游戲引擎應(yīng)用開(kāi)發(fā)銜接課研究與設(shè)計(jì)

黃章菡

桂林航天工業(yè)學(xué)院，廣西 桂林 541004

游戲引擎應(yīng)用開(kāi)發(fā)是數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)大三下學(xué)期的一門專業(yè)課程。該課程是讓學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)游戲引擎Unity 來(lái)掌握開(kāi)發(fā)游戲的技能，對(duì)學(xué)生的編程能力要求很高，學(xué)生如果沒(méi)有一定的編程能力就很難學(xué)好這門課程。然而，很多學(xué)生的編程能力有限，還達(dá)不到開(kāi)發(fā)游戲的要求，導(dǎo)致他們?cè)趯W(xué)習(xí)游戲引擎應(yīng)用開(kāi)發(fā)時(shí)出現(xiàn)困難。因此，研究游戲引擎應(yīng)用開(kāi)發(fā)銜接課非常重要。目前，單純研究游戲引擎教學(xué)課程的文獻(xiàn)有很多,面向?qū)ο缶幊陶n程的文獻(xiàn)也很多。但是據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研，目前還未發(fā)現(xiàn)游戲引擎應(yīng)用開(kāi)發(fā)銜接課的相關(guān)研究。

一、銜接課的必要性

游戲引擎應(yīng)用開(kāi)發(fā)課程是一門對(duì)實(shí)踐能力要求較高的課程，不僅要求學(xué)生掌握游戲引擎的場(chǎng)景編輯、動(dòng)畫處理、邏輯管理、視覺(jué)特效等功能，而且要求學(xué)生能利用這些功能模塊結(jié)合C#編程語(yǔ)言編寫游戲邏輯，制作出具有可玩性的游戲，在學(xué)生自己動(dòng)手制作游戲的過(guò)程中鞏固和加深他們對(duì)游戲引擎的理解，讓知識(shí)點(diǎn)與實(shí)踐內(nèi)容相輔相成。對(duì)于實(shí)踐部分，掌握C#語(yǔ)法和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思維是必備的前置知識(shí)。

我們對(duì)數(shù)字媒體專業(yè)學(xué)生的編程能力進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)如下情況。1.學(xué)生的編程能力參差不齊。編程相關(guān)課程前后連接緊密，一旦某個(gè)知識(shí)點(diǎn)跟不上，后面的課程就會(huì)越落越遠(yuǎn)，導(dǎo)致部分學(xué)生失去信心，畏難情緒嚴(yán)重，在游戲引擎應(yīng)用開(kāi)發(fā)課中一旦遇到與編程相關(guān)的知識(shí)就會(huì)放棄。2 數(shù)字媒體專業(yè)學(xué)生盡管之前學(xué)過(guò)一些編程語(yǔ)言（C、Java），但并沒(méi)有系統(tǒng)地學(xué)習(xí)Unity引擎所使用的C#語(yǔ)言，如果要學(xué)習(xí)Unity 引擎，就要快速上手C#語(yǔ)法。3.編程課程大都開(kāi)在大一下學(xué)期和大二上學(xué)期，而數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)課程內(nèi)容繁雜，還有很多藝術(shù)方面的課程要學(xué)，到了大三，學(xué)生之前培養(yǎng)起來(lái)的編程能力已逐漸退化，需要復(fù)習(xí)鞏固。

游戲引擎應(yīng)用開(kāi)發(fā)課程對(duì)學(xué)生的編程能力有一定要求。Unity 引擎為開(kāi)發(fā)者提供了三維渲染、物理碰撞、移動(dòng)旋轉(zhuǎn)等游戲開(kāi)發(fā)的核心功能，因此其不需要使用者掌握復(fù)雜的圖形學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)知識(shí)，但游戲?qū)ο蟮男袨檫壿嬓枰肅#語(yǔ)言來(lái)編寫，這就需要使用者掌握基本的C#語(yǔ)法，包括控制流語(yǔ)句、變量、函數(shù)、類，等等。同時(shí)，游戲開(kāi)發(fā)中充滿了游戲?qū)ο箝g的交互，在設(shè)計(jì)腳本的時(shí)候，需要使用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思維，熟練運(yùn)用繼承、多態(tài)等特性去設(shè)計(jì)游戲腳本，否則游戲程序?qū)?huì)混亂不堪，難以維護(hù)和修改。總之，越是熟悉C#語(yǔ)言和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思維，在游戲開(kāi)發(fā)中就會(huì)越得心應(yīng)手。

