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游戏引擎开发
你是否梦想写一部格斗游戏但却无从着手呢?是否你只因游戏开发好玩而对之感兴趣?本文我们将分析一个通用的跨平台游戏引擎,每个游戏开发新手都可以自由地使用它。
1. 3D游戏引擎的简短历史 在游戏开发中,从一开始就确定正确的开发平台是很重要的。是否你的游戏支持Windows,Linux和OS X?是否你的游戏开发只使用OpenGL就足够了?OpenGL是十九世纪九十年代初期设计的,起初只运行于价值约$25,000的Unix CAD工作站上,后来移植到Windows和其它一些低端平台上。与此同时,随着游戏工业的发展,图形加速器价格从$2,000剧跌到你今天看到的价值约$150的大众市场价格。 确实,许多人都会援引在1996年用OpenGL开发成功的革命性的游戏Quake,作为以上急速发展现象的直接的原因。然而,成功的Quake级的游戏开发标准要求更多:世界级音频支持,网络连接,用户输入设备支持,以及实时的管理能力等。既需要实现跨平台支持又能使游戏效果激动人心,要实现这样的解决方案最好建立一个体面的游戏开发站台。 2. 用于C++,Java和其它开发语言的简单DirectMedia层 对,历史就是这样有趣,但并不是每一部游戏都要做成Quake的克隆品。一直被业界许多人吹捧有着许多优点的选择是简单DirectMedia层(SDML)。这是一套跨平台的多,它提供对于音频,键盘,鼠标,游戏杆,OpenGL和2D视频帧缓冲的低级存取。SDML支持几乎我能想像出的每一个平台,包括Linux,Windows,所有的MacOS变异物,WinCE,Dreamcast还有另外一些操作系统。它被广泛应用于开发MPEG播放器,硬件仿真器,和许多流行的游戏,包括获奖的运行于Linux平台的Civilization:Call to Power。 SDML用C写成,但生来就与C++一起工作,已经绑定到了另外许多语言,包括Ada,Eiffel,Java,Lua,ML,Perl,PHP,Pike,Python和Ruby。SDML的应用环境简直就没有什么限制,而且它碰巧是我最喜爱的开源飞行模拟器GL-(见图1)的开发引擎。事实上,513游戏的当前开发已经基于SDML引擎而且被注册到了SDML的主页。 图1.GL-117中的一个视图 |
#include "Tunnel.h"// SDL 相关变量定义SDL_Surface *screen,*bBuffer,*Image;SDL_Rect rScreen,rBuffer;int main (int argc, char **argv){ int flag = SDL_SWSURFACE;// 请求一个软件表面. //软件表面处于系统内存中, // 一般不如硬件表面速度快 #ifdef WIN32 int fullscreen = MessageBox(NULL, "Show Screen (y/n):","Screen Setting", MB_YESNO); if (fullscreen==IDYES) { flag |= SDL_FULLSCREEN; // 如果用户需要,接管整个屏幕 } #endif Tunnel_Timer(); // 读取起始的系统时钟值 SDL_Init( SDL_INIT_VIDEO ); // 初始化视频子系统 //把屏幕设置到 320x240,32位颜色 screen = SDL_SetVideoMode( 320, 240, 32, flag); // 如果可用的话,为屏幕表面请求硬件缓冲 bBuffer = SDL_CreateRGBSurface( SDL_HWSURFACE, screen->w,screen->h,screen->format->BitsPerPixel, screen->format->Rmask, screen->format->Gmask, screen->format->Bmask, screen->format->Amask); // 这是种子图像,一旦开始它就会盘旋起来 Image = SDL_LoadBMP( "tunnel_map.bmp" ); Image = SDL_ConvertSurface(Image, screen->format, SDL_HWSURFACE); rBuffer.x = 0; rBuffer.y = 0; rBuffer.w = bBuffer->w; rBuffer.h = bBuffer->h; // 忽视大多数事件, 包括 鼠标动作, 并取消光标 SDL_EventState(SDL_ACTIVEEVENT, SDL_IGNORE); SDL_EventState(SDL_MOUSEMOTION, SDL_IGNORE); SDL_ShowCursor( SDL_DISABLE ); Tunnel.Set( 320, 240 ); // 通道将填充整个的缓冲区 Tunnel.Precalc( 16 ); //内部的圆圈直径 while (SDL_PollEvent(NULL)==0) { float fTime = Tunnel_GetTime(); //在修改前,必须锁定表面,特别当缓冲区处于图形硬件内存中时 SDL_LockSurface(bBuffer); SDL_LockSurface(Image); Tunnel.Draw(bBuffer, Image, 180*sin(fTime), fTime*100); SDL_UnlockSurface(bBuffer); // 在更新以后你可以开锁 SDL_UnlockSurface(Image); // 把缓冲区中的数据输出到屏幕绘图区域并强迫进行重画 SDL_BlitSurface( bBuffer, NULL, screen, &rBuffer ); SDL_UpdateRect( screen, 0, 0, 0, 0 ); } Tunnel.Free();} |
