。這里我可能有點(diǎn)偏頗，可是因?yàn)?Diablo 雖是即時游戲，它仍然含有大量的策略因素和思考。與 Diablo 相對照， Final Fantasy 是回合制的而不是即時的。 交互式故事類 —— 這一類別包括類似 Myst（神秘島）的游戲?；旧希@些游戲的圖像都是預(yù)先渲染的，或按照“路徑”設(shè)計(jì)的，通過不斷地解決謎題來進(jìn)行游戲。通常，因?yàn)槿鄙俑玫亩x，這些游戲不允許玩家自由地閑逛，只能和玩互動圖書一樣。最后，它們并不像通常意義上的游戲程序，因?yàn)樗鼈?99%都是用 Director 或類似 Director 的工具編寫的。我想要是儒勒凡爾納一定會批評說這太沒勁了。 懷舊經(jīng)典類 —— 這類游戲總是似乎在一夜之間又冒了出來。無論何時，總是有人又想玩一玩老游戲，但希望游戲中的情節(jié)和難度較早先復(fù)雜。例如， Atari 制作了大約 1000 個 Tempest 的版本。我得承認(rèn)它們的銷售情況并不是特別好，但你一定能明白其中的道理。我很幸運(yùn)地對其中一些諸如 Dig Dug（淘金者）、 Centipede（貪食蛇）、 Frogger（青蛙人）等老游戲進(jìn)行了重新制作。 純智力謎題和棋牌類 —— 不需要太多的介紹。此類游戲是 2D、 3D 的或預(yù)先渲染的等等。俄羅斯方塊（ Tetris）、強(qiáng)手棋（又名大富翁， Monopoly）和麻將（ Mahjong）是歸于此類的眾多游戲中的滄海一粟。 游戲開發(fā)的各個階段 隨著開發(fā)階段的不同，對游戲架構(gòu)的需求也會有所不同。 中原工學(xué)院 信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) （論文） 13 早期階段 在早期階段 (概念、原型、可玩性階段 )，架構(gòu)的主要焦點(diǎn)將集中在如何讓程序先跑起來上面。在這些階段，與創(chuàng)建概念性的示不對比，架構(gòu)有可能看起來不那么至要。然而，如果架構(gòu)的設(shè)討沒有為以后階段的游戲開發(fā)發(fā)著想的話，以后你就會發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)沒有時間來做游戲的重構(gòu)了。 生產(chǎn)階段 在生產(chǎn)階段，查看器和編輯器 — 類的工具將很有用。查看器可以用米讓開發(fā)人員看到自己的內(nèi)容在游戲小會是什么樣子的。編輯器可以使得開發(fā)人員能對游戲的各個方面進(jìn)行調(diào)整。雖然此類的工具可以和游戲應(yīng)用本身分離開來，但是一般會要求把查看器 和編輯器的功能集成到游戲中。要做到這一點(diǎn)，我們必須同時為顧客和開發(fā)人員編碼。其目標(biāo)是要創(chuàng)建如此的一個架構(gòu)，它能增加共享組件的特性，也能把它們的開發(fā)相對獨(dú)立出來。 生成包裝階段 在產(chǎn)品包裝階段，我們必須把所有的游戲模式和顯示集成為一個無縫的產(chǎn)品。這個集成過程有時候會為日程延遲或者原設(shè)計(jì)方案的修改所累。如果有一個架構(gòu)能管理這些游戲模式和顯示，其至管理它們之間的轉(zhuǎn)化的話，那它就會讓這個過程進(jìn)行得更加順利。 測試階段 在測試階段，我們可能需要能在不同的模式或某些點(diǎn)進(jìn)入游戲。如此就需要我們的架 構(gòu)擁有此類的靈活性，能把設(shè)置這些模式和進(jìn)入點(diǎn)的工作變得容易起來。我們也有可能需要在游戲中能切換不同的驅(qū)動。如果我們的架構(gòu)把游戲和某種固定的視頻技術(shù)綁定了，那么切換視頻驅(qū)動就不可能了。不管我們是否需要提供驅(qū)動切換的功能，我們至少要在架構(gòu)中間加入日志功能以協(xié)助兼容性測試。 發(fā)布階段 當(dāng)我們到達(dá)發(fā)布階段以后，游戲開發(fā)小組可能還要繼續(xù)進(jìn)行游戲的移植，或者會有其他的開發(fā)人員來做移植工作。不管如何，如果我們的架構(gòu)移植到其他平臺很困難的話，這就會造成延遲。我們希望移植小組的時間是花在為每個平臺開發(fā)新特性和特性 增強(qiáng)上面，而不是花在研究如何讓它跑起來的問題上面。 游戲（坦克大戰(zhàn)）軟件的開發(fā) 游戲一般循環(huán)過程 游戲雖然有很多種類，但是游戲一般都遵循一個循環(huán)過程。