同時(shí)，課程后期還涉及不少需要一定編程能力和計(jì)算機(jī)知識(shí)才能做出的實(shí)踐內(nèi)容。在以往的課程教學(xué)中筆者發(fā)現(xiàn)，在涉及單例模式、對(duì)象池、游戲的AI狀態(tài)機(jī)等內(nèi)容時(shí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)和實(shí)踐存在一定的障礙，但大一、大二編程基礎(chǔ)課中動(dòng)手能力較強(qiáng)、編程基礎(chǔ)較好的學(xué)生在上述內(nèi)容的學(xué)習(xí)中往往掌握得比較快。

可見(jiàn)，做好游戲引擎應(yīng)用開(kāi)發(fā)的課程銜接是十分有必要的。我們需要一個(gè)學(xué)時(shí)短且高效的課程幫助學(xué)生快速掌握C#語(yǔ)法，還要通過(guò)實(shí)實(shí)在在的游戲案例重建學(xué)生對(duì)編程的信心，為學(xué)生建立“游戲編程其實(shí)并不難”的認(rèn)知。另外，Unity 游戲引擎是一個(gè)封裝好的復(fù)雜的系統(tǒng)，在學(xué)習(xí)引擎時(shí)僅僅了解引擎表層工具的使用是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有了解游戲引擎的內(nèi)部運(yùn)作才能去解決一些深層次的問(wèn)題。作為游戲引擎應(yīng)用開(kāi)發(fā)的前置課程，該課程會(huì)帶領(lǐng)學(xué)生在沒(méi)有游戲引擎的情況下只用Console控制臺(tái)去完成一個(gè)小游戲，讓學(xué)生從底層的游戲循環(huán)開(kāi)始了解計(jì)算機(jī)游戲的架構(gòu)，為學(xué)生以后學(xué)習(xí)游戲引擎的底層原理奠定基礎(chǔ)。

二、游戲引擎應(yīng)用開(kāi)發(fā)銜接課的設(shè)計(jì)

開(kāi)設(shè)銜接課程是為了讓學(xué)生有更好的編程語(yǔ)言基礎(chǔ)和編程思維，以應(yīng)對(duì)接下來(lái)游戲引擎應(yīng)用開(kāi)發(fā)課程中的編程部分。

游戲引擎應(yīng)用開(kāi)發(fā)銜接課并不需要像傳統(tǒng)的C#編程課程一樣將C#的語(yǔ)法知識(shí)點(diǎn)詳細(xì)地學(xué)習(xí)一遍，學(xué)生只需掌握Unity 引擎游戲開(kāi)發(fā)的必備基礎(chǔ)編程知識(shí)就足夠了。更深入的知識(shí)可以在游戲引擎的使用中邊做邊學(xué)。我們整理出了游戲引擎應(yīng)用開(kāi)發(fā)課程所必備的前置編程知識(shí)點(diǎn)：表達(dá)式、運(yùn)算符、控制流語(yǔ)句、函數(shù)、類的封裝、繼承、多態(tài)、接口和泛型容器。

這些知識(shí)對(duì)數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的大三學(xué)生來(lái)說(shuō)并不陌生，然而在實(shí)踐中學(xué)生往往不能充分地應(yīng)用他們已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)。最常見(jiàn)的情況是，他們可能知道單個(gè)語(yǔ)句的語(yǔ)法語(yǔ)義，但是不知道如何將他們組合成有效的程序。例如，學(xué)生們都知道for 循環(huán)的語(yǔ)法，也知道如何接收輸入的字符、設(shè)置控制臺(tái)游標(biāo)的位置，但讓他們實(shí)現(xiàn)一個(gè)控制臺(tái)小游戲中方向鍵控制角色（用字符代替）移動(dòng)就沒(méi)有思路了。出現(xiàn)這種問(wèn)題的原因主要是大多數(shù)編程書籍上的內(nèi)容往往都圍繞著特定語(yǔ)言的知識(shí)，編程語(yǔ)言的教學(xué)也以講授語(yǔ)法為主，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)不能聯(lián)系具體的應(yīng)用場(chǎng)景，因而學(xué)生在學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言語(yǔ)法時(shí)只知道知識(shí)點(diǎn)而掌握不了解決問(wèn)題的方法策略。同時(shí)，參考書上的編程案例只針對(duì)某一具體的語(yǔ)法，缺乏知識(shí)點(diǎn)的前后貫穿，為避免這些問(wèn)題，在銜接課中我們采用案例式教學(xué)。我們通過(guò)兩個(gè)游戲案例，將Unity 游戲開(kāi)發(fā)中所需要的知識(shí)點(diǎn)全部串聯(lián)起來(lái)。這樣，學(xué)生的學(xué)習(xí)會(huì)有一個(gè)明確的目標(biāo)：完整地做出游戲；在學(xué)習(xí)特定語(yǔ)法時(shí)能夠明確當(dāng)前所學(xué)知識(shí)點(diǎn)是為了解決什么問(wèn)題、完成哪個(gè)功能模塊。