图 2. 演示旋转和扭曲的2D通道 |
图3.酷毙的Zaxxon的重制品 |
图4.在Irrlicht中的一个十分逼真的场景 |
图5.XenoHammer屏幕快照 |
要:本文重点讨论开源游戏开发库Allegro(Allegro低级游戏例程),同时涉及到一些深度技术并提供了一个简单的示例程序,帮你进一步确定它是否是适合你的开发平台。
一、 一个适于多环境的引擎
Allegro最开始被研发于八十年代后期古老的Atari ST平台上,随后被快速地移植到流行的DJGPP环境(一个在九十年代早期流行的32位的扩展程序)。此后,Allegro被移植到最为流行的Windows C++开发环境中,包括VS,MinGW,Cygwin和Borland C++。另外的支持它的平台包括Linux,BeOS,QNX,Mac OSX以及几乎任何其它带有X11库的Unix平台上。 Allegro能着色到各种类型的位图和硬件加速的环境中,例如DirectX,XWindows,SVGAlib,FreeBE/AF,CGDirectDisplay,QuickDraw,等等。Allegro并不想提供它自己的3D环境或模拟器,但是OpenGL可以被容易地集成,这是通过使用AllegroGL库-它提供了一个类似于GLUT的接口(包括扩展管理)-实现的。 二、 性能概要 在进一步使用API开发前,让我们看一下Allegro提供的总体功能: ·具体到像素级的绘图函数,包括平坦阴影,gouraud阴影,纹理贴图,z缓冲的多边形和圆绘制,填充,样条曲线,图案填充,精灵,blitting(位图复制),位图计算缩放和旋转,半透明/光效果以及比例字体支持的文本输出 ·FLI/FLC(在计算机生成的动画方面,这种格式比MPEG有更高的压缩性能)动画播放器 ·播放后台MIDI音乐,可达64种同时的声音效果,并能录制样本和MIDI输入(声音平台支持,包括WaveOut,DirectSound,OSS,ESD,CoreAudio和QuickTime,等等) ·容易地存取鼠标,键盘,游戏杆等设备,还支持高分辨率定时器中断,包括一个DOS版本的垂直折回中断模拟器 ·读/写LZSS压缩文件的例程 ·数学函数,包括定点算术,表查找和3D矢量/矩阵/四元数操作 ·GUI对话框管理器和文件选择器 ·内建地支持16位和格式的字符 三、 使用引擎 使用Allegro进行开发,就象在许多其它游戏场合下一样,游戏的总体结构都包括游戏开始前的初始化,游戏循环以及游戏完成后的清理。初始化意味着既包含Allegro启动代码也包含在开始的位置实现基本地装载或生成你的游戏级别。在创建你的初始化代码时,启动Allegro基本上没有什么代价付出(见图1). 如果你需要很多屏幕相关的真实性能,建议你首先礼貌地用get_gfx_mode_list()函数查询一下最大可用方式:#include <allegro.h> //必须放于系统头文件的引用之后set_color_depth(32); // 缺省情况下使用8位颜色if (set_gfx_mode(GFX_AUTODETECT, 640, 480, 0, 0) != 0) { abort_on_error("Couldn’t set a 32 bit color resolution");} |
四、 一个完整的Allegro实例
本教程将使用Kee-Yip Chan的SnookerClone演示程序,它是基于James Lohr的另一个具有相同名字的演示程序。图1显示了演示程序的基本屏幕快照。 图1.Kee-Yip Chan的"SnookerClone"演示程序 |
1 #include <allegro.h>2 vector<Point> g_points; //aka球上点的列表3 vector<Joint> g_joints; //物理对象列表,如车轮和缓冲器4 kVec g_accControl;6 int main(void)7 { 8 allegro_init(); // 初始化allegro.9 install_keyboard(); // 启动键盘.10 install_mouse(); // 启动鼠标.11 install_timer(); //过程show_mouse()所需要;13 // 创建一个800x600的非全屏窗口.14 set_gfx_mode(GFX_AUTODETECT_WINDOWED, 800, 600, 0, 0);16 set_window_title("Kee-Yip Chan’s Snooker Clone");17 text_mode(-1); // 文本将被画在透明的背景之上19 BITMAP* buffer = create_bitmap(SCREEN_W, SCREEN_H); //创建一张位图用于双缓冲.21 // 初始化数据.22 create_joints(g_joints); //注册车轮、地板和缓冲器的硬编码的屏幕位置25 // 创建顶点以组成aka球: 玩家所用球和三个蓝球26 // 的位置, 速度, 大小和质量.27 g_points.push_back(Point(kVec(100, 300),kVec(0, 0),16, 10));// 玩家.28 g_points.push_back(Point(kVec(50, 40), kVec(0, 0),12, 5));// 中等的球.29 g_points.push_back(Point(kVec(80, 40), kVec(0, 0) 12, 5));//中等的球.30 g_points.push_back(Point(kVec(110, 40),kVec(0, 0),6, 1));// 小球.32 //主循环,在按ESC键后退出33 while(!key[KEY_ESC]) { //检查输入.34 if(key[KEY_UP])35 g_accControl.y = -0.07; //Jet pack.向上加速36 if(key[KEY_LEFT])37 g_accControl.x = -0.07; //左走.向左加速38 if(key[KEY_RIGHT])39 g_accControl.x = 0.07; //右走.向右加速41 static bool leftMousePressed = false, rightMousePressed = false;42 if(mouse_b & 1) { //鼠标左键按下43 if(!leftMousePressed){ 44 leftMousePressed = true; // 创建一个新球.45 g_points.push_back(Point(kVec(mouse_x, mouse_y),kVec(0, 0), 12, 5));46 }47 }48 if(!(mouse_b & 1))49 //保证不重复鼠标按键50 //否则,就会出现许多的新球51 leftMousePressed = false;52 if(mouse_b & 2) { //鼠标右键按下53 if(!rightMousePressed){ 54 rightMousePressed = true; // 创建一个新球55 g_points.push_back(Point(kVec(mouse_x, mouse_y),kVec(0, 0), 6, 1));56 }57 }58 if(!(mouse_b & 2))59 //保证不重复鼠标按键60 //否则,就会出现许多的新球.61 rightMousePressed = false;63 doPhysics();65 // 着色:如果我们能再次使用缓冲区,则清除它; //否则,旧图像将滞留显示66 //用白色进行清除.67 clear_to_color(buffer, makecol(255, 255, 255));68 for(unsigned i = 0; i < g_points.size(); i++) { //画点.69 //画一个实心球70 circlefill(buffer, //画向缓冲区71 g_points[i].position.x,g_points[i].position.y,// aka 球的中心点的位置72 g_points[i].size, // 半径.73 (i == 0) ? makecol(255, 0, 0) : makecol(0, 0, 255)); //红色如果是玩家;否则为蓝色75 // 画一个轮廓球.76 circle(buffer, //画向缓冲区77 g_points[i].position.x,g_points[i].position.y, // aka 球的中心点的位置.78 g_points[i].size, // 半径.79 makecol(0, 0, 0)); //红色如果是玩家;否则为蓝色.81 }83 // 画接合点84 for (unsigned i = 0; i < g_joints.size(); i++)85 line(buffer, //画向缓冲区86 g_joints[i].p1.x, g_joints[i].p1.y, // 点 1.87 g_joints[i].p2.x, g_joints[i].p2.y, // 点 2.88 makecol(0, 0, 0)); // 黑颜色.89 );91 // 打印指令.92 textout(buffer, font, "Left Mouse Button - new big ball Right Mouse Button - new small ball",93 125, 1, makecol(0, 0, 0));95 textout(buffer, font, "Arrow Keys - move red ball",96 300, 592, makecol(0, 0, 0));98 show_mouse(buffer); // 画鼠标光标.100 draw_sprite(screen, buffer, 0, 0);// 把缓冲区中的数据画向屏幕.101 } // while循环结束103 return 0;105 }END_OF_MAIN(); |
