游戲引擎應用開發銜接課研究與設計

黃章菡

桂林航天工業學院，廣西 桂林 541004

游戲引擎應用開發是數字媒體技術專業大三下學期的一門專業課程。該課程是讓學生通過學習游戲引擎Unity 來掌握開發游戲的技能，對學生的編程能力要求很高，學生如果沒有一定的編程能力就很難學好這門課程。然而，很多學生的編程能力有限，還達不到開發游戲的要求，導致他們在學習游戲引擎應用開發時出現困難。因此，研究游戲引擎應用開發銜接課非常重要。目前，單純研究游戲引擎教學課程的文獻有很多,面向對象編程課程的文獻也很多。但是據文獻調研，目前還未發現游戲引擎應用開發銜接課的相關研究。

一、銜接課的必要性

游戲引擎應用開發課程是一門對實踐能力要求較高的課程，不僅要求學生掌握游戲引擎的場景編輯、動畫處理、邏輯管理、視覺特效等功能，而且要求學生能利用這些功能模塊結合C#編程語言編寫游戲邏輯，制作出具有可玩性的游戲，在學生自己動手制作游戲的過程中鞏固和加深他們對游戲引擎的理解，讓知識點與實踐內容相輔相成。對于實踐部分，掌握C#語法和面向對象程序設計思維是必備的前置知識。

我們對數字媒體專業學生的編程能力進行分析后，發現如下情況。1.學生的編程能力參差不齊。編程相關課程前后連接緊密，一旦某個知識點跟不上，后面的課程就會越落越遠，導致部分學生失去信心，畏難情緒嚴重，在游戲引擎應用開發課中一旦遇到與編程相關的知識就會放棄。2 數字媒體專業學生盡管之前學過一些編程語言（C、Java），但并沒有系統地學習Unity引擎所使用的C#語言，如果要學習Unity 引擎，就要快速上手C#語法。3.編程課程大都開在大一下學期和大二上學期，而數字媒體技術專業課程內容繁雜，還有很多藝術方面的課程要學，到了大三，學生之前培養起來的編程能力已逐漸退化，需要復習鞏固。

游戲引擎應用開發課程對學生的編程能力有一定要求。Unity 引擎為開發者提供了三維渲染、物理碰撞、移動旋轉等游戲開發的核心功能，因此其不需要使用者掌握復雜的圖形學、數學、物理學知識，但游戲對象的行為邏輯需要用C#語言來編寫，這就需要使用者掌握基本的C#語法，包括控制流語句、變量、函數、類，等等。同時，游戲開發中充滿了游戲對象間的交互，在設計腳本的時候，需要使用面向對象程序設計思維，熟練運用繼承、多態等特性去設計游戲腳本，否則游戲程序將會混亂不堪，難以維護和修改。總之，越是熟悉C#語言和面向對象程序設計思維，在游戲開發中就會越得心應手。

同時，課程后期還涉及不少需要一定編程能力和計算機知識才能做出的實踐內容。在以往的課程教學中筆者發現，在涉及單例模式、對象池、游戲的AI狀態機等內容時，學生的學習和實踐存在一定的障礙，但大一、大二編程基礎課中動手能力較強、編程基礎較好的學生在上述內容的學習中往往掌握得比較快。

可見，做好游戲引擎應用開發的課程銜接是十分有必要的。我們需要一個學時短且高效的課程幫助學生快速掌握C#語法，還要通過實實在在的游戲案例重建學生對編程的信心，為學生建立“游戲編程其實并不難”的認知。另外，Unity 游戲引擎是一個封裝好的復雜的系統，在學習引擎時僅僅了解引擎表層工具的使用是遠遠不夠的，只有了解游戲引擎的內部運作才能去解決一些深層次的問題。作為游戲引擎應用開發的前置課程，該課程會帶領學生在沒有游戲引擎的情況下只用Console控制臺去完成一個小游戲，讓學生從底層的游戲循環開始了解計算機游戲的架構，為學生以后學習游戲引擎的底層原理奠定基礎。

二、游戲引擎應用開發銜接課的設計

開設銜接課程是為了讓學生有更好的編程語言基礎和編程思維，以應對接下來游戲引擎應用開發課程中的編程部分。

游戲引擎應用開發銜接課并不需要像傳統的C#編程課程一樣將C#的語法知識點詳細地學習一遍，學生只需掌握Unity 引擎游戲開發的必備基礎編程知識就足夠了。更深入的知識可以在游戲引擎的使用中邊做邊學。我們整理出了游戲引擎應用開發課程所必備的前置編程知識點：表達式、運算符、控制流語句、函數、類的封裝、繼承、多態、接口和泛型容器。

這些知識對數字媒體技術專業的大三學生來說并不陌生，然而在實踐中學生往往不能充分地應用他們已經學過的知識。最常見的情況是，他們可能知道單個語句的語法語義，但是不知道如何將他們組合成有效的程序。例如，學生們都知道for 循環的語法，也知道如何接收輸入的字符、設置控制臺游標的位置，但讓他們實現一個控制臺小游戲中方向鍵控制角色（用字符代替）移動就沒有思路了。出現這種問題的原因主要是大多數編程書籍上的內容往往都圍繞著特定語言的知識，編程語言的教學也以講授語法為主，學生學習時不能聯系具體的應用場景，因而學生在學習編程語言語法時只知道知識點而掌握不了解決問題的方法策略。同時，參考書上的編程案例只針對某一具體的語法，缺乏知識點的前后貫穿，為避免這些問題，在銜接課中我們采用案例式教學。我們通過兩個游戲案例，將Unity 游戲開發中所需要的知識點全部串聯起來。這樣，學生的學習會有一個明確的目標：完整地做出游戲；在學習特定語法時能夠明確當前所學知識點是為了解決什么問題、完成哪個功能模塊。

