智能游戲開發與設計課程建設探討

　　摘要：針對智能科學與技術專業智能游戲開發與設計課程建設現狀，在分析重慶郵電大學針對該專業提出的幾個特色專業方向、以及面臨的課程建設等問題的基礎上，闡述針對智能科學與技術專業特點而設置的智能游戲開發與設計課程的教學目標、教學要求和教學內容設置；同時，對考核方式和教材建設等問題進行探討。
　　關鍵詞：人工智能；智能游戲；智能科學與技術
　　
　　智能科學與技術本科教育在我國已經走過6年的歷程，繼北京大學率先在國內建立智能科學與技術本科專業之后，相繼有17所高校經教育部批準設立了智能科學與技術本科專業。從專業建設經驗及成果來看，其中很重要的一點就是“優化核心課程體系，突出特色專業課程”[1]。
　　自2009年以來，重慶郵電大學相繼招收了兩屆智能科學與技術新專業學生，筆者承擔導師工作，與學生接觸密切，同時，從事智能信息處理教學科研工作。在工作中，我們發現專業特色一直是教師和學生共同關注的問題。
　　近年來，我校計算機科學與技術學科建設取得明顯成績，成為中國人工智能學會粗糙集與軟計算專業委員會的掛靠單位，在智能科學與技術涉及領域的智能信息處理、計算智能、網絡智能、文本分類、圖像處理等研究方向上取得豐碩成果。因此，在新專業的建設中，針對如何突出專業特色，我們在專業課程規劃中提出兩個主要的特色方向：一個是智能信息處理方向，它包括數據挖掘、智能計算技術等課程；另一個是智能游戲開發方向，它主要包括多媒體技術、智能游戲開發與設計等課程。
　　我校的第一屆智能科學與技術專業學生即將進入三年級的專業學習，我們面臨著新課程的建設任務。鑒于以前的研究基礎，我們在智能信息處理課程建設方面占明顯優勢，而智能游戲開發課程建設相對薄弱。因此，本文將主要針對智能游戲開發與設計課程建設進行討論。本文研究內容主要包括：教學目標與基本要求、教學內容的具體設計、對其他教學因素的思考，如考核方式、教學方式改革及教材的選擇。
　　1游戲與教育
　　在此，我們先討論對游戲的看法。游戲不是簡單的“玩”，而是要“從游戲中學會生存”。作為對生存過程的一種模擬，游戲創造了一種虛擬環境，把受體放在媒體之中，使受體自己判斷、決策和動作，通過反復操作媒體獲得某種能力。數千萬年以來，游戲使用著更直接的沉浸手段，讓后代在沉浸中得到更實際的生存鍛煉[2]。由此可見，作為功能的界定，與游戲更接近的社會部類是教育，而不僅僅或不主要是娛樂。
　　美國在這方面走在了全世界的前面，他們有許多成功的經典嚴肅的游戲作品，比如，《美國陸軍》就被美國國防部用于征兵，《緊急事件指揮官》被用于演練應災、救災，《虛擬訓練銀行》為銀行提供財務分析和風險管理培訓，《銷售員世界》對銷售進行培訓，《神偷卡門》和《萬能的數學》用于中小學市場，等等。游戲產業在美國發展迅猛，占據全美每年上千億美元企業培訓市場的相當份額，而且還在以驚人的速度增長[3-4]。
　　可見，游戲與教育也是密不可分的，國內已有多所大學開設了游戲設計課程，如北京郵電大學、首都師范大學等[5-6]。2010年新設置智能科學與技術專業的中南大學也擬開設人工智能與游戲編程課程[7]。
　　游戲設計雖然涉及多門學科，但其作為應用并沒有形成一門單獨的理論。在國內，動漫游戲已經得到了一定的發展，動漫游戲專業教育是藝術與技術結合、理論與技能結合、創作與經營結合等形成的綜合性教育體系[8]。
　　那么，智能科學與技術專業開設游戲設計課程要有自己的特點，就必須在教學中突出“智能”的特點，即在游戲設計與開發中體現智能，或者說如何將人工智能技術應用到游戲設計與開發中。談到智能游戲，我們的教學資源還很有限，很難找到一本合適的本科生教材，從人工智能角度來討論游戲的書不多，且多為國外學者所著，不適合直接用做國內學生的教材，因此，本文正是就此課程的具體建設展開討論。
　　2教學目標與基本要求
　　我校智能游戲開發與設計課程主要是面向智能科學與技術專業3年級的學生，在3年級第二學期開設。
　　本課程先修課程包括4個方面：1)基本數學理論知識：高等數學與線性代數；2)計算機編程方面的知識：C/C++或其他有繪圖功能的編程語言和數據結構課程等，學生最好已經熟練掌握一門面向對象程序設計語言(如VC++)；3)關于人工智能技術方面，我校開設的先修課程有算法分析與設計、數據挖掘、機器智能等有關課程；4)關于圖形處理基礎知識，我校針對計算機與智能大類專業培養中在第5學期開設了計算機圖形學與多媒體技術課程，學生最好先選學其中一門課程。
　　在課程設置方面，上述前三方面的課程基本上都是必修課程，這需要我們在指導學生選課時，給予他們一些對于課程關系上的介紹。本課程后繼課程，我校開設的是機器視覺與人機接口等任選課程。
　　教學目標：本課程向學生介紹計算機游戲動畫的基本原理和最新進展，為學生將來利用人工智能技術以及游戲設計技術奠定必要的基礎。
　　本課程教學基本要求：通過學習使學生了解游戲設計與虛擬現實的基本概念和相關術語及其基本設計方法，基本掌握計算機游戲動畫的最新概況、游戲程序設計概覽、二維游戲的基本編程技術、三維游戲動畫的基本編程技術、三維游戲場景的組織與繪制、游戲中的高級圖形技術、游戲中的音頻編程、游戲中的人機界面技術、人工智能在游戲中的應用等。
　　基于這樣的教學基本要求，本課程有兩個重要內容：一個是人工智能技術如何在游戲設計中應用，一個是一般游戲設計技術。顯然，第一方面是我們的重點內容，也是體現課程特色的方面。對此，我們采用理論結合實際的理念，將學生已經具備的人工智能理論知識與游戲設計的具體應用聯系起來。這樣，學生就不會覺得理論知識太抽象，并且可以很好地將理論與實踐結合。至于第二方面，游戲設計與開發主要從設計模式上入手，借助多媒體平臺進行講授。我校將該課程作為專業方向特色課程進行建設，教學要求上規劃了48個學時。
　　3教學內容
　　本節將具體介紹教學內容安排以及擬使用的參考書籍。
　　1) 游戲程序設計概論(2學時)。概論部分主要介紹計算機游戲的基本概念、游戲類型、特點以及目前國際上該領域的研究和應用情況。
　　2) 游戲中的數學和物理基礎知識(4學時)。考慮到沒有學過計算機圖形學的同學需要對此有一定了解，本部分內容主要是對所學相關知識的復習。
　　3) 二維游戲的基本編程(10學時)。游戲的基本流程和體系結構、游戲開發的基本理念及方法、游戲引擎簡介、游戲的調試與測試、游戲開發的準則和“忠告”、游戲編程人員的基本素質要求。
　　以VC++游戲開發典型案例(五子棋)為例[9]講解，包括五子棋游戲的各種文檔的制作、游戲界面的設計、網絡通信協議介紹、核心算法的設計等。重點突出人工智能搜索算法的應用。
　　4) 三維游戲的基本編程。三維游戲場景的組織和繪制：三維場景的組織與管理、游戲場景的幾何優化、三維場景的快速可見性判斷與消隱、地形場景的繪制與漫游、三維游戲場景中的碰撞檢測(6學時)。
　　三維動畫的基本編程技術：三維動畫技術概述、關鍵幀動畫技術、基于動作捕捉的動畫技術、腳本驅動的動畫技術(4學時)。
　　游戲中的音頻編程：聲音基礎、三維音效生成、常見的聲音引擎簡介(2學時)。
　　游戲中的人機界面技術：游戲的可玩性與人機界面、用戶界面設計基礎。(2學時)。
　　以一個具體的案例學習上述內容，案例集成[10] (2學時)。
　　
　　5) 人工智能在三維游戲動畫中的應用[11](14學時)。
　　6) 課程總結(2學時)。在以上課程內容的安排中，關鍵點是第5方面內容的具體選擇。因為，授課對象是本科生，教學中涉及到的人工智能技術難度不能太大，目前，我們正在探索采用哪些算法授課。
　　針對第5方面的教學內容，我們有以下幾方面的教學設想。1)以遺傳算法、決策樹、模糊理論、神經網絡等為例介紹這些相關算法如何在計算機語言中實現以及如何應用在游戲設計中。2)結合第4部分的三維游戲實例，介紹相關人工智能算法在游戲中的應用。比如通過遺傳算法進化出完美的洞穴巨人。
　　4其他問題
　　該課程實踐性比較強，所以，教學過程中，我們希望通過加強案例學習的方式使學生對以前學習過的人工智能算法有更直觀的體驗，這對教師提出了新的要求，即如何組織案例教學。一是進行完整案例教學還缺乏相關教學資源，教師要自己編寫相關教學材料。另外，為了進一步加強學生動手能力，我們可以考慮項目設計的方式，在算法分析與設計課程中采用“大作業”的方式，以帶動學生的學習積極性[12]。對此，我們要求學生課后分組完成一個游戲項目設計，學生可以根據其興趣愛好以及實際的編程能力選擇相關游戲設計題目以及游戲類型。
　　由于該課程實踐性強，因此，考核時應考慮提高項目設計分值，比如，占總成績的40％。此外，該課程涉及的內容比較多，建議開卷考試，目的主要是檢測學生對知識的掌握程度，以及運行知識和解決問題的能力。
　　5結語
　　智能游戲開發與設計課程是我校正在建設中的一門新課程，我們在文章中針對其教學目標與要求、教學內容、考核方式展開探討，但在教學實踐過程中，我們還會發現許多考慮不周或欠缺之處，我們需要向其他學校學習并且在教學實踐進一步提高，以使這門課程的教學更加完善。
　　
　　參考文獻：
　　[1]