我們將游戲引擎應(yīng)用開(kāi)發(fā)銜接課設(shè)置為24 個(gè)學(xué)時(shí),課程采用線上視頻教學(xué)的形式，不同編程基礎(chǔ)的學(xué)生可以有選擇地學(xué)習(xí)，幫助即將學(xué)習(xí)游戲引擎應(yīng)用開(kāi)發(fā)課程的大三學(xué)生鞏固編程知識(shí)，做到承上啟下。

三、教學(xué)案例

課程主要使用案例式教學(xué)。我們將游戲開(kāi)發(fā)中涉及的有關(guān)知識(shí)點(diǎn)梳理出來(lái)，根據(jù)這些知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)適合展現(xiàn)這些知識(shí)點(diǎn)的游戲案例，引導(dǎo)學(xué)生一步步完成游戲項(xiàng)目。每一個(gè)步驟都有相關(guān)的C#語(yǔ)法知識(shí)點(diǎn)，當(dāng)游戲項(xiàng)目完成時(shí)，一個(gè)個(gè)零散的知識(shí)點(diǎn)就被串聯(lián)起來(lái)了，從而讓學(xué)生掌握C#面向?qū)ο缶幊痰恼Z(yǔ)法和編程思路，為接下來(lái)游戲引擎應(yīng)用開(kāi)發(fā)課程做準(zhǔn)備。

作為案例的游戲項(xiàng)目叫《勇者救公主》，這是一個(gè)簡(jiǎn)化版《魔塔》類的游戲。該游戲是一個(gè)控制臺(tái)應(yīng)用程序，所有的游戲?qū)ο蠼詾樽址?。玩家通過(guò)ASDW 四個(gè)按鍵控制勇者在迷宮的移動(dòng)并與魔王戰(zhàn)斗，打敗魔王救出公主。游戲流程和游戲界面如圖1、圖2所示。

為了保證知識(shí)點(diǎn)難度的循序漸進(jìn)，我們使用兩種思路來(lái)分別實(shí)現(xiàn)游戲——面向過(guò)程的思路和面向?qū)ο蟮乃悸?。面向過(guò)程的實(shí)現(xiàn)方式涉及的語(yǔ)法知識(shí)點(diǎn)較為簡(jiǎn)單，對(duì)象為編程基礎(chǔ)較差，甚至是沒(méi)有編程基礎(chǔ)的學(xué)生。該案例使用面向過(guò)程的程序設(shè)計(jì)思路，按照游戲的運(yùn)行過(guò)程，僅使用控制流語(yǔ)句和函數(shù)這些面向過(guò)程編程的語(yǔ)法來(lái)實(shí)現(xiàn)游戲項(xiàng)目。這個(gè)案例會(huì)讓學(xué)生著重理解表達(dá)式、運(yùn)算符、控制流語(yǔ)句、函數(shù)還有游戲框架的幀循環(huán)。而面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)思路的案例會(huì)用面向?qū)ο蟮乃季S將這個(gè)游戲重新實(shí)現(xiàn)一遍。在這個(gè)案例中我們不再講程序的運(yùn)行邏輯，而是著重講解用類的概念，從游戲?qū)ο蟮膶傩院凸δ艹霭l(fā)設(shè)計(jì)程序。面向?qū)ο蟀咐齻?cè)重于類的概念、面向?qū)ο缶幊痰乃季S方式、類的繼承和多態(tài)等面向?qū)ο蟮暮诵闹R(shí)。

在視頻課程中，我們會(huì)將整個(gè)游戲的實(shí)現(xiàn)過(guò)程拆解為多個(gè)小問(wèn)題，或者說(shuō)是功能模塊，按實(shí)現(xiàn)步驟讓學(xué)生把問(wèn)題解決，從而完成功能模塊。我們盡量做到每個(gè)功能模塊對(duì)應(yīng)一到兩個(gè)C#知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生循序漸進(jìn)地接受知識(shí)。以面向過(guò)程的程序案例為例，游戲功能與拆分出來(lái)的小知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