我們將游戲引擎應用開發銜接課設置為24 個學時,課程采用線上視頻教學的形式，不同編程基礎的學生可以有選擇地學習，幫助即將學習游戲引擎應用開發課程的大三學生鞏固編程知識，做到承上啟下。

三、教學案例

課程主要使用案例式教學。我們將游戲開發中涉及的有關知識點梳理出來，根據這些知識點設計適合展現這些知識點的游戲案例，引導學生一步步完成游戲項目。每一個步驟都有相關的C#語法知識點，當游戲項目完成時，一個個零散的知識點就被串聯起來了，從而讓學生掌握C#面向對象編程的語法和編程思路，為接下來游戲引擎應用開發課程做準備。

作為案例的游戲項目叫《勇者救公主》，這是一個簡化版《魔塔》類的游戲。該游戲是一個控制臺應用程序，所有的游戲對象皆為字符。玩家通過ASDW 四個按鍵控制勇者在迷宮的移動并與魔王戰斗，打敗魔王救出公主。游戲流程和游戲界面如圖1、圖2所示。

為了保證知識點難度的循序漸進，我們使用兩種思路來分別實現游戲——面向過程的思路和面向對象的思路。面向過程的實現方式涉及的語法知識點較為簡單，對象為編程基礎較差，甚至是沒有編程基礎的學生。該案例使用面向過程的程序設計思路，按照游戲的運行過程，僅使用控制流語句和函數這些面向過程編程的語法來實現游戲項目。這個案例會讓學生著重理解表達式、運算符、控制流語句、函數還有游戲框架的幀循環。而面向對象實現思路的案例會用面向對象的思維將這個游戲重新實現一遍。在這個案例中我們不再講程序的運行邏輯，而是著重講解用類的概念，從游戲對象的屬性和功能出發設計程序。面向對象案例側重于類的概念、面向對象編程的思維方式、類的繼承和多態等面向對象的核心知識。

在視頻課程中，我們會將整個游戲的實現過程拆解為多個小問題，或者說是功能模塊，按實現步驟讓學生把問題解決，從而完成功能模塊。我們盡量做到每個功能模塊對應一到兩個C#知識點，讓學生循序漸進地接受知識。以面向過程的程序案例為例，游戲功能與拆分出來的小知識點對應關系如表1所示。

四、教學過程

教學過程以問題為主導。參考文獻［10］中提出的教學方式——“學生們不僅僅是聽講座，他們還制定問題，設計自己的方法來回答問題并找到解決方案”，被后續很多教學研究證明是一種更為有效的計算機編程教學方式。我們的教學過程基于這樣的方式：首先展示這個章節要實現的游戲功能，并提出學生實現該功能應解決的問題，這樣學生就能明確當前的學習目標。接著，講解這個功能所涉及的C#語法，當學生了解這些語法規則之后，鼓勵學生運用這些知識制訂方案以解決前面所提出的問題。如果學生無法獨立完成，我們就提供功能模塊實現的講解視頻供學生參考。這樣學生就能夠第一時間將知識點運用在游戲項目上，有利于他們更好地掌握和吸收已學的知識。然后，再布置一個關于這個知識點的拓展練習，讓學生獨立完成，以檢查學生對知識點的掌握情況。

以面向對象實現思路案例中的戰斗對象這個章節為例，這個章節需要實現的功能是玩家和不同種類敵人之間的戰斗，需要學生在已經掌握的知識的基礎上學習多態中的函數重載。首先，我們會對學生明確這個章節的目標——實現一個戰斗管理類，這個類負責處理回合制戰斗的邏輯，并且還要能處理玩家與不同敵人之間的戰斗。不同的敵人有著不同的攻擊方式，被打敗之后也會有不同的處理方式。為了實現這個功能，我們會使用多態的知識點。其次，開始講解多態讓繼承同一父類的子類們在執行相同方法時有不同的表現這一概念，再講解如何用虛函數、函數重寫、抽象類等多態語法來實現多態。最后，課程將帶著學生將多態應用到實際的游戲案例中，讓同一個父類中的攻擊函數表現出不同的運算邏輯，實現魔王和小怪對玩家不同方式的攻擊。當學生掌握這部分內容后，給學生布置一個作為拓展的思考題：擊敗一個小怪之后會隨機出現三種掉落物，分別能強化玩家的不同屬性，要求學生用多態的思想來實現這個功能。

五、總結

文章針對目前游戲引擎應用開發課程學生編程基礎薄弱這一現狀進行了分析，以銜接課程為切入點，用游戲案例的形式將使用Unity引擎所需要用到的C#知識點串聯起來，以彌補學生的不足，同時讓學生了解游戲程序的架構，為接下來的游戲引擎應用開發打下基礎。在今后的教學實踐中，筆者還需進一步了解學生對該課程的反饋，積極改進教學內容，以提升學生的學習興趣。