計算機游戲設(shè)計課程實訓(xùn)案例庫建設(shè)研究

摘要：針對目前計算機游戲設(shè)計課程案例庫存在的內(nèi)容陳舊、技術(shù)覆蓋面窄等問題，綜合考慮計算機游戲編程的特點與軟件工程專業(yè)人才的培養(yǎng)需求，提出由易到難、由簡到繁地進行計算機游戲設(shè)計課程實訓(xùn)案例庫建設(shè)。闡述教學(xué)實踐中的實際應(yīng)用，驗證實訓(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；計算機游戲設(shè)計；實訓(xùn)

引言

動漫游戲文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)是21世紀的朝陽產(chǎn)業(yè)。計算機游戲設(shè)計課程作為數(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)計方法和開發(fā)技巧，重點講授游戲開發(fā)所必需的二維圖像、三維圖形、動畫、人工智能等專業(yè)知識。多年教學(xué)經(jīng)驗表明，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)計的各種原理和方法，才能達到良好的教學(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。

為增強該課程的教學(xué)水平，切實提高計算機游戲設(shè)計課程的教學(xué)質(zhì)量，應(yīng)加快建設(shè)計算機游戲設(shè)計課程案例庫，深入研究該課程的實訓(xùn)案例庫教學(xué)方法。

1 設(shè)計思想和總體結(jié)構(gòu)

動漫游戲產(chǎn)業(yè)對未來游戲設(shè)計人才的需求，更傾向于具有較強的實際工程能力。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踐能力的新教學(xué)模式，對培養(yǎng)理論與實踐均衡發(fā)展的高素質(zhì)人才具有重要意義。

計算機游戲設(shè)計課程實訓(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)與實驗教學(xué)相結(jié)合，為學(xué)生提供更多的標準化典型案例，使學(xué)生在不斷更新的、接近產(chǎn)業(yè)實踐的教學(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，提升其實踐能力。

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)計了符合動漫游戲產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的游戲設(shè)計案例庫，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 計算機游戲設(shè)計課程實訓(xùn)案例

案例庫以現(xiàn)有的計算機游戲設(shè)計課程為基礎(chǔ)，從實用角度出發(fā)，以游戲引擎開發(fā)為主線，采用項目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動的方式，生動詳實地展現(xiàn)游戲設(shè)計的基本原理、概念、技術(shù)和方法。計算機游戲設(shè)計課程實訓(xùn)案例庫劃分為經(jīng)典案例篇、基礎(chǔ)知識篇和引擎設(shè)計篇等3篇，共包含10個精選案例。

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，并介紹目前最熱點的游戲開發(fā)平臺，同時結(jié)合吉林大學(xué)計算機學(xué)院2013年開發(fā)的一個實際項目——交互式虛擬物理化學(xué)實驗室平臺，對游戲引擎的應(yīng)用進行詳細分析。虛擬交互實驗室案例采用Unity Technologies開發(fā)的unity3D游戲引擎，針對中學(xué)的物理、化學(xué)實驗課程設(shè)計并開發(fā)。該實驗平臺實現(xiàn)了共計50個獨立運行的交互式三維仿真實驗，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，提高其實驗操作能力。

2.2 基礎(chǔ)知識案例

基礎(chǔ)知識篇通過結(jié)合知識點的案例，由淺入深地介紹游戲設(shè)計技術(shù)。旋轉(zhuǎn)彩色正八面體繪制案例中，首先繪制一個正八面體，并采用幀更新思想實現(xiàn)該幾何體的旋轉(zhuǎn)運動。正八面體光照案例中，為正八面體增加光照，以增強幾何體的立體感。倒映正八面體案例利用模板測試技術(shù)，在場景中渲染出兩個正八面體，一個是幾何體本身，另一個是幾何體在鏡面的倒影，其實現(xiàn)效果如圖2所示。天空、地形和網(wǎng)格繪制案例中，天空盒使用一個球體表示天空，然后為該球體賦予相應(yīng)的紋理，其實現(xiàn)效果如圖3所示。碰撞檢測與拾取案例對一個球體和一個茶壺進行碰撞檢測，如果檢測成功則彈出“擊中”對話框，其實現(xiàn)效果如圖4所示。

2.3 引擎設(shè)計案例

引擎設(shè)計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。第二是運動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。地空對戰(zhàn)游戲引擎案例完整地構(gòu)建了一個地空對戰(zhàn)的游戲引擎，引擎的主要元素包括直升機、粒子槍、天空盒和地面。直升機的數(shù)量設(shè)定在一定范圍內(nèi)，直升機的飛行軌跡由玩家通過鍵盤輸入進行控制，并采用時間變化量控制畫面的移動。引擎讀取網(wǎng)格數(shù)據(jù)，創(chuàng)建并繪制遠處和近處的直升機，玩家通過鍵盤控制粒子槍的方向和粒子的發(fā)射。當直升機被擊中時會產(chǎn)生爆炸效果，并繪制爆破火光，直至直升機墜毀消失。

3 案例教學(xué)內(nèi)容安排及教學(xué)組織

計算機游戲案例教學(xué)根據(jù)游戲設(shè)計課程的特點對知識點進行整合，引入針對性較強的實訓(xùn)案例，實現(xiàn)從各個核心知識點到實用游戲程序的無縫銜接，使學(xué)生學(xué)習(xí)時更有針對性，進而提高教學(xué)的有效性。

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

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容建立實訓(xùn)案例庫，確保教學(xué)效果。每個模塊教學(xué)前，先給學(xué)生介紹實訓(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變換、取景變換、背面消隱、投影等相對單調(diào)的程序模塊編寫方法。

在完成案例教學(xué)與實訓(xùn)練習(xí)的基礎(chǔ)上，組織學(xué)生以小組形式參加項目設(shè)計。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)實現(xiàn)案例庫中引擎設(shè)計篇的小型游戲引擎，讓學(xué)生在真實的編程情景中做自己感興趣的項目，體會學(xué)與用的結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的編程熱情。通過這些案例項目的實施，讓學(xué)生在實踐中運用所學(xué)的理論知識，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)的知識點。

4 結(jié)語

計算機游戲設(shè)計課程實訓(xùn)案例庫被應(yīng)用于我校2012-2015級數(shù)字媒體專業(yè)計算機游戲設(shè)計課程。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)知識案例為學(xué)生學(xué)習(xí)游戲設(shè)計打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)，引擎設(shè)計案例在給學(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)實踐中，設(shè)計思路清晰，調(diào)試目標正確，提高了學(xué)習(xí)效率與學(xué)習(xí)效果。

計算機游戲設(shè)計實訓(xùn)案例庫建設(shè)有助于改進傳統(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)生對理論的理解和掌握，增強了運用技術(shù)的能力。同時，實訓(xùn)案例庫建設(shè)是一個持續(xù)的過程，教師在建設(shè)案例庫的同時，應(yīng)注意根據(jù)行業(yè)發(fā)展動態(tài)，及時更新并調(diào)整案例，以保證學(xué)校與行業(yè)的無縫對接，建立培養(yǎng)優(yōu)秀人才的優(yōu)質(zhì)資源。