数字媒体技术概论 - 5.数字游戏

数字媒体技术概论--数字游戏背景游戏产业的飞速发展2005年1月召开了第一届中国游戏产业年会2006年1月第二届游戏产业年会游戏产业GDP2003年是13.2亿元，2004年已经达到58亿国家对交互式数字娱乐业的逐步重视863设立游戏开发引擎的专项资助信息产业部设立了游戏开发平台的重点招标项目相关课程《计算机游戏程序设计》陈天桥年度排名总资产(亿)20041882005311720062560盛大网络发展有限公司,董事长兼CEO

TheLegendofMir

韩国唯美德娱乐有限公司WEMADE

朱骏

第九城市董事长兼CEO

暴雪自1994年以来推出了三个系列三个系列的七款游戏魔兽争霸1994魔兽争霸1995魔兽争霸Ⅱ2002魔兽争霸Ⅲ2004魔兽世界暗黑破坏神1996暗黑破坏神2000暗黑破坏神II

星际争霸1998星际争霸

技术领域图像处理图形绘制三维动画交互技术音频编程网络人工智能软件工程艺术领域….游戏产业的发展瓶颈游戏产业发展的瓶颈一是人才缺乏，特别是水平高、经验丰富的中高级开发人才严重短缺；二是游戏引擎技术落后，品种少、功能弱，严重影响游戏的开发水平；三是具有自主知识产权的高质量的民族网络游戏作品数量少，自主研发与引进产品结构失衡，产业链不合理；四是引进的游戏占据市场主导地位，不利于中华民族文化的传播，也不利于满足广大消费者特别是未成年人的精神需求和健康成长；五是许多中国企业代理境外游戏作品但不掌握核心技术，导致自身的合法权益难以保障，使非法网络游戏出版活动有机可乘。游戏产业的人才需求高薪难聘游戏人才

月薪8000元难招高人游戏软件开发人才奇缺大专院校开设的游戏软件开发相关专业较少，培训方法不得当，大部分设计人员是根据自己的经验摸索，很难达到较高水平。由于游戏是一种集剧情故事、美术、音乐、动画、程序等技术为一体的复合艺术，所以一名游戏从业人员必须兼具软件行业专家和艺术家的创造力，而当前符合这一要求的人才却是少之又少。因而专家呼吁，培养游戏软件专业人才已成为当务之急。游戏产业的需求预测我国现有网络游戏玩家3000万，而全国包括美编在内的专业网络游戏技术人员只有不到3000人。统计下来，目前国内专业网游人才的缺口高达60万名。2004-09-1610:18新闻晨报游戏开发人才培训的现状中国游戏产业的超高速增长让人们对游戏产业的价值刮目相看时，却突然发现中国根本没有正规的游戏教育。游戏企业不得不沿用师傅带徒弟的育才模式，使得游戏人才培养的效率很低，并缺乏系统性。游戏学院的培养模式，UbisoftCampus培养模式等游戏程序设计的从业门槛并不高。经过一定的专业领域知识培训，有一到两年编程经验的程序员都可以胜任计算机游戏编程。大多数程序员并没有投身到游戏开发这一领域中来觉得游戏开发是个神秘领域，对游戏开发的专业领域知识不甚了解而感觉自己无法胜任。行业发展催生新岗位

行业变化可为职场人带来新的发展机遇。因IT业技术更新换代快，市场竞争激烈，故不断为业内人士创造了新的发展空间。3G、芯片、互联网、游戏等已成为近两年IT职场上的关键词，蕴藏者大量的职场机会。此外，新的商业模式也会引发新的工作岗位产生，但因人才短缺，这些岗位也成为高薪聚集地。目前游戏产业人才缺口高达60万，一名游戏公司市场经理的年薪已达到26万，而一名优秀的游戏设计师的年薪在30万元左右。在今后几年内，网络安全人才、游戏人才、软件测试工程师、研究人员的需求将持续旺盛。就拿网络游戏人才来说，最为缺乏的游戏设计、开发与编程人员，只要具备2年以上相关工作经验；掌握C或C++编程，熟悉Win32/VC++开发平台或Lunix/Unix开发平台；熟悉TCP/IP、Socket编程或MySQL、Oracle数据库；有良好的面向对象设计、分析能力、规范的编程风格；有个人作品和良好英文技术资料阅读能力者优先。这类人员月薪一般都有万元以上，属于“金领”一族。此外，游戏策划人员、美工等也是热销的职位。有经验的策划人月薪也能达到上万元，而资深的美工如果设计的速度和质量俱佳，最高月薪能达到2-3万元，而一般美工月薪维持在4000-5000元。2023/9/2214计算机游戏的分类角色扮演游戏

