游戏编程基础

硬件

编程语言

蜜蜂

如果您正在寻找“如何开发游戏”这个问题的答案，让我们一起思考。首先，我们不会讨论编写游戏是否需要学习软件语言或游戏引擎。事实上，游戏行业是一个涵盖许多不同领域的领域，例如数学、艺术、心理学甚至电影。换句话说，仅仅掌握游戏引擎和软件语言是远远不够的。那么我们需要了解什么呢？让我们一起来看看。

游戏机制

如今，游戏吸引大量玩家的最大原因之一是游戏机制。为了更好地理解游戏机制，我们必须思考一个系统。这个系统控制着各种子系统。为了更好地理解这一点，你可以查看下面的图表。

系统

如上图所示，系统承担以下任务：

• 运行加载和保存部分来加载文件。
• 然后，它使用音频和图形部分来运行介绍动画。
• 在使用游戏界面的过程中，用户输入可确保图形和声音部分协调工作。
• 最后，它确保图形、声音、用户输入、人工智能和网络部分在游戏中协调工作。

资源

资源描述了硬盘上游戏所需的必要文件。

• 这些文件包含描述游戏默认运行配置的配置文件。
• 如果可用，它包含游戏首次启动时播放的介绍视频文件。
• 包含用户在游戏前获取有关游戏的信息的文件。
• 它包含游戏中的图形、音乐和章节信息的文件。

游戏模型

• 是游戏图形、音乐和文本文件从内存中的资源加载到内存中的状态。
• 图像文件存储在内存中或者显卡的纹理内存中。
• 部分、分数等信息保存在变量和数据结构中。

上传并保存

这部分是从源头获取图形、音乐和其他信息并将其放入内存（游戏模型）的粒子，并在出现新的得分情况或记录游戏时将其保存回源头。

上传：配置文件、章节文件、图像文件、音乐和声音文件、3D模型文件、视频文件、帮助文件。

保存：比赛期间需要保存的分数文件和其他文件

图形

在我看来，这是游戏中最重要也是最难的部分。因为没有视觉效果，游戏就不可能存在。这部分负责绘制屏幕。

• 播放视频
• 显示游戏界面
• 查看分数、帮助和配置信息
• 显示游戏自身的图形

用户输入

没有互动的游戏就像电影一样。用户互动无疑是游戏机制中连接用户与游戏的必要条件之一。系统需要与用户持续互动。键盘、鼠标等等，这些都是我们要用到的设备。

• 使用游戏界面
• 查看帮助文件
• 审阅乐谱文件
• 配置（系统和游戏相关）
• 控制游戏中的用户角色

声音和音乐

如果你想理解声音和音乐的重要性，请在玩游戏时关闭声音。你会发现，当没有声音时，游戏的价值会下降。我们可以说，声音的价值与游戏的画面一样宝贵。

• 背景音乐正在播放
• 碰撞和运动的音效

人工智能（AI）

让我们来思考一下游戏中敌人的智力水平。它们看起来越像人类，行为就越智能，游戏就越有趣。这不仅仅是敌人。在开放世界游戏中，路过的市民会看手表，在阳光明媚的天气里擦汗，会给你让路，甚至会和你争吵，会在你虐待动物时攻击你等等。所有这些都可以归入人工智能的范畴。

网络监听和发送

这部分是允许多人一起玩游戏的部分，在这个部分中，双方向游戏服务器发送信息，并通过监听服务器收到的信息在游戏中进行更新。

建立会话：参与游戏的玩家首先同意使用哪种协议和哪个端口进行通信。

数据包传输：游戏中的移动会以数据包的形式发送到服务器。服务器进行必要的修改后，再分发给所有参与方。

包裹领取：同时双方通过监听服务器得知变更，并反映到游戏中。

硬件

电脑游戏爱好者总是渴望拥有更出色的画面、音乐、物理效果以及更强大的人工智能。要实现这一切，必须满足以下两个条件之一。

• 应该进行软件优化，找到新的算法，
• 应采用合适的设备并提高处理速度。

如今，新算法和代码优化的进展远慢于硬件发展的速度。如今，软件不再关注新算法，而是关注可重用性、代码开放性、代码安全性（封装性）等问题。而硬件则试图尽可能提高处理器速度和内存容量以满足这些新需求。

在本节中，我们可以讨论许多不同的硬件，例如：

• 显卡，
• 处理器，
• 母板，
• 声卡，
• 显示器、扬声器和新的输入设备等……

编程语言

编程语言是一种计算机语言，它提供了以特定标准形式开发命令和软件的机会。借助编程语言，我们可以控制计算机在何种情况下能够输出何种类型的结果。简而言之，借助编程语言，计算机和人类可以进行高效的沟通。

由于我们的主题是游戏开发，我们将重点关注这个主题。根据你的目标和创作内容，你可以使用所有编程语言来开发游戏。有些人会坚持要求你学习 C++。这绝对不是事实。你可以使用 JavaScript、C#、Python 甚至 C 语言来制作出色的游戏。一款仅在主机屏幕上运行的选择式冒险游戏也可能很棒。但如果你想制作更专业、更吸引人的游戏，请继续阅读。

C++

C++ 是一门高级语言，可以教授面向对象编程的基础知识，因此学习它是个不错的选择。它也是用于开发控制台游戏和 Windows 游戏的语言。此外，它使用 OpenGL 或类似的框架（如果您继续阅读本指南，我将详细讲解 OpenGL）。

C++ 是一种快速编译的编程语言。在内存管理方面，你也拥有很大的自主权。它拥有丰富的库，可用于设计和驱动复杂的图形处理。由于 C++ 几十年来一直是程序员的首选语言，因此有很多文献可供你提升技能，而且你会发现在线社区随时准备解答你的问题。

如果我们说 C++ 容易学习，那绝对是谎言。与其他编程语言相比，C++ 确实很难学。但它之所以有用，不仅因为 C++ 游戏易于在各种平台上发行，还因为如果你懂 C++，就能快速学习 C# 和其他面向对象语言。C++ 和 C# 只是当今最活跃的编程语言中的两种。

总而言之，如果您想从头开始创建游戏，学习 C++ 是一个不错的选择。

C♯

C# 的优势在于 XNA 框架。这是微软提供的一套工具和工作区，特别适合 Xbox 或 Windows 平台上的游戏。

如果比较 C++ 和 C#，你可能会想到这个例子。C++ 就像一辆手动挡汽车，而 C# 就像一辆自动挡汽车。让我们以 Unity 游戏引擎为例。如果使用 Unity 游戏引擎，你必须用 C# 编写脚本。然而，这款游戏引擎的核心是 C++ 代码。

你的目标平台、你想制作的游戏、你将使用的游戏引擎等等因素都会影响你对语言的选择。不过，学习 C# 确实是一个好主意。

Java

游戏程序员经常使用 Java，因为 Java 支持多线程和套接字。多线程占用更少的内存，并充分利用可用的 CPU，而不会在后台运行密集进程时阻塞用户。套接字有助于创建多人游戏。此外，Java 在虚拟机中运行，因此游戏更易于部署。