接下來簡要介紹下 第一步：初始化 在這一步中，游戲程序執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)初始化操作，如內(nèi)存分配、資源采集、從磁盤載入數(shù)據(jù)等等。 第二步：進(jìn)入游戲循環(huán) 在這一步中，代碼運(yùn)行到游戲主循環(huán)體內(nèi)部。此時各種操作開始運(yùn)行，運(yùn)行持續(xù)到用戶退出主循環(huán)為止。 第三步：獲得玩家的輸入信息 在這一步里，游戲玩家的輸入信息被處理和 /或緩存，以備下一步人工智能和游戲邏輯使用。 第四步：執(zhí)行人工智能和游戲 邏輯 這一部分包括游戲代碼的主體部分，諸如執(zhí)行人工智能、物理系統(tǒng)和一般游戲邏輯，其結(jié)果用于渲染下一幀圖像。 第五步：渲染下一幀圖像 在這一步中，玩家的輸入和第四步中游戲人工智能和游戲邏輯執(zhí)行的結(jié)果，被用來產(chǎn)生游戲的下一幀動畫。這個圖像通常放在不可見的緩存區(qū)（ offscreen buffer area）內(nèi)，因此玩家不會看到它逐漸被渲染的過程。隨后該圖像被迅速拷貝到顯示存儲器中并顯示出來。 第六步：同步顯示 通常由于游戲復(fù)雜程度的不同，游戲在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的速度會時快時慢。比如，如果屏幕上有 1000 個 物體在動作， CPU 的負(fù)載就比只有 10 個對象時重得多。從而游戲的畫面刷新率（幀速率， frame rate）也會時高時低，而這是難以接受的。因此必須把游戲按照某個最大幀速率進(jìn)行同步，并使用定時功能和 /或等待函數(shù)來維持同步。一般來講能達(dá)到 30 幀 /秒的幀速率就非常好了。 第七步：循環(huán) 這一步非常簡單，只需返回到游戲循環(huán)的入口并重新執(zhí)行上述全部步驟。 第八步：關(guān)閉 這一步是游戲的結(jié)束，表示將退出主程序或游戲循環(huán)，并回到操作系統(tǒng)。然而，在用戶進(jìn)行結(jié)束之前，用戶必須釋放所有的資源并清理系統(tǒng)，這些釋放操作對任 何其他軟件也是同樣要做的。 中原工學(xué)院 信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) （論文） 15 游戲一般架構(gòu) 我們將討論平臺相關(guān)性、游戲相關(guān)立性、對象組合、繼承、基于幀的編碼、基于函數(shù)的編碼、操作順序、對象生命期，還有任務(wù)的集成。 平臺獨(dú)立性與平臺相關(guān)性 游戲經(jīng)常會使用很多獨(dú)立于操作系統(tǒng)和平臺技術(shù)的概念。這些概念決定了玩家在游戲中和更深刻的愉悅感。從另一個方面來說，游戲一般也會他用特定購硬件特性來增強(qiáng)游戲的表現(xiàn)力。這種表現(xiàn)力會使游戲擁有 — 種令人沉浸于其中的感覺。 架構(gòu)是不應(yīng)該依賴于操作系統(tǒng)和其技術(shù)的。我們可以為架構(gòu)設(shè)計(jì)一套獨(dú)立于平臺的系統(tǒng)接口，而不是依賴 于平臺丁的系統(tǒng)接口，雖然接口本身是平臺獨(dú)立的，但是找們可以使用系統(tǒng)來創(chuàng)建特定平臺的具體實(shí)現(xiàn)。 我們游戲中概念性的工作和平臺相關(guān)的東西距離越遠(yuǎn)，也就越容易在轉(zhuǎn)化的時候把平臺相關(guān)的代碼給替換掉。因此，我們創(chuàng)建一個游戲架構(gòu)的部分目標(biāo)就是要在任何可能的時候把下面的事情變得更容易一點(diǎn)，那就是要把游戲的高層次概念在操作系統(tǒng)還有平臺技術(shù)給獨(dú)立開來。 游戲獨(dú)立性和游戲相關(guān)性 我們?nèi)绻胱尲軜?gòu)在多個游戲里面都能使用，那就需要讓架構(gòu)擁有游戲獨(dú)立性。然而，如果我們只是要在一個游戲的幾個平臺上面使用架構(gòu)的話，那也可以讓部分架構(gòu)和游戲的一些相關(guān)性。 舉個例子，如果游戲控制了一個特定類型的角色，根據(jù)角色狀態(tài)的不同，它將表現(xiàn)出很多動態(tài)的視覺效果，我們渲染的代碼可能需要訪問游戲的相關(guān)狀態(tài)，然后決定此角色是否需要渲染。