轩辕剑魔戒策略游戏模拟游戏模拟市民仿真城市动作游戏战栗时空毁灭战士运动游戏NBALIVE系列益智类…九十年代后的主流游戏机索尼SonyPlayStation=>PlayStation2=>PlayStation3PSP任天堂NintendoN64=>GameCube=>WiiGB=>GBA=>NDS微软MicrosoftXbox=>Xbox360三大新一代主机当前流行的掌机最新游戏片断Xbox360Xbox360\Preyattract.wmvXbox360\t_bioshock_msx06_direct_h264.wmvPS3PS3\t_nba2k7_gp2_gt_h264.wmvPS3\t_ff13_e36_h264.wmvWiiWii\wii_e3trailer1_060510_wiichina.wmvPCPC\civ4_640.wmvPC\t_dod_jagd_h264.wmv游戏发展趋势可玩性真实性网络化电影化复杂化典型游戏开发团队制作人、项目管理人员游戏策划师、关卡设计师软件工程师美术设计师动画设计师音效设计师数据管理员游戏测试员开发流程WorkFlow.wmf游戏引擎系统导入导出工具游戏编辑器数据转换打包工具引擎版本制作工具辅助工具导入导出工具功能：与商用内容创作软件交换数据实现：脚本(Script)和插件(Plug-in)游戏编辑器（一）功能：数字资产导入导出组合各种数字资产(Asset)，建设一个虚拟场景简单结构和模型创建空间结构的划分角色AI脚本编写场景、资产、对象等属性编辑关卡逻辑设定特效编辑WYSIWYG游戏编辑器（二）子编辑器：关卡编辑器角色及动画编辑器场景管理器特效编辑器贴图编辑器声音编辑器等等游戏编辑器（三）UnrealEditor游戏编辑器（四）实现：独立型集成编辑器独立型分散编辑器依附型编辑器数据转换打包工具功能：文本文件及二进制文件转换数据压缩小文件打包成大文件文件位置组织实现：部分功能可集成到编辑器，部分开发独立工具。有命令行接口，便于批处理。效率第一。引擎运行框架EngineFlowChart.wmf引擎是个完整的系统跨平台分层结构对象基类STL独占性文件管理系统内存管理系统版本制作工具功能：依次自动完成如下工作从版本控制服务器上取数据和源代码编译代码，生成工具和游戏可执行程序自动转换数据并打包自动生成最终可运行版本实现：批处理系统，带log记录可以用流行的脚本语言实现。辅助工具目的：提高生产率类型五花八门：内容创作数据管理查找场景角色浏览项目管理流程优化等等让我们来编写一款游戏创造一个美丽的静态世界我的世界需要勃勃生机我讨厌无声的世界我要和虚拟朋友们玩耍争斗如何玩，如何赢，如何输？我要逼真的交互性我要酷酷绚绚的效果我想和朋友们一起玩我没有钱，不能买最新的硬件。创造一个美丽的静态世界渲染引擎：能读入并显示在建模软件里设计的场景模型能支持室外及其室内场景渲染能实现逼真的光影效果能实现各种贴图效果能模拟真实的环境渲染效果我的世界需要勃勃生机动画引擎：能读入动画软件里设计的动画数据实现顶点动画实现骨骼动画支持动画混合实现面部表情动画(FacialAnimation)变形动画(MorphingAnimation)我讨厌无声的世界声音引擎：实现3D音效回放实现流音乐、多轨混合实现多层音效支持数字环绕、混响效果支持声音控制效果：Doppler,Fade-in/Fade-out,CrossFade，Random我要和虚拟朋友们玩耍争斗AI引擎：实现通用智能：RayCasting,PathFinding,实现个体智能实现个体Behavior如何玩，如何赢，如何输？游戏逻辑编写：相对比较枯燥的代码根据游戏类型不同而不同还包含用户界面：菜单、抬头显视设备等我要逼真的交互性物理引擎：近年来兴起的技术，PPU实现基于立方体、球体、胶囊体和三角形面的碰撞检测支持刚体力学支持基本流体力学实现人偶格斗实现车辆系统我要酷酷绚绚的效果特效引擎：包括显示特效和物理特效支持粒子系统支持全屏特效其他：Lensflare,bullettrail,Glow,等我想和朋友们一起玩网络引擎Replication预测模拟NAT处理游戏大厅MMOG服务器：动态负载均衡、按需服务。我没有钱，不能买最新的硬件。优化游戏开发永恒不变的主题内存优化，时间优化，数据量优化各个模块都需要优化需要设计一套性能记录和调试的系统减面、优化建模、空间分割、场景管理、裁剪、层次细节、虚函数层次优化、多核多线程并行运算、数据压缩，等等。游戏开发的发展趋势下一代游戏复杂度急剧增加开发往中国及其他低成本国家转移硬件上从单核往多核过渡，并行算法需要发展PPU诞生游戏引擎规模越来越巨大，朝组件化方向发展。游戏引擎的组件化发展渲染及动画引擎或全功能引擎系统：Unreal、Renderware、Gamebryo、Granny3D、OGRE、声音：Miles,FMod,OpenAL物理：Havok,NovodeX,ODE,MathEngine网络：RakNet,GameSpy,AI：PathEngineVideo回放：Bink用户界面：GFC底层架构：Rapid,

