計(jì)算機(jī)游戲設(shè)計(jì)課程實(shí)訓(xùn)案例庫建設(shè)研究

摘要：針對(duì)目前計(jì)算機(jī)游戲設(shè)計(jì)課程案例庫存在的內(nèi)容陳舊、技術(shù)覆蓋面窄等問題，綜合考慮計(jì)算機(jī)游戲編程的特點(diǎn)與軟件工程專業(yè)人才的培養(yǎng)需求，提出由易到難、由簡到繁地進(jìn)行計(jì)算機(jī)游戲設(shè)計(jì)課程實(shí)訓(xùn)案例庫建設(shè)。闡述教學(xué)實(shí)踐中的實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證實(shí)訓(xùn)案例庫建設(shè)方案的可行性。

關(guān)鍵詞：案例教學(xué)法；案例庫；計(jì)算機(jī)游戲設(shè)計(jì)；實(shí)訓(xùn)

引言

動(dòng)漫游戲文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)是21世紀(jì)的朝陽產(chǎn)業(yè)。計(jì)算機(jī)游戲設(shè)計(jì)課程作為數(shù)字媒體專業(yè)軟件工程碩士的核心課程，系統(tǒng)介紹游戲設(shè)計(jì)方法和開發(fā)技巧，重點(diǎn)講授游戲開發(fā)所必需的二維圖像、三維圖形、動(dòng)畫、人工智能等專業(yè)知識(shí)。多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)表明，在教學(xué)方法上，該課程必須結(jié)合案例教學(xué)法，通過游戲案例啟發(fā)性地說明游戲設(shè)計(jì)的各種原理和方法，才能達(dá)到良好的教學(xué)效果。然而，目前該課程教學(xué)過程中可用的游戲案例數(shù)量少、類型單一、案例陳舊、編寫不規(guī)范，無法滿足數(shù)字媒體學(xué)科方向碩士研究生的培養(yǎng)要求。

為增強(qiáng)該課程的教學(xué)水平，切實(shí)提高計(jì)算機(jī)游戲設(shè)計(jì)課程的教學(xué)質(zhì)量，應(yīng)加快建設(shè)計(jì)算機(jī)游戲設(shè)計(jì)課程案例庫，深入研究該課程的實(shí)訓(xùn)案例庫教學(xué)方法。

1 設(shè)計(jì)思想和總體結(jié)構(gòu)

動(dòng)漫游戲產(chǎn)業(yè)對(duì)未來游戲設(shè)計(jì)人才的需求，更傾向于具有較強(qiáng)的實(shí)際工程能力。結(jié)合案例庫的教學(xué)方法，是一種面向未來的致力于提高學(xué)生需求分析能力與編程實(shí)踐能力的新教學(xué)模式，對(duì)培養(yǎng)理論與實(shí)踐均衡發(fā)展的高素質(zhì)人才具有重要意義。

計(jì)算機(jī)游戲設(shè)計(jì)課程實(shí)訓(xùn)案例庫建設(shè)，將案例介紹和分析過程流程化與規(guī)范化，將案例教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，為學(xué)生提供更多的標(biāo)準(zhǔn)化典型案例，使學(xué)生在不斷更新的、接近產(chǎn)業(yè)實(shí)踐的教學(xué)環(huán)境中學(xué)習(xí)游戲開發(fā)，更快地接受相關(guān)理論知識(shí)，提升其實(shí)踐能力。

在深入剖析國內(nèi)外經(jīng)典案例庫建設(shè)方案的基礎(chǔ)上，筆者設(shè)計(jì)了符合動(dòng)漫游戲產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的游戲設(shè)計(jì)案例庫，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 計(jì)算機(jī)游戲設(shè)計(jì)課程實(shí)訓(xùn)案例

