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学位论文-—artillery-fire游戏的设计与实现.doc
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1、哈尔滨工业大学 分类号 密级 UDC 学号 2010004680 论 文 题 目 “Artillery Fire”游戏的设计与实现 Thesis Topic Design and Implementation of Artillery Fire the Game 学 生 姓 名 荣子豪 学 号 2010004680 所 在 院 系 软件学院 专 业 班 级 1011班 导师姓名职称 完 成 日 期 2014年5月7日 2014 年4月25哈尔滨工业大学Artillery Fire游戏的设计与实现摘 要我的毕业设计的主题为一款电子游戏的设计制作,游戏灵感来源于“Angry Birds”,并加以改
2、进,加入我自己的新鲜元素。游戏的设计突出两个个重点特色;物理效果,3D效果。流畅的物理效果会为游戏的交互体验增添很多趣味;3D效果是当代游戏的主流视觉效果,给人以逼真的视觉感受。基于这两点,游戏的制作采用了Panda3D 1.7.2 游戏引擎,采用Python API。游戏的定名为Artillery Fire,目前最新版本为V1.0.2;游戏以安装程序的形式打包发布,安装过程简洁。在游戏中,体验者通过键盘操纵一门火炮,目标是处在砖块壁垒上的蓝色小球,命中所有蓝色小球即可过关。此外,在V1.0.2中还加入了“Bomb Mode”:体验着可以切换为“炸弹模式”,通过发射一枚威力十足的爆炸性炮弹来达
3、到目的。本文集中阐述了一款PC平台3D游戏的开发全程。首先您将了解到PC电子游戏的发展简史,以及当下世界PC电子游戏的新形势与新趋势。接下来,您将了解到一些与游戏开发紧密相关的该念;理解这些概念对于理解游戏开发中的诸多技术细节有很大帮助。然后,拜访一下Python,并看看Python与之后我们要见到的Panda3D游戏引擎的联系。接着,正式向您介绍Panda3D游戏引擎。这里您将充分了解到Panda3D的整体结构以及特色;更多地,各个组成部分的内部细节,以及组织形式。现在,我们可以说说Artillery Fire,包括游戏的组成与布局以及逻辑流程,以及各部分实现的细节,包括第一手的代码。关键字
4、:游戏;PC;3D;Panda3D;Python;游戏引擎哈尔滨工业大学Design and Implementation of Artillery Fire the GameAbstractMy project of graduate is about designing and making of a video game inspired by the innovation of Rovios Angry Birds, and, furthermore, with some advance and personal style in multiple respects.The desig
5、n of the game emphasis on two features : physical effects, 3D effects. Fluent physical simulation makes players experience during interacting with the virtual world more interesting; 3-Dimensional graphics is the major visual effect adopted tremendously by recently released games, producing realisti
6、c visual experience. With these two initial decision in mind, the game is implemented with massive support of Panda3D Game Engine 1.7.2, all function wrapped into Python Interface.The game is named Artillery Fire, whose most current version is numbered as V1.0.2; the game is wrapped into a installer
7、 for distribution.In the game, the player will manipulate a set of cannon to shoot targets : blue frowney. The blue frowneys are positioned on barricades made up of bricks. Getting all of them shot will carries the player through the level. Besides, in Artillery Fire V1.0.2, a new node, Bomb Mode, i