Boost,stlport,zlib成为游戏开发者C++，Script语言，RAD语言算法、数据结构、计算机图形学、操作系统、编译原理、网络原理、人工智能、数学、物理。游戏设计的关键什么因素决定一个游戏能否成功?怎样设计一个叫好又叫座的游戏?如何充分利用现有的技术?游戏设计基本规则从一个好的故事和好的idea开始在纸上写下设计思路量力而行了解潜在玩家的需求随时随地brainstorming游戏设计基本规则(续)快速成型理念具有前瞻性内容决定一切娱乐为主效果与技术是手段让玩家有目标游戏设计过程示例市场调研什么样的游戏最好销对玩家进行调研从现有顾客得到反馈原型系统交互的故事板或者特定技术的demo(可以是仅测试三维技术的三维引擎，也可以仅测试故事情节发展的引擎)游戏设计过程示例（续）人物设计对于动作、冒险和RPG游戏而言，我们需要有一个鲜明，强有力的主角来吸引观众的注意力故事情节设计冒险和RPG游戏的基础多线索，最好能够选择不同的结局对于按等级划分的战略游戏而言，较强的故事性能够增加游戏的趣味性游戏设计过程示例（续）调查工作对于策略或者模拟游戏开发，需要相关的背景知识例如，想开发一个关于二次世界大战的游戏，首先需要对非常熟悉那段历史参考市场上同类型游戏用户界面良好的用户界面是成功的要素之一易于上手(抛开冗长的用户手册)玩家在玩之前通常并不看帮助手册利用设计良好的tutorials和难度等级逐层深入向用户展示游戏的方方面面测试者的反馈意见帮助改进游戏设计注意事项好的游戏需要避免简单地重复同一故事情节过于复杂和细碎的操作过分涉及技术细节太容易或者太难单纯抄袭虎头蛇尾故事情节单薄游戏设计注意事项好的游戏通常包含以下因素好玩!具有针对性(老少通吃?toohard

)2-4岁4-5岁学前儿童：5-8岁学龄儿童:7-11岁中学:12-17岁成年:17岁以上游戏设计步骤（各阶段）起草故事大纲浓缩的游戏情节的完善设计（DesignTreatment）文档整理游戏脚本以及原型系统故事大纲是关于游戏设计的一些纲领性的想法用1-3句话作定性的描述总结性地描述游戏中的主要人物和角色能在第一时间激发读者的兴趣如果你不能将你的想法用几句话概述说明你还没有想明白整个问题游戏情节的完善是对故事大纲某种程度的扩展充分表明你想要达到的目标通常1-2页不需要对每一点都作出解释游戏情节的完善设计包括适当扩充故事大纲将几句话大纲扩充为一段话的情节描述Gameplay和外观设计

决定游戏基调我想让大家看到怎么样的效果?通过游戏我又想表达什么样的想法?明确游戏类型明确玩家的任务如何赢得游戏游戏情节的完善设计包括（续）开发安排明确任务，确定解决方案合理安排开发进度获得版权和开发批准正式的设计文档非常必要！尤其在你想吸引风险投资的时候。参考电影和电视脚本以及各类制作文档文档结构中的内容包括：充实游戏内容干巴巴的大纲变成有血有肉、实实在在的描述描述故事情节发展围绕“如何赢得游戏”这个总体目标分阶段完成我需要完成什么,才能进入下一关游戏设计的细化绝大部分游戏故事能够划分为彼此独立的段落：过关游戏可按难度分级RPG和冒险游戏具有情节、场景、地图等体育游戏分为队伍，场地，课程训练等军事和历史游戏包括军队，武器，以及作战环境等因素。。。游戏细节细化的步骤构建统一的系统框架用统一的方式引用和处理事件、人物和环境扩充和细化每一环节工作计划的安排以周期性的、波浪式前进的方式，在不同的粒度层次上分别进行细化。在每一个周期内对前一阶段工作成果进行更为详尽的扩充切忌在一开始就涉及太多细节问题游戏细节细化的步骤（续）利用举例和比较来说明问题例举类似游戏情节比较不同游戏之间的优缺点有助于对项目进行市场定位与分析概要描述游戏的内容（LevelDesign）描述游戏中的元素贯穿游戏先后的角色计分系统环境常量过程式定义（如何打开一扇门，如何击毙怪物等等）概要描述游戏的内容（LevelDesign）（续）

角色大全设计者在角色大全中描述游戏角色的外形、特性等，并定义相应的过程式。扩充游戏每一章节根据难度等级或场景分为相互对立但又关联的部分反复推敲尽可能将任务细分，详细描述每一细节细节层次与文档由游戏类型和开发环境决定游戏的每一个章节的描述游戏的Level的命名细节描述外观背景(环境)前景(物体,动作)动画/建模音乐和音效场景切换脚本和交互点游戏的每一个章节的描述(续)循序渐进的扩充脚本故事情节开发并完善设计文档，由大致的粗糙描述到确定的完整描述。流程以图的形式表现游戏元素和事件（子目标）之间的关系游戏的每一个章节的描述(续)角色大全/技术手册详细描述每一角色的特点人物的独特之处采用何种技术?如何实现?脚本？？？原型系统采用下面两种方式中的任何一种小型的demo,用于展示某种技术一个类似的交互的故事板（storyboard）明确目标是什么问题1:你想游戏达到一个什么样的效果?问题2:你需要做什么?问题3:这个游戏值不值得开发?设计规范的形成设计人员:明确游戏中需要包含的元素开发人员:评价游戏元素的被实现的可行性最终的开发是一个相互妥协的过程,取决于技术力度开发周期和所需投入可利用的资源强度游戏=引擎Engine+资源引擎（程序代码）资源（图像，声音，动画等）

游戏前期开发团队开发团队策划团队程序团队美术团队游戏前期开发团队—开发团队资料管理ResourceManagement行政管理Administration专案管理ProjectManagement专案管理执行ProjectManagement游戏前期开发团队—策划团队故事设计Storytelling脚本设计Scripting玩法设计GamePlayDesign关卡设计LevelDesign数值设定NumericalSetupAI设计GameAI(ArtificialIntelligence)音乐设定SoundFXSetup场景设定SceneSetup游戏前期开发团队—程序团队游戏程序GameProgram游戏开发工具GameTools游戏引擎开发GameEngineDevelopment网络游戏服务端开发OnlineGameSeverDevelopment游戏前期开发团队—美术团队场景Terrain人物Character建模Models材质Textures动作Motion/Animation特效FX用户界面UserInterface游戏=引擎Engine+资源引擎（程序代码）资源（图像，声音，动画等）