四、教學(xué)過(guò)程

教學(xué)過(guò)程以問(wèn)題為主導(dǎo)。參考文獻(xiàn)［10］中提出的教學(xué)方式——“學(xué)生們不僅僅是聽(tīng)講座，他們還制定問(wèn)題，設(shè)計(jì)自己的方法來(lái)回答問(wèn)題并找到解決方案”，被后續(xù)很多教學(xué)研究證明是一種更為有效的計(jì)算機(jī)編程教學(xué)方式。我們的教學(xué)過(guò)程基于這樣的方式：首先展示這個(gè)章節(jié)要實(shí)現(xiàn)的游戲功能，并提出學(xué)生實(shí)現(xiàn)該功能應(yīng)解決的問(wèn)題，這樣學(xué)生就能明確當(dāng)前的學(xué)習(xí)目標(biāo)。接著，講解這個(gè)功能所涉及的C#語(yǔ)法，當(dāng)學(xué)生了解這些語(yǔ)法規(guī)則之后，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用這些知識(shí)制訂方案以解決前面所提出的問(wèn)題。如果學(xué)生無(wú)法獨(dú)立完成，我們就提供功能模塊實(shí)現(xiàn)的講解視頻供學(xué)生參考。這樣學(xué)生就能夠第一時(shí)間將知識(shí)點(diǎn)運(yùn)用在游戲項(xiàng)目上，有利于他們更好地掌握和吸收已學(xué)的知識(shí)。然后，再布置一個(gè)關(guān)于這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的拓展練習(xí)，讓學(xué)生獨(dú)立完成，以檢查學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。

以面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)思路案例中的戰(zhàn)斗對(duì)象這個(gè)章節(jié)為例，這個(gè)章節(jié)需要實(shí)現(xiàn)的功能是玩家和不同種類敵人之間的戰(zhàn)斗，需要學(xué)生在已經(jīng)掌握的知識(shí)的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)多態(tài)中的函數(shù)重載。首先，我們會(huì)對(duì)學(xué)生明確這個(gè)章節(jié)的目標(biāo)——實(shí)現(xiàn)一個(gè)戰(zhàn)斗管理類，這個(gè)類負(fù)責(zé)處理回合制戰(zhàn)斗的邏輯，并且還要能處理玩家與不同敵人之間的戰(zhàn)斗。不同的敵人有著不同的攻擊方式，被打敗之后也會(huì)有不同的處理方式。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，我們會(huì)使用多態(tài)的知識(shí)點(diǎn)。其次，開(kāi)始講解多態(tài)讓繼承同一父類的子類們?cè)趫?zhí)行相同方法時(shí)有不同的表現(xiàn)這一概念，再講解如何用虛函數(shù)、函數(shù)重寫、抽象類等多態(tài)語(yǔ)法來(lái)實(shí)現(xiàn)多態(tài)。最后，課程將帶著學(xué)生將多態(tài)應(yīng)用到實(shí)際的游戲案例中，讓同一個(gè)父類中的攻擊函數(shù)表現(xiàn)出不同的運(yùn)算邏輯，實(shí)現(xiàn)魔王和小怪對(duì)玩家不同方式的攻擊。當(dāng)學(xué)生掌握這部分內(nèi)容后，給學(xué)生布置一個(gè)作為拓展的思考題：擊敗一個(gè)小怪之后會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)三種掉落物，分別能強(qiáng)化玩家的不同屬性，要求學(xué)生用多態(tài)的思想來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。

五、總結(jié)

文章針對(duì)目前游戲引擎應(yīng)用開(kāi)發(fā)課程學(xué)生編程基礎(chǔ)薄弱這一現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，以銜接課程為切入點(diǎn)，用游戲案例的形式將使用Unity引擎所需要用到的C#知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，以彌補(bǔ)學(xué)生的不足，同時(shí)讓學(xué)生了解游戲程序的架構(gòu)，為接下來(lái)的游戲引擎應(yīng)用開(kāi)發(fā)打下基礎(chǔ)。在今后的教學(xué)實(shí)踐中，筆者還需進(jìn)一步了解學(xué)生對(duì)該課程的反饋，積極改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。