計算機游戲設計課程實訓案例庫建設研究

摘要：針對目前計算機游戲設計課程案例庫存在的內容陳舊、技術覆蓋面窄等問題，綜合考慮計算機游戲編程的特點與軟件工程專業人才的培養需求，提出由易到難、由簡到繁地進行計算機游戲設計課程實訓案例庫建設。闡述教學實踐中的實際應用，驗證實訓案例庫建設方案的可行性。

關鍵詞：案例教學法；案例庫；計算機游戲設計；實訓

引言

動漫游戲文化創意產業是21世紀的朝陽產業。計算機游戲設計課程作為數字媒體專業軟件工程碩士的核心課程，系統介紹游戲設計方法和開發技巧，重點講授游戲開發所必需的二維圖像、三維圖形、動畫、人工智能等專業知識。多年教學經驗表明，在教學方法上，該課程必須結合案例教學法，通過游戲案例啟發性地說明游戲設計的各種原理和方法，才能達到良好的教學效果。然而，目前該課程教學過程中可用的游戲案例數量少、類型單一、案例陳舊、編寫不規范，無法滿足數字媒體學科方向碩士研究生的培養要求。

為增強該課程的教學水平，切實提高計算機游戲設計課程的教學質量，應加快建設計算機游戲設計課程案例庫，深入研究該課程的實訓案例庫教學方法。

1 設計思想和總體結構

動漫游戲產業對未來游戲設計人才的需求，更傾向于具有較強的實際工程能力。結合案例庫的教學方法，是一種面向未來的致力于提高學生需求分析能力與編程實踐能力的新教學模式，對培養理論與實踐均衡發展的高素質人才具有重要意義。

計算機游戲設計課程實訓案例庫建設，將案例介紹和分析過程流程化與規范化，將案例教學與實驗教學相結合，為學生提供更多的標準化典型案例，使學生在不斷更新的、接近產業實踐的教學環境中學習游戲開發，更快地接受相關理論知識，提升其實踐能力。

在深入剖析國內外經典案例庫建設方案的基礎上，筆者設計了符合動漫游戲產業發展趨勢的游戲設計案例庫，其總體結構如圖1所示。

2 計算機游戲設計課程實訓案例

案例庫以現有的計算機游戲設計課程為基礎，從實用角度出發，以游戲引擎開發為主線，采用項目導向、任務驅動的方式，生動詳實地展現游戲設計的基本原理、概念、技術和方法。計算機游戲設計課程實訓案例庫劃分為經典案例篇、基礎知識篇和引擎設計篇等3篇，共包含10個精選案例。

2.1 經典游戲案例

經典案例篇分析國內外著名游戲公司的經典游戲案例，并介紹目前最熱點的游戲開發平臺，同時結合吉林大學計算機學院2013年開發的一個實際項目——交互式虛擬物理化學實驗室平臺，對游戲引擎的應用進行詳細分析。虛擬交互實驗室案例采用Unity Technologies開發的unity3D游戲引擎，針對中學的物理、化學實驗課程設計并開發。該實驗平臺實現了共計50個獨立運行的交互式三維仿真實驗，能夠幫助中學生在輕松的游戲氛圍中，理解物理、化學的理論知識，提高其實驗操作能力。

2.2 基礎知識案例

基礎知識篇通過結合知識點的案例，由淺入深地介紹游戲設計技術。旋轉彩色正八面體繪制案例中，首先繪制一個正八面體，并采用幀更新思想實現該幾何體的旋轉運動。正八面體光照案例中，為正八面體增加光照，以增強幾何體的立體感。倒映正八面體案例利用模板測試技術，在場景中渲染出兩個正八面體，一個是幾何體本身，另一個是幾何體在鏡面的倒影，其實現效果如圖2所示。天空、地形和網格繪制案例中，天空盒使用一個球體表示天空，然后為該球體賦予相應的紋理，其實現效果如圖3所示。碰撞檢測與拾取案例對一個球體和一個茶壺進行碰撞檢測，如果檢測成功則彈出“擊中”對話框，其實現效果如圖4所示。

2.3 引擎設計案例

引擎設計篇通過不同類型游戲引擎開發的需求，給出綜合案例。首先是模擬自然景觀游戲引擎，引擎包括浮云、海浪、雨滴和噴泉的三維效果。第二是運動灑水車游戲引擎案例，其主要元素包括球面天空、地形和灑水車；引擎還能夠控制自然光的位置，形成灑水車在地面上的陰影。地空對戰游戲引擎案例完整地構建了一個地空對戰的游戲引擎，引擎的主要元素包括直升機、粒子槍、天空盒和地面。直升機的數量設定在一定范圍內，直升機的飛行軌跡由玩家通過鍵盤輸入進行控制，并采用時間變化量控制畫面的移動。引擎讀取網格數據，創建并繪制遠處和近處的直升機，玩家通過鍵盤控制粒子槍的方向和粒子的發射。當直升機被擊中時會產生爆炸效果，并繪制爆破火光，直至直升機墜毀消失。

3 案例教學內容安排及教學組織

計算機游戲案例教學根據游戲設計課程的特點對知識點進行整合，引入針對性較強的實訓案例，實現從各個核心知識點到實用游戲程序的無縫銜接，使學生學習時更有針對性，進而提高教學的有效性。

在實訓教學的前期，當學生學習顏色、光照、模板等教學內容時，選擇單項的案例編程，目的在于讓學生掌握計算機游戲設計的基本知識點。當學生學習網格、地形、粒子系統等教學內容時，展開綜合案例項目的編程設計，每一個案例項目都以之前的案例項目為基礎，且在每一個案例項目中，各個步驟也通過內在關聯拓展而成。

根據教學內容建立實訓案例庫，確保教學效果。每個模塊教學前，先給學生介紹實訓案例并演示效果，精選一些有趣的案例學習基本理論、數學推導，讓學生輕松掌握世界坐標變換、取景變換、背面消隱、投影等相對單調的程序模塊編寫方法。

在完成案例教學與實訓練習的基礎上，組織學生以小組形式參加項目設計。通過模擬游戲公司的開發過程，按照現有游戲引擎中渲染繪制程序的功能要求，開發實現案例庫中引擎設計篇的小型游戲引擎，讓學生在真實的編程情景中做自己感興趣的項目，體會學與用的結合，激發學生的編程熱情。通過這些案例項目的實施，讓學生在實踐中運用所學的理論知識，完善自己編寫的程序，提高編程能力及編程技巧，并深刻理解理論教學環節中學習的知識點。

4 結語

計算機游戲設計課程實訓案例庫被應用于我校2012-2015級數字媒體專業計算機游戲設計課程。在案例教學過程中，經典游戲案例的學習激發了學生的學習熱情；基礎知識案例為學生學習游戲設計打下了良好的技術基礎，引擎設計案例在給學生提出一定挑戰的基礎上，提供了一套可供參考的范例，使學生在游戲開發實踐中，設計思路清晰，調試目標正確，提高了學習效率與學習效果。

計算機游戲設計實訓案例庫建設有助于改進傳統教學存在的不足，有效地提高了學生的學習興趣，加深了學生對理論的理解和掌握，增強了運用技術的能力。同時，實訓案例庫建設是一個持續的過程，教師在建設案例庫的同時，應注意根據行業發展動態，及時更新并調整案例，以保證學校與行業的無縫對接，建立培養優秀人才的優質資源。