建模第一步:绘制原画建模第二步:在计算机中创建模型使用三维数字化仪创建对象表面使用三维扫描仪创建对象表面使用在线三维对象数据库利用三维软件计算机建模方法：三维数字化仪ImmersionMicroscribe3D计算机建模方法：三维数字化仪缺点：工作范围有限，很难适合于大型对象的建模数字化过程中一次只能处理一个点，花费的时间比较长手的颤动和跟踪器的噪声将精度限制在约1mm计算机建模方法：三维扫描仪扫描仪有一个数字照相激光装置，能通过三角测量计算出到对象的距离与三维数字化仪相比，三维扫描仪是非接触式的PolhemusFastScan3D手持式三维扫描仪计算机建模方法：三维扫描仪扫描的精度随着离对象表面的距离增加而迅速退化，可用雷达的飞行时间数据来弥补激光数据在测距中的不足。Cyrax2500，主要用于远距离大型对象的建模。允许扫描的最大距离为100m，可扫描从战舰到建筑物在内的各种尺寸的对象。计算机建模方法：三维扫描仪扫描得到的数据是点壮云图的形式通过连接相邻的点，把浓密的点壮云图转换成三角形网格进行多边形简化降低模型的复杂度把多边形模型转换成外观改良了的NURBS参数表面格式建模模型管理模型管理包含那些用于帮助VR引擎以交互速度绘制复杂虚拟环境，同时对仿真质量不会产生重大影响的技术细节等级管理单元分割建模模型管理：细节等级管理细节层次（level－of－detail，简称LOD）管理包括那些通过选择对象相应的细节等级来提高图形流水线吞吐量的技术。静态LOD管理自适应的LOD管理模型管理：细节等级管理－静态LOD管理它把场景划分成以虚拟相机的位置为中心的同心圆区域，同心圆区域的半径由用户定义69,451polys2,502polys251polys76polys模型管理：细节等级管理－自适应的LOD管理只在需要表现细节特征的三角形网格区域分裂顶点，以增加表面细节，其他区域则保持较低的细节等级。第三步:模型视觉外观表现质感的工作实际可分成为两部分：光影和材质光、影光：色，影色——亮、暗、高光光能——衰减、传递（漫反射、反弹）光的强度与距离成反比，L＝1/R2影——阴影－产生阴影和接受阴影光能传递涉及直接照明、间接照明（辅助照明和染色）对象的视觉外观：场景光照场景的光照决定了对象表面的光强度，可分成局部光照和整体光照两类局部场景光照孤立地处理对象和光源之间的交互，而忽略了对象之间的相互依赖关系。整体光照模拟对象之间的相互反射和阴影效果，从而得到真实感更强的场景。HaleLife2:LostCoast材质色彩和纹理光滑和粗糙反射和折射透明发光凹凸材质对象的视觉外观：纹理映射纹理给VR带来的好处：增加了场景的细节等级和真实感能基于透视变换提供较好的三维空间线索纹理的使用极大地减少了场景中多边形的数量，因此可以提高帧刷新率Shaderlanguage程序应用于纹理映射基本纹理加上3个印花纹理加上漫反射光照加上镜面光照加上mark纹理映射减少了场景中多边形的数量对象的视觉外观：多纹理映射把第二副纹理作用在第一次纹理映射的输出上，然后把结果保存在帧缓冲器中凹凸纹理光线映射第四步:设置模型对象的动作骨骼设置骨骼设置第五步:特效第六步:用户界面略赛车的引擎决定着赛车的性能和稳定性，赛车的速度、操纵感这些直接与车手相关的指标都是建立在引擎的基础上的

游戏的引擎玩家所体验到的剧情、关卡、美工、音乐、操作等内容都是由游戏的引擎直接控制的,把游戏中的所有元素捆绑在一起HaleLife2:LostCoast虚幻引擎3+Speedtree引擎创造的出奇迹引擎的作用引擎是用于控制所有游戏功能的主程序，从计算碰撞、物理系统和物体的相对位置，到接受玩家的输入，以及按照正确的音量输出声音等等。同一人物在两代《半条命》中的表现引擎的作用光影效果动画物理系统--碰撞探测渲染玩家与电脑之间的沟通

引擎相当于游戏的框架，框架打好后，关卡设计师、建模师、动画师只要往里填充内容就可以了。

《帝国时代3》物理系统--碰撞探测物理引擎就是负责计算场景里面物体之间互相作用效果的程序，物理引擎越完美，游戏就越显得接近真实拿起筐，你甚至还可以用鼠标将罐子“甩”出来两个最重要的物理引擎HavokPhysics引擎NovodeX引擎Havok物理引擎

