基于私有云的移動游戲開發仿真環境構建

謝景明，趙聚雪，馮敬益

(1.廣州番禺職業技術學院 信息工程學院，廣州 511483； 2.廣州信息工程學校，廣州 510610)

基于私有云的移動游戲開發仿真環境構建

謝景明1，趙聚雪1，馮敬益2

(1.廣州番禺職業技術學院 信息工程學院，廣州 511483； 2.廣州信息工程學校，廣州 510610)

隨著新一代信息技術的不斷涌現，高校的實驗室管理面臨著如何快速適應技術發展的挑戰。與此同時，移動互聯網游戲開發人才的培養需要一個良好的實驗環境來提供實踐支撐。通過對高校實驗室信息化環境建設的研究，以及對新興的移動互聯網游戲開發教學實驗存在問題的分析，從平臺、輔助軟件、資源和效果驗證4個角度出發，提出了綜合運用私有云技術、游戲教學引擎技術、教學資源庫和移動終端共享測試技術來實現適合高校教學的私有云移動互聯網游戲開發仿真環境。試驗證明，該環境架構能夠較好地滿足移動互聯網游戲的教學需要，是一個具有良好可擴展性，能夠提高設備性能和效率的實驗設計方案。

移動互聯網； 私有云； 游戲開發； 游戲教學引擎； 云測試

0 引 言

移動互聯網技術的迅猛發展為游戲產業帶來了新機遇和挑戰，由此產生了移動互聯網游戲這一新的技術分支。作為近年來興起的熱點技術，移動互聯網游戲開發給高校的軟件技術人才培養提出了新的要求。建設具有高性價比的移動互聯網游戲開發實驗室環境，既有利于教師更好地開展教學，亦有利于學生更方便地去開展實驗探索，從而提高學習效率。通過進行各種類型游戲的開發實踐，學生將能從中提高動手能力，并有助于他們自我學習能力的提高。

當前，國內外已經有一些研究將新一代信息技術運用于高校的實驗教學環境建設中，試圖改革實驗課程的教學模式，例如：運用云計算技術搭建實驗教學環境，實現師生共享網絡資源和開展基于云計算的協作學習模式實驗[1]；通過云計算技術建設大規模開放在線課程實踐教學平臺，根據軟件類、硬件支持網絡訪問類和硬件不支持網絡訪問類課程實驗的特點分別給出相應的方案加以解決[2]；借助于“互聯網+”，實現校園內多平臺間的通用性、數據的共享性和便捷的實時互動性，開展實驗室預約、實驗設備維護維修，有效地提高了實驗室的使用效率[3]。虛擬現實技術可用于高等教育，在使用虛擬現實技術促進學習的過程中存在著VR教學法、資源與VR設備以及學習者體驗三大核心要素[4]。通過多用戶虛擬環境MUVEs (multi-user virtual environments)，多名參與者能夠同時訪問虛擬教學資源，并且進行協作交互[5]。

本文從私有云平臺、實驗教學資源、游戲教學仿真引擎、實驗測試服務平臺四個角度出發，提出了一個基于私有云的移動互聯網游戲開發仿真實驗環境的構架。

1 移動互聯網游戲開發課程教學實驗現狀

移動互聯網游戲開發是高校計算機專業熱衷開設的課程，但受限于師資、實驗環境等條件，該課程在人才培養方面發揮的效果也受到了限制，具體體現如下：

(1) 師資方面。高校教師大部分缺乏企業級的游戲開發項目經驗，對行業的技術不熟悉。教師主要停留在理論層面的知識，導致了他們難以為學生設計合適的游戲實驗項目。

(2) 實驗環境方面。移動互聯網游戲的硬件條件較為缺乏，例如：不同類型的移動終端設備和手持控制設備部署不足。與此同時，在實驗軟件方面，師生獲取完整的游戲開發相關軟件具有一定的難度。

(3) 技術方面。游戲技術涉及到的技術領域較廣以及行業的應用技術較為封閉，技術更新較快，并且學習難度較大。

(4) 教學資源方面。游戲教學案例、游戲實驗項目等方面的資源較為缺乏。現有的游戲實驗項目缺乏實踐性和創新性，往往過于偏向理論性，脫離實際，或者難度過大，使得學生掌握起來較為困難。因此，設計既貼近實際和難度適中的，又能夠激發學生興趣和創新思維的游戲實驗項目，已成為急需要解決的問題[6]。

構建一個功能較為齊全的移動互聯網游戲開發實驗室，將能在一定程度上解決上述問題。但在高校中搭建這樣一個滿足師生需求的實驗室，將面臨著眾多的挑戰，綜合體現在以下3點：

(1) 移動互聯網技術是近年來新興的信息技術，IT設備廠商和學校對于移動互聯網游戲開發實驗室的建設尚處于探索階段，缺乏優質教學資源庫和實驗教學環境搭建的經驗和成功案例；

(2) 移動終端更新換代速度快，不利于大規模采購。另外一方面移動終端較為小巧，易于攜帶，容易損壞，若直接分散到學生手中，將帶來潛在的IT資產安全問題，不利于實驗室管理；

(3) 移動互聯網游戲開發實驗室應涵蓋各類軟、硬件，能讓軟硬件協作運轉，滿足教學、實驗和軟件測試等需求。實驗架構同時需要具有較高的可靠性和可擴展性，因此搭建的復雜度較高。

山東金洲礦業集團有限公司利用金尾礦生產加氣混凝土砌塊、蒸壓磚和多孔磚等建筑材料，實現3個黃金礦山生產尾礦零排放，此外，還消耗大量的庫存尾礦，每年消耗庫存尾礦12萬t[29]。

對此，研究通過應用私有云的虛擬仿真技術來提高實驗室的管理水平，以便于降低移動互聯網實驗室的建設投入，讓高校師生更好地開展移動互聯網游戲的教學活動。

2 基于私有云的移動互聯網游戲開發仿真實驗環境構建

2.1總體框架

云計算的核心理念是資源的集中與共享[7]。隨著云計算的不斷發展，出現了一種面向未來的、全新的稱為云學習(c-Learning)的學習方式[8]。云存儲系統的分類標準有多種，根據部署方式和服務對象的不同可以分為公有云、私有云和混合云3類[9]。基于私有云的移動互聯網游戲開發仿真實驗環境的目標是方便教師開展教學，能夠在實驗室中開展Android游戲程序基礎課程、Android游戲實訓課程、游戲方面的畢業設計和比賽等實踐活動，讓學生更好地學習掌握游戲技術的開發。圖1為基于私有云的移動互聯網游戲開發仿真實驗環境的架構圖，主要包括終端電腦、私有云服務器和游戲運行設備三部分。

圖1 基于私有云的移動互聯網游戲開發仿真實驗環境

私有云平臺是整個實驗環境的核心，負責連接軟、硬件資源以及提供高性能的處理服務，具體分為游戲教學資源服務、游戲開發環境服務、軟件測試服務。實驗資源管理器、游戲仿真教學軟件、移動游戲測試云平臺是運行在私有云平臺上的主要實驗支撐軟件。其中實驗資源管理器主要管理軟件開發工具和教學資源案例庫2種類型的資源(見表1)。

表1 實驗資源管理器管理的資源

私有云服務器提供基礎的云架構服務，提供師生用戶權限管理、消息服務、實驗室應用程序服務、云服務應用、云手機資源訪問等。通過私有云資源服務應用管理平臺提供統一的訪問入口。用戶在經過認證登陸之后，可以使用上述的資源。

硬件環境涉及到平板、手機等手持終端設備、無人機、智能玩具等被控制的游戲設備、PC機、私有云服務器。為了滿足測試的需要，手持終端設備和游戲設備通過USB HUB、WiFi等多種方式連接到云平臺上。這些不同類型的移動終端，用于共享給學生進行程序運行與測試，以便于學生查看游戲在不同終端上的運行效果。

2.2向導式的游戲教學仿真引擎

游戲引擎提供了游戲開發的主要技術框架，使開發者能夠將主要精力放在游戲的可玩性和內容上[10]。成熟的商業游戲引擎功能強大，學習周期長，而且它們需要的花費較高，往往可以達到幾十萬甚至幾百萬。教學中需要功能結構簡單、便于實驗的游戲引擎，而現有的商用游戲引擎一般來說規模龐大，軟件體系結構復雜[11]。

(1) 提供一個基本的游戲開發框架；

(2) 在步驟1基礎上可創建各種3D對象；

(3) 在步驟2基礎上對所創建的3D對象進行動態屬性調整；

(4) 在步驟3基礎上將結果輸出到電腦屏幕上；

(5) 在步驟3基礎上提供不同類型的3D游戲開發模板庫；

(6) 將步驟3或者5的程序代碼編譯成特定硬件平臺的可執行文件；

(7) 云服務器將可執行文件部署到不同類型的游戲硬件平臺(電腦、手機、街機、掌上游戲機)上，在不同類型的游戲硬件平臺上顯示3D游戲效果。

圖2 向導式的游戲教學仿真引擎處理流程示例

上述步驟中步驟3是很重要的一步，它降低了游戲開發的難度，用戶可以通過可視化的方法調整游戲對象，并自動生成相關的源代碼，此步驟的詳細操作為①在用戶界面中獲取用戶錄入3D屬性參數；②從系統中調用相關的資源文件和參數文件；③讀取顯卡，將3D效果顯示在電腦屏幕上；④在步驟3基礎上可以選擇將錄入的3D屬性參數保存到存儲器上；⑤在步驟3基礎上可以選擇自動生成程序源代碼，并對關鍵的代碼進行突出標記。

2.3云移動端測試平臺

云測試通常是一種對于負載測試和一般測試的新方式，這種測試能夠有效利用云計算資源提高測試能力并且降低測試成本[13]。目前在國內外都有提供移動云測試的平臺，如國內的百度移動云測試中心、iTestin以及國外的uTest、Perfecto Mobile[14]。本項目采用OpenStack來搭建云移動端測試平臺。OpenStack是由Rackspace和美國國家航空航天局共同開發的云計算開源框架，可以提供虛擬化、云存儲和鏡像服務[15]。在部署時，按照Keystone, Glance, Nova, Swift, Dashboard的順序安裝配置OpenStack[16]。在云移動端測試平臺上，提供主流的軟件測試管理工具和自動化測試工具，為游戲項目的測試提供統一的管理和工具，例如：軟件測試管理工具HP ALM(Application Lifecycle Management)、功能測試工具QTP(Quicktest Professional)、性能測試工具LR(LoadRunner)、移動測試工具Appium。

在架構設計中，移動端設備被放到實驗室的設備保管箱中，讓學生通過網絡遠程訪問移動端設備來完成相關的測試部署工作。有兩種方式提供給用戶連接游戲終端設備，一種是通過Hypervisor將連接在USB Hub上的不同型號的游戲終端設備加載到不同的虛擬機上，另外一種是通過IP來連接在WiFi上的游戲終端設備。圖3所示為云測試平臺的運行流程圖，該平臺既能執行自動化測試也能開展手工測試。

圖3 云測試平臺運行流程

3 結 語

本架構已經在試驗實踐中證明了能夠教好地滿足師生的教學和實驗要求，實現了對實驗室資源的高效管理。其特點和優勢為：

(1) 通過分層來實現可擴展性。對于硬件部分，將存儲器、交換機、USB集線器、WiFi路由器等進行分層管理，可以根據系統用戶數量的變化，來新增硬件設備或者減少設備。對于軟件部分，將云服務管理軟件、課程實驗資源庫、向導式的游戲教學仿真引擎、測試軟件等組織起來，可以根據需要改變軟件的配置。

(2) 通過云服務來提高系統的性能。教學資源庫的分布式應用，提高了用戶訪問資源的并發性，方便用戶能夠快速訪問到系統的教學資源案例和應用軟件。

(3) 通過云服務來提高系統的效率。將移動終端統一放置，用戶可以遠程進行訪問，最大化資源共享，并且較好地解決了移動設備的管理問題。

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TheConstructionofMobileGameDevelopmentSimulationEnvironmentBasedonPrivateCloud

XIEJingming1,ZHAOJuxue1,FENGJingyi2

(Information Engineering Institute, Guangzhou Panyu Polytechnic College, Guangzhou 511483, China; 2.Guangzhou Information Engineering Vocational School, Guangzhou 510630, China)

Nowadays, new generation information technologies are evolving rapidly.In colleges laboratory management faces on a great challenge of suiting the development.Furthermore, training mobile game developers requires an excellent experimental environment.However, there are a lot of problems in experiment course of mobile game development.In order to solve those problems, technologies such as private cloud computing, game engineer, teaching resources management and cloud testing are combined together to build a simulation framework of mobile game development, which is suitable to the demands of colleges.It has been proved that this framework can satisfy the requirements of mobile game teaching dur to its higher reliability, extendibility and performance.

mobile Internet; private cloud; game development; game teaching engineer; cloud testing

TP 391.41

A

1006-7167(2017)10-0131-04

2016-12-22

廣州市屬高校科研重點項目(2012A164)：基于Android的3D游戲引擎研究與實現

謝景明(1977-)，男，廣東湛江人，博士，高級工程師，軟件技術教研室主任，研究方向：游戲引擎，移動互聯網開發。Tel.: 13802985585;E-mail:xiejm@gzpyp.edu.cn