8、s added in : the player could switch to this mode and launch explosive projectiles to attain multiple tactical purpose.This paper introduces the whole development process of a 3D video game running on PC platforms. Firstly, you will learn about a brief introduction to the evolution of PC video game,
9、 and the now-a-days situation of video games worldwide, and also some new trends and new features. Next, a formal meeting with Panda3D game engine. Here you are going to catch a hold to the framework and macro layout of Panda3D, and some unique features of this very engine. There is more on the deta
10、ils on the main sub-modules and the internal structures. Finally, we touch down to the newly developed game, Artillery Fire, including the elements, layout and the logical procedures of the games runtime.Keywords : Game; PC; 3D; Python; Game Engine目 录摘 要iAbstractii1 绪 论11.1 本文及本设计的动机11.2 大的背景11.3 本文
11、所关注的12 PC电子游戏简介22.1 电子游戏起源22.2 PC游戏的兴起22.3 由PC游戏引发的一些问题33 游戏开发中的基础概念43.1 硬件43.2 软件44 Artillery Fire涉及技术54.1 Python简介54.1.1 何为Python?54.1.2 Python简史54.2 Panda3D引擎54.2.1 Panda3D简介54.2.2 Panda3D的历史54.2.3 Panda3D的许可64.2.4 Panda3D的设计64.2.5 Panda3D中的重要概念65 Artillery Fire的设计与实现85.1 Artillery Fire简介85.2 Art
12、illery Fire的局部设计85.2.1 设置游戏虚拟世界85.2.2 设置游戏场景85.2.3 设置抛射物95.2.4 设置目标105.2.5 设置障碍物墙115.2.6 对于碰撞的处理135.2.7 处理操作者输入145.2.8 游戏主循环165.2.9 建立游戏主菜单185.2.10 建立关卡菜单205.2.11 设置炮口火焰225.3 关于V1.0.2版本中的新特点235.3.1 设置爆炸235.3.2 设置爆炸火焰效果245.3.3 表现爆炸火焰245.3.4 关闭爆炸25结 论26参考文献27致 谢28外文文献29外文翻译36哈尔滨工业大学1 绪 论1.1 本文及本设计的动机我
13、喜欢玩游戏,但在玩游戏的同时我在思考游戏的实现方式。因此,我对于进行一款电子游戏,尤其是3D电子有的设计与制作一直有着浓厚兴趣;这次毕业设计可以说是一个很好的锻炼机会。对于当代电子游戏的诸多现象,我也有着自己的思考。比如很多的游戏有着大量令人不适的血腥暴力因素等等,对青少年游戏玩家的身心健康有着严重的损害。我认为游戏的制作者应秉承对社会负责的原则,设计制作的作品应对他人有积极正面的引导作用,同时给予人充分的高级享受。例如,Angry Bird就是一款富有趣味而且内容健康的电子游戏。以上观点正是我进行此次毕业设计的创作以及毕业论文的阐述的动机。1.2 大的背景在当下,电子游戏的热浪席卷了全球,逐
14、渐成为人们的休闲方式之一,为人们带来很多的欢乐。国内有着空前巨大的市场,对优秀电子游戏的需求十分强烈,而且国内电子游戏平台仍以PC为主;同时超大型的电子游戏在对机器和设备的性能要求之高决定了它们的运行平台会坚守PC以及其他专属平台。因此,PC电子游戏开发具有广阔的前景,并且对其他平台的游戏应用有着指导意义。电子游戏是创意、艺术、技术的结合,更是软硬件高端科技水平的体现之一,对于计算机学科各领域的技术有着广泛的应用,例如CG技术,AI技术等。同时,技术的支持使游戏可以表现出神奇的效果;人们已将电子游戏纳入到当代艺术门类之中,而电子游戏以不同以往的艺术形式从多种感官给人们带来全新的、震撼的享受。因
15、此,对于电子游戏开发技术的研究具有众多的意义。此毕业设计是一款游戏的开发。通过游戏的开发全程可以涉及到多方面的技术,并对这些领域产开探讨,以此达到对当代游戏开发的技术难点的知晓,并总结当代具有特色的游戏背后的技术细节以及各种实现方式。1.3 本文所关注的自从1987年世界(主要是北美)电子游戏产业大崩塌后,主机独占的电子游戏开始被PC平台的电子游戏赶超,从中崛起了如今依然响亮的电子游戏巨擘,如Electronic Arts(EA),电子游戏的设计开发也登上了一个崭新的台阶。由于PC电子游戏运行于OS之上,如Microsoft DOS以及Microsoft Windows,游戏可以采用遵照标准定
16、义的图形库等对底层API的良好包装;游戏引擎可以被更加广泛地利用。因此s,众多的游戏制作公司采用第三方的图形库,甚至整体的游戏引擎已是家常。而使用开源且拥有自由软件许可的游戏引擎则给了游戏设计者巨大的施展空间。Panda3D Game Engine就是这样一个游戏引擎。从2008年Disney发布BSD License至今,Panda3D Game Engine在开发者社区和美国高校的联合努力下,已成为运行稳定、性能良好且技术全面的引擎。本次设计正是采用了Panda3D Game Engine。从论文以下篇章的内容中您将了解到本文次设计的主要技术相关内容以及设计细节。2 PC电子游戏简介2.1
17、 电子游戏起源早期的电子游戏的图像显示格式多种多样,并不统一。世界上最早的电子游戏名为“Cathode Ray Tube Amusement Device”(阴极射线管娱乐设备),设计者为Thomas T. Goldsmith Jr. 和 Estle Ray Mann,与1947年1月25日登记专利,并于1948年12月14日面世。这款游戏的灵感来源于雷达显示屏,使用者操作一个模拟信号发生设备,来控制屏幕上的坐标点;被操纵的坐标点代表“导弹”,而屏幕上其他一些静滞的坐标点代表“目标”。1971年,由Nolan Bushnell和Ted Dabney设计开发的“Computer Space”成为
18、了第一款商业发售,并且采用投币操作的电子游戏。紧接着,1972年,Atari公司发行了名为“Pong”的电子游戏的街机版本,获得了巨大的商业成功;Atari与1975年又发行了“Pong”的家庭版,极大地促进了电子游戏的流行程度。接着,以疯狂速度海量出现的“Pong”的相似克隆体最后导致了1977年的“电子游戏大崩塌”。最终,1978年Taito公司的“Space Invader”获得胜利,标志着电子游戏黄金时代的来临,并激发了很多游戏生产商进入市场。电子游戏迅速遍布了各大商场,街边商店以及餐馆,逐渐成为了人们的主流休闲乐趣方式。很快,Atari的“Space Invader”登陆了Atari
19、的专属主机“Atari VCS”(后称Atari 2600),另这一主机的销售量番至四倍。这使得Atari扭亏为盈,并复兴了家用游戏市场,并带动了第二代游戏主机的诞生和发展,直至1983年的“北美电子游戏大崩塌”。此后,在第三代游戏主机的发展中,电子游戏的重心逐渐转向日本。2.2 PC游戏的兴起早期,第一代PC游戏多为文字交互游戏, 例如1976年的Adventure。随着1983年“北美电子游戏大崩塌”,游戏主机的销量跌至历史最低点。而PC市场则销量不断攀升;消费者对价格较低的彩色显示的个人计算机更感兴趣。到了1987年,IBM PC的市场占有迅速增加,这使得之前仅仅应用于事务处理的PC成为
20、了电子游戏最为重要的平台;已有超过三分之一的游戏是为PC定制的。1991年由id Software设计开发的“Hovertank 3D”面世,成为第一款第一人称射击游戏。1992年,id Software乘胜追击,推出“Wolfstein 3D”,成为了最为畅销的现代电子游戏之一,并奠定了第一人称射击游戏的地位。到了1996年,Microsoft Windows的兴起和Direct X, OpenGL等3D图形库的成熟,使得PC平台获得了更为广泛的认可。更高性能的图形加速器和不断提升的CPU技术极大提升了计算机电子游戏中的真实感。PC电子游戏游戏现在正处于追求更高质量3D画质的趋势。不像图像提
21、升对游戏性能的作用得到毋庸置疑的肯定,物理引擎的采用从出现就引起了争议,物理效果的实现对于游戏流畅性和画面连续性的影响。例如,2005年nVida发行的nVida PhysX PPU以及Havok Physics Engine。同时,很多的游戏出版商开始采用新的销售方式。在众多的策略中,主要的一种形式是“分集游戏”,是对较为早期的“扩充包”概念的改进。每版包含更少的游戏内容,价格更低。例如,“Half Life 2 : Episode One”就采用了这种想法,但却引起了人们对于游戏性价比的担忧。2.3 由PC游戏引发的一些问题PC电子游戏长时间以来备受争议,尤其是游戏中普遍存在的暴力。争议主
22、要围绕电子游戏内容对弱势人群的影响。美国心理学协会总结得出,电子游戏中的暴力内容会使儿童更加具有敌意。一些行业组织对此回应道,家长应加强对孩子行为活动的管理,但就美国境内而言,没有任何立法方式约束此类含有消极以及令人不悦内容的电子游戏。对电子游戏的沉迷是游戏备受批评的另一方面。因为沉迷于电子游戏会对人的健康与社交关系产生负面影响。沉迷电子游戏所带来的危害直观上看来与大型多人在线角色扮演游戏的流行成正比。3 游戏开发中的基础概念3.1 硬件PPUPhysics Processing Unit, 例如nVidia PhysX(正式名为AGEIA PhysX), 可以用来提升现代电子游戏中的物理效果
23、模拟性能。PPU允许计算机处理比原先单靠CPU时更为复杂的物体接触,这样就使得游戏的体验者可以更深入地在游戏世界中进行操作。3.2 软件APIApplication Programming Interface, 提供了游戏和操作系统之间的一个层面,简化了游戏的设计。Microsoft的“DirectX”就是一个被今日的电子游戏广泛采用的API,用于同图像和声音硬件进行交互。“OpenGL”是一个跨平台API,用于图像处理。在2013年晚些时候,AMD推出了“Mantle”,是一个专为AMD图形卡设计的低层API,比软件型API(如DirectX)具有更高的性能,也简化了PC平台游戏向Play
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