帝国3、半条命2、F.E.A.R、光晕2等都使用了其Havok物理引擎HavokPhysics引擎HavokPhysics引擎让其中的人体可以根据不同的受力摆出这种姿势，而且完全和周围的地形环境结合在一起《帝国时代3》《帝国时代3》《英雄连》

HavokPhysics物理引擎

Havok公司刚刚发布了最新的Havok4.0开发工具套件。新的套件包括现有的HavokPhysics及Havok

Animationtools，并加入了新的HavokBehavior和HavokFX组件。HavokBehavior能为游戏加入基于物理特性的互动角色行为以增加游戏真实性。HavokFX则将利用ATi和nVIDIAGPU强大的图形处理能力，用于物理计算并获得更真实的游戏体验。Havok4.0SDK兼容索尼PS3以及微软64位操作系统，提供更为轻松的多平台开发体验。

渲染基于法线贴图的渲染高多边形模型低多边形模型低多边形角色实时光影效果PhysX物理引擎被AGEIA收购前叫NovodeX物理引擎NovodeX物理引擎NovodeX支持速度、加速度和弹性碰撞等物理概念，并且含有布娃娃系统令人物动作更加逼真

PhysX

物理引擎PhysX

物理引擎“布娃娃”系统

PhysX

物理引擎复杂而强大的声音仿真效果是PhysX物理引擎的另一亮点，它不仅能够模拟出音调随着发音物体的速度而变化的多普勒效应（最明显的例子是运动着的火车汽笛声调会变的现象）甚至连同一物体中材质不同的位置也能够发出不同的声音。物理引擎vsPPU（物理处理单元）

PPU的一个互动式Demo，液体倾泻到一辆汽车上面的超真实效果玩家与电脑之间的沟通略3D游戏引擎进化史

1992年，3DRealms公司/Apogee公司发布了一款只有2兆多的小游戏——《德军司令部》（Wolfenstein3D）它在X轴和Y轴的基础上增加了一根Z轴，在由宽度和高度构成的平面上增加了一个向前向后的纵深空间Doom引擎

Doom引擎是第一个被用于授权的引擎

Build引擎

肯·西尔弗曼于1994年为3DRealms公司开发的Build引擎是一个重要的里程碑，Build引擎的“肉身”就是那款家喻户晓的《毁灭公爵》已经具备了今天第一人称射击游戏的所有标准内容，如跳跃、360度环视以及下蹲和游泳等特性Quake引擎idSoftware公司Quake引擎是当时第一款完全支持多边形模型、动画和粒子特效的真正意义上的3D引擎

QuakeII引擎通过引擎授权所获得的收入至少有一千万美元此时的引擎已经从一种单纯的工具变成了一块令人垂涎欲滴的肥肉

Unreal引擎

EpicMegagames公司（即现在的Epic游戏公司）是使用最广的一款引擎Unreal引擎的应用范围不限于游戏制作，还涵盖了教育、建筑等其它领域

3D引擎方面也逐渐出现了单独专注于某个领域的产品SpeedTree是专门负责在游戏中“栽种”树木的程序，它不仅能够营造出非常真实的树木和森林效果，而且可以作为“零件”方便的嵌入到其他渲染引擎当中，为任何一款游戏带去优秀的画面。

动态风效果示意图动态调整多边形开发人员可以使用SpeedTreeCAD进行树木建模，然后导入到3DSMax、Maya等开发环境中去加工细节和阴影等特效，最后将其作为资源交给引擎去处理。而SpeedTree之需要一层类似中间件的环境就可以嵌入第三方的渲染引擎当中去。

《上古卷轴4：湮灭》游戏引擎颠峰实力:虚幻引擎3Unreal

集合了多项优秀引擎和技术为一体的“超级引擎”SpeedTreeNovodeX物理引擎可视化交互式开发环境UnrealEd虚幻引擎3大作UT2007

游戏的图像发展到《虚幻》这里已经达到了一个天花板的高度，接下去的发展方向很明显不可能再朝着视觉方面进行下去。

两部划时代的作品同时出现在1998年——Valve公司的《半条命》（Half-Life）和LookingGlass工作室的《神偷：暗黑计划》（Thief：TheDarkProject），《半条命》采用的是Quake和QuakeII引擎的混合体两个很重要的特性：一是脚本序列技术;对人工智能引擎的改