此外，如果您想为 Android 平台开发应用程序和游戏，Java 将是一个不错的选择。

JavaScript

制作浏览器游戏与制作主机游戏截然不同。如果您需要 3D 图形或复杂的图形以及内容管理系统，那么您还需要 SVG 或 WebGL。

使用编程语言 ActionScript 的 Flash 动画在过去是浏览器游戏中常见的，但 Flash 已经过时了。

麻省理工学院开发的支持 WebGL 的 Java 引擎（例如PlayCanvas）允许用户同时使用在线浏览器进行游戏并发布到多个平台。

此外，还有很多优秀的游戏引擎可以使用 JavaScript。例如，PhaserJS就是其中之一。

蜜蜂

API 是什么？它代表应用程序编程接口 (API)。它们是一些库，通过提供一系列函数来帮助我们执行特定任务。

我们将在游戏中使用的 API 将是库，通过提供图形和声音硬件的接口，使我们能够充分利用这些 API。例如 OpenGL、GLUT、GLU、DirectX（Direct3D、DirectDraw、DirectShow、DirectInput、DirectPlayer、DirectSound、DirectMusic）、Java2D、Java3D、JavaMusic、JavaNET、JavaMedia、FMOD 等等……

我觉得学习OpenGL库会很有用。所以，我们来简单聊聊OpenGL吧。

OpenGL

OpenGL 驻留在图形硬件上，并提供与该硬件的接口。该接口包含 250 个不同的指令集。其中 200 个位于 OpenGL 核心中，另外 50 个位于 OpenGL 实用程序库中。借助 OpenGL 图形 API，您可以开发 3D 交互式应用程序。

OpenGL 是一个独立于平台的 API。它被设计为一个执行连续运行命令流的接口。为了确保其质量，它不包含诸如窗口任务和获取用户输入之类的命令，而是受益于其所使用平台为 OpenGL 提供的窗口和输入服务。同样，它不包含用于创建高级 3D 对象的命令。但使用其提供的命令，它可以创建汽车、平面或分子表面。为了使用 OpenGL 创建此类所需的模型，我们利用了我们称之为几何图元的小工具包中的点、线和多边形。

当然，更好的图形系统可以建立在OpenGL的核心结构之上。OpenGL实用库（GLU）拥有许多高级建模功能，包括二次曲面、NURBS曲线和曲面渲染。

渲染期间执行哪些操作？

通过下面的4个阶段，可以简单了解一下渲染过程中都发生了哪些过程。

• 用数学表达式创建形状和几何对象（OpenGL 具有创建点、线、多边形、图像、位图等原始对象的工具）
• 三维平面内物体的排列及透视的调整
• 计算物体的颜色值，并结合光线和纹理值将其应用到屏幕上
• 所有对象值的定义及颜色值到像素值的转换，简单来说就是光栅化事件的实现。

一个简单的 OpenGL 代码示例

OpenGL 图形系统包含如此多的选项和复杂的操作，这无疑会让 OpenGL 变得复杂。但本质上，用 OpenGL 编写的程序结构非常简单。你实际上要做的就是定义某些状态，并设置一个控制机制，决定 OpenGL 应该渲染哪些对象以及如何渲染。

实际上，你可以将 OpenGL 视为一个实时渲染软件。在介绍这个编程概念之前，我们先来理解一些术语。

main(){
       initializeAwindowPlease( );
             glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
             glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT)
             glColor3f(1.0, 1.0, 1.0);
             glOrtho(0.0, 1.0, 0.0, 1.0, -1.0, 1.0)
             glBegin(GL_POLYGON)
                    glVertex3f(0.25, 0.25, 0.0)
                    glVertex3f(0.75, 0.25, 0.0)
                    glVertex3f(0.75, 0.75, 0.0)
                    glVertex3f(0.25, 0.75, 0.0)
             glEnd( );
             glFlush( )
             UpdateTheWindowAndCheckForEvents( );

概括

首先，非常感谢各位看到这里。我们这篇文章的结论应该是：

游戏开发不仅仅是学习编程语言和游戏引擎。

你必须掌握很多技术。我们之前没有提到的技术包括 Adob​​e Premier、Adobe After Effects、3D Studio Max、Lightwave、Maya 和 Poser 等程序。学习和掌握这些技术只有通过经验才能实现。

这就是我们讨论硬件和 OpenGL 的原因。热爱你的电脑和键盘，而不是专注于一件事。掌握游戏开发的最佳且唯一的经验法则是：

保持好奇心，多读书，无所畏惧地去尝试。