案例庫以現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)游戲設(shè)計(jì)課程為基礎(chǔ)，從實(shí)用角度出發(fā)，以游戲引擎開發(fā)為主線，采用項(xiàng)目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式，生動(dòng)詳實(shí)地展現(xiàn)游戲設(shè)計(jì)的基本原理、概念、技術(shù)和方法。計(jì)算機(jī)游戲設(shè)計(jì)課程實(shí)訓(xùn)案例庫劃分為經(jīng)典案例篇、基礎(chǔ)知識(shí)篇和引擎設(shè)計(jì)篇等3篇，共包含10個(gè)精選案例。

2.1 經(jīng)典游戲案例

經(jīng)典案例篇分析國內(nèi)外著名游戲公司的經(jīng)典游戲案例，并介紹目前最熱點(diǎn)的游戲開發(fā)平臺(tái)，同時(shí)結(jié)合吉林大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院2013年開發(fā)的一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目——交互式虛擬物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，對(duì)游戲引擎的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)分析。虛擬交互實(shí)驗(yàn)室案例采用Unity Technologies開發(fā)的unity3D游戲引擎，針對(duì)中學(xué)的物理、化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)并開發(fā)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了共計(jì)50個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的交互式三維仿真實(shí)驗(yàn)，能夠幫助中學(xué)生在輕松的游戲氛圍中，理解物理、化學(xué)的理論知識(shí)，提高其實(shí)驗(yàn)操作能力。

2.2 基礎(chǔ)知識(shí)案例

基礎(chǔ)知識(shí)篇通過結(jié)合知識(shí)點(diǎn)的案例，由淺入深地介紹游戲設(shè)計(jì)技術(shù)。旋轉(zhuǎn)彩色正八面體繪制案例中，首先繪制一個(gè)正八面體，并采用幀更新思想實(shí)現(xiàn)該幾何體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。正八面體光照案例中，為正八面體增加光照，以增強(qiáng)幾何體的立體感。倒映正八面體案例利用模板測(cè)試技術(shù)，在場(chǎng)景中渲染出兩個(gè)正八面體，一個(gè)是幾何體本身，另一個(gè)是幾何體在鏡面的倒影，其實(shí)現(xiàn)效果如圖2所示。天空、地形和網(wǎng)格繪制案例中，天空盒使用一個(gè)球體表示天空，然后為該球體賦予相應(yīng)的紋理，其實(shí)現(xiàn)效果如圖3所示。碰撞檢測(cè)與拾取案例對(duì)一個(gè)球體和一個(gè)茶壺進(jìn)行碰撞檢測(cè)，如果檢測(cè)成功則彈出“擊中”對(duì)話框，其實(shí)現(xiàn)效果如圖4所示。

2.3 引擎設(shè)計(jì)案例

引擎設(shè)計(jì)篇通過不同類型游戲引擎開發(fā)的需求，給出綜合案例。首先是模擬自然景觀游戲引擎，引擎包括浮云、海浪、雨滴和噴泉的三維效果。第二是運(yùn)動(dòng)灑水車游戲引擎案例，其主要元素包括球面天空、地形和灑水車；引擎還能夠控制自然光的位置，形成灑水車在地面上的陰影。地空對(duì)戰(zhàn)游戲引擎案例完整地構(gòu)建了一個(gè)地空對(duì)戰(zhàn)的游戲引擎，引擎的主要元素包括直升機(jī)、粒子槍、天空盒和地面。直升機(jī)的數(shù)量設(shè)定在一定范圍內(nèi)，直升機(jī)的飛行軌跡由玩家通過鍵盤輸入進(jìn)行控制，并采用時(shí)間變化量控制畫面的移動(dòng)。引擎讀取網(wǎng)格數(shù)據(jù)，創(chuàng)建并繪制遠(yuǎn)處和近處的直升機(jī)，玩家通過鍵盤控制粒子槍的方向和粒子的發(fā)射。當(dāng)直升機(jī)被擊中時(shí)會(huì)產(chǎn)生爆炸效果，并繪制爆破火光，直至直升機(jī)墜毀消失。

3 案例教學(xué)內(nèi)容安排及教學(xué)組織

計(jì)算機(jī)游戲案例教學(xué)根據(jù)游戲設(shè)計(jì)課程的特點(diǎn)對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合，引入針對(duì)性較強(qiáng)的實(shí)訓(xùn)案例，實(shí)現(xiàn)從各個(gè)核心知識(shí)點(diǎn)到實(shí)用游戲程序的無縫銜接，使學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)更有針對(duì)性，進(jìn)而提高教學(xué)的有效性。

在實(shí)訓(xùn)教學(xué)的前期，當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)顏色、光照、模板等教學(xué)內(nèi)容時(shí)，選擇單項(xiàng)的案例編程，目的在于讓學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)游戲設(shè)計(jì)的基本知識(shí)點(diǎn)。當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)網(wǎng)格、地形、粒子系統(tǒng)等教學(xué)內(nèi)容時(shí)，展開綜合案例項(xiàng)目的編程設(shè)計(jì)，每一個(gè)案例項(xiàng)目都以之前的案例項(xiàng)目為基礎(chǔ)，且在每一個(gè)案例項(xiàng)目中，各個(gè)步驟也通過內(nèi)在關(guān)聯(lián)拓展而成。

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容建立實(shí)訓(xùn)案例庫，確保教學(xué)效果。每個(gè)模塊教學(xué)前，先給學(xué)生介紹實(shí)訓(xùn)案例并演示效果，精選一些有趣的案例學(xué)習(xí)基本理論、數(shù)學(xué)推導(dǎo)，讓學(xué)生輕松掌握世界坐標(biāo)變換、取景變換、背面消隱、投影等相對(duì)單調(diào)的程序模塊編寫方法。

在完成案例教學(xué)與實(shí)訓(xùn)練習(xí)的基礎(chǔ)上，組織學(xué)生以小組形式參加項(xiàng)目設(shè)計(jì)。通過模擬游戲公司的開發(fā)過程，按照現(xiàn)有游戲引擎中渲染繪制程序的功能要求，開發(fā)實(shí)現(xiàn)案例庫中引擎設(shè)計(jì)篇的小型游戲引擎，讓學(xué)生在真實(shí)的編程情景中做自己感興趣的項(xiàng)目，體會(huì)學(xué)與用的結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的編程熱情。通過這些案例項(xiàng)目的實(shí)施，讓學(xué)生在實(shí)踐中運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，完善自己編寫的程序，提高編程能力及編程技巧，并深刻理解理論教學(xué)環(huán)節(jié)中學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)。

4 結(jié)語

計(jì)算機(jī)游戲設(shè)計(jì)課程實(shí)訓(xùn)案例庫被應(yīng)用于我校2012-2015級(jí)數(shù)字媒體專業(yè)計(jì)算機(jī)游戲設(shè)計(jì)課程。在案例教學(xué)過程中，經(jīng)典游戲案例的學(xué)習(xí)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情；基礎(chǔ)知識(shí)案例為學(xué)生學(xué)習(xí)游戲設(shè)計(jì)打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)，引擎設(shè)計(jì)案例在給學(xué)生提出一定挑戰(zhàn)的基礎(chǔ)上，提供了一套可供參考的范例，使學(xué)生在游戲開發(fā)實(shí)踐中，設(shè)計(jì)思路清晰，調(diào)試目標(biāo)正確，提高了學(xué)習(xí)效率與學(xué)習(xí)效果。

計(jì)算機(jī)游戲設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)案例庫建設(shè)有助于改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)存在的不足，有效地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深了學(xué)生對(duì)理論的理解和掌握，增強(qiáng)了運(yùn)用技術(shù)的能力。同時(shí)，實(shí)訓(xùn)案例庫建設(shè)是一個(gè)持續(xù)的過程，教師在建設(shè)案例庫的同時(shí)，應(yīng)注意根據(jù)行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)，及時(shí)更新并調(diào)整案例，以保證學(xué)校與行業(yè)的無縫對(duì)接，建立培養(yǎng)優(yōu)秀人才的優(yōu)質(zhì)資源。