這種做法可以減少系統(tǒng)接口的調(diào)用，從而簡化代碼并使速度提高。 對象組合與對象繼承 要想使架構(gòu)結(jié)構(gòu)晾好，方法之一就是使用模板方法這個設(shè)計(jì)模式，然后只創(chuàng)建一個應(yīng)用類來派生類實(shí)例。如果這樣做，我們就是要把類的初始化和銷毀代碼設(shè)計(jì)成其派生類可以重載的算法。這種設(shè)計(jì)模式被成為居于類的，因此它使用了類繼承的方法來得到不 同的行為。 另外一個設(shè)計(jì)應(yīng)用程序初始化和銷毀步驟的方法是將其步驟分成一系列任務(wù)來處理。一個任務(wù)系統(tǒng)類可以用來調(diào)整任務(wù)的執(zhí)行，一個資源系統(tǒng)類可以用來定位游戲（坦克大戰(zhàn)）軟件的開發(fā) 和管理任務(wù)列表和任務(wù)對象?，F(xiàn)在我們使用是基于對象的模式，因此我們使用了對象組合的方法，而其中我們的資源系統(tǒng)則成了這些對象的中介者。 使用這樣的任務(wù)系統(tǒng)意味著我們可以使用對象組合而不是集成的方法來創(chuàng)建一個架構(gòu)。我們的任務(wù)系統(tǒng)通過任務(wù)的接口控制任務(wù)對象，而我們的任務(wù)則通過調(diào)用對象接口來工作。這同時也以為著我們的架構(gòu)不會有一個倒置的控制結(jié)構(gòu)，而這往往是使用模板方法所 固有的特性。取而代之的是我們的任務(wù)對象會來控制軟件。或許這個架構(gòu)可說成是一個對象架構(gòu)，而不是一個類架構(gòu)，但是毫無疑問他是一個架構(gòu)。 《設(shè)計(jì)模式》這本書上討論了很多對象組合的有點(diǎn)，也著重提出了面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的兩個原則： 1. 對于接口編程，而不是對實(shí)現(xiàn)編程。 2. 盡量采用對象組合而不是集成。 基于幀的和 基于函數(shù)的設(shè)計(jì) 有很多類型的軟件對于幀定時不關(guān)心，在這些軟件中函數(shù)可能要花費(fèi)數(shù)秒，數(shù)分鐘或者更長的時間才能完成。這種基于函數(shù)的操作比基于幀的操作更容易編程實(shí)現(xiàn)。 絕大多數(shù)游戲都必須有音頻和視頻方 面的相應(yīng)，還有在每幀里面計(jì)算許多動畫和細(xì)節(jié)。沒當(dāng)一幅視頻圖像以及一段音頻緩沖渲染的時候，我們也就創(chuàng)建了一幀。游戲可能以美妙 50 幀或者 60 幀的速度進(jìn)行渲染。這種基于幀的操作要求游戲分在很小的時間片斷上面執(zhí)行。如果要進(jìn)行一個耗時操作（超過了 1/60S），它就必須被分成很小的片斷或者是作為一個后臺任務(wù)來運(yùn)行。 對于我們的架構(gòu)來說，基于幀的操作需要一個幀系統(tǒng)類，這個類可以通知我們的任務(wù)系統(tǒng)類什么時候應(yīng)該調(diào)用與幀同步的任務(wù)。我們的任務(wù)系統(tǒng)也要能處理非幀同步的任務(wù)，這些任務(wù)我們稱之為“異步任務(wù)”。 由于幀系統(tǒng)控制了什么 時候應(yīng)該調(diào)用幀同步的任務(wù)，我們也可以提供手動播放每幀和選擇特定幀率的功能了。這既可以幫助檢查動畫播放效果的細(xì)節(jié)，也對其他的調(diào)試和測試有用。 動態(tài)和靜態(tài)操作順序 有很多類型的軟件操作需要以一種特定的順序執(zhí)行。對于這些操作，我們必須以預(yù)定的順序來調(diào)用函數(shù)，或者使用預(yù)定的順序把任務(wù)提交到我們的任務(wù)系統(tǒng)里面中原工學(xué)院 信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) （論文） 17 去。這是一個靜態(tài)順序的例子。 游戲總是由于一組相互關(guān)聯(lián)的顯示和它們之間的轉(zhuǎn)移組成的，它們之間一般沒有預(yù)定的順序，取而代之的是由玩家來決定下一步將會發(fā)生什么。這就是一個動態(tài)操作的例子。我們讓任務(wù)對象能訪 問任務(wù)系統(tǒng)和提交新任務(wù)，這樣我們的架構(gòu)就提供了一個