MIDI *midFile = load_midi("myfile.mid’);play_midi(midFile, TRUE);//连续循环 |
register_sample_file_type("mp3",load_mp3,NULL);//安装MP3读取器 |
void adjust_sample(const SAMPLE *spl, int vol, int pan, int freq, int loop); |
Irrlicht引擎是一个用C++书写的高性能实时的3D引擎,可以应用于C++程序或者.NET语言中。通过使用(Windows平台),OpenGL 1.2或它自己的软件着色程序,可以实现该引擎的完全跨平台。尽管是开源的,该Irrlicht库提供了可以在商业级的3D引擎上具有的艺术特性,例如动态的阴影,粒子系统,角色动画,室内和室外技术以及碰撞检测等(见图1)。
图1.Irrlicht 3D引擎 |
图2:基于Irrlicht的游戏Yet Another Space Shooter(YASS),这里显示的是一个静态游戏帧中的令人吃惊的着色效果 |
图3.结合动态的光和水进行的场景着色 |
#include <irrlicht.h>#include <iostream>using namespace irr;#pragma comment(lib, "Irrlicht.lib")int main(){ //让我们假定用户在本例中使用OpenGL //当然,也可以指定DirectX 8, 9, 等等. video::E_DRIVER_TYPE driverType = video::EDT_OPENGL; //创建设备,如果创建失败立即退出。 IrrlichtDevice *device = createDevice(driverType, core::dimension2d(640, 480), 16, false, true); if (device == 0) return 1; video::IVideoDriver* driver = device->getVideoDriver(); scene::ISceneManager* smgr = device->getSceneManager(); |
scene::IAnimatedMesh* mesh = smgr->getMesh("room.3ds");smgr->getMeshManipulator()->makePlanarTextureMapping(mesh->getMesh(0), 0.008f);scene::ISceneNode* node = 0;node = smgr->addAnimatedMeshSceneNode(mesh);node->setMaterialTexture(0, driver->getTexture("wall.jpg"));node->getMaterial(0).EmissiveColor.set(0,0,0,0); |
mesh = smgr->addHillPlaneMesh("myHill",core::dimension2d(20,20),core::dimension2d(40,40), 0, 0,core::dimension2d(0,0),core::dimension2d(10,10));node = smgr->addWaterSurfaceSceneNode(mesh->getMesh(0),3,300,30);node->setPosition(core::vector3df(0,7,0));node->setMaterialTexture(0,driver->getTexture("water.jpg"));node->setMaterialTexture(1,driver->getTexture("stones.jpg"));node->setMaterialType(video::EMT_REFLECTION_2_LAYER); |
//创建灯光node = smgr->addLightSceneNode(0, core::vector3df(0,0,0),video::SColorf(1.0f, 0.6f, 0.7f, 1.0f), 600.0f);scene::ISceneNodeAnimator* anim = 0;anim = smgr->createFlyCircleAnimator(core::vector3df(0,150,0),250.0f);node->addAnimator(anim);anim->drop();// 把告示板依附到灯光node = smgr->addBillboardSceneNode(node, core::dimension2d(50, 50));node->setMaterialFlag(video::EMF_LIGHTING, false);node->setMaterialType(video::EMT_TRANSPARENT_ADD_COLOR);node->setMaterialTexture(0,driver->getTexture("particlewhite.bmp")); |
六、 粒子系统
下面介绍的这个特别效果更有趣:一个粒子系统。在Irrlicht引擎中,粒子系统既是组件化的,也是可扩展的,但是仍然易于使用。你只需要简单地把粒子发射器放到一个粒子系统场景结点,这样以来粒子看上去没有产生源。这些发射器可以据需要进行灵活配置,并经常带有许多参数,如粒子方向,粒子数量,以及粒子颜色等。 当然,发射器类型有区别(例如,一个点发射器能够使粒子从一个固定的点上发出粒子)。如果该引擎提供的粒子发射器还不能满足你的要求,你可以容易地创建你自己的发射器。这只需简单地从IParticleEmitter接口派生一个新类并使用setEmitter()方法把它依附到粒子系统上去即可。 下一个实例将创建一个盒子粒子发射器。你可能已经猜出,它从一个跳跃的盒中随机生成粒子。由参数来定义盒子,粒子的方向,每秒产生粒子的最小和最大数目,颜色以及粒子的最小和最大生命周期。 一个完全由发射器组成的粒子系统将是令人生厌的,因为缺乏真实感。因此,Irrlicht支持粒子影响器-它负责在粒子到处飞扬时予以修整。一旦添加到粒子系统上,它们就能模仿另外的更真实的效果,象重力或风。在本例中的粒子影响器只是简单地修改粒子的颜色来产生一种淡出效果。 可能你已经猜出,粒子影响器是通过派生IParticleAffector接口实现的,然后通过使用addAffector()方法把它添加到粒子系统上去。在你为该粒子系统设置了一种好看的材质后,你就有了一个看上去相当酷的野外宿营火的效果。通过调整材质,纹理,粒子发射器,还有影响器参数,你能容易地创建烟雾,下雨,爆炸,下雪等效果:scene::IParticleSystemSceneNode* ps = 0;ps = smgr->addParticleSystemSceneNode(false);ps->setPosition(core::vector3df(-70,60,40));ps->setScale(core::vector3df(2,2,2));ps->setParticleSize(core::dimension2d(20.0f, 10.0f));scene::IParticleEmitter* em = ps->createBoxEmitter(core::aabbox3d(-7,0,-7,7,1,7),core::vector3df(0.0f,0.03f,0.0f),80,100,video::SColor(0,255,255,255), video::SColor(0,255,255,255),800,2000);ps->setEmitter(em);em->drop();scene::IParticleAffector* paf =ps->createFadeOutParticleAffector();ps->addAffector(paf);paf->drop();ps->setMaterialFlag(video::EMF_LIGHTING, false);ps->setMaterialTexture(0, driver->getTexture,"particle.bmp"));ps->setMaterialType(video::EMT_TRANSPARENT_VERTEX_ALPHA); |
mesh = smgr->getMesh("../../media/faerie.md2");scene::IAnimatedMeshSceneNode* anode = 0;anode = smgr->addAnimatedMeshSceneNode(mesh);anode->setPosition(core::vector3df(-50,45,-60));anode->setMD2Animation(scene::EMAT_STAND);anode->setMaterialTexture(0, driver->getTexture("../../media/Faerie5.BMP"));anode->addShadowVolumeSceneNode();smgr->setShadowColor(video::SColor(220,0,0,0)); |
scene::ICameraSceneNode* camera = smgr->addCameraSceneNodeFPS();camera->setPosition(core::vector3df(-50,50,-150));int lastFPS = -1;while(device->run()){ driver->beginScene(true, true, 0); smgr->drawAll(); driver->endScene(); int fps = driver->getFPS(); if (lastFPS != fps) { core::stringw str = L"Campfire FX example ["; str += driver->getName(); str += "] FPS:"; str += fps; device->setWindowCaption(str.c_str()); lastFPS = fps; }}device->drop(); |
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