Game Programming. Tài liệu thiết kế cho SV Khoa CNTT – ĐHBK HN

Hanoi University of Technolgy Faculty of Information Technolgy Game Programming Tài liệu thiết kế cho SV Khoa CNTT – ĐHBK HN Lê Tấn Hùng hunglt@it-hut.edu.vn Hà nội I Giới thiệu phát triển Games Kỹ thuật đồ họa áp dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực như: y học, thiên văn học, khí tượng học, kiến trúc, quy hoạch đô thị, thiết ké kiểu dáng công nghiệp, làm phim hoạt hình, khảo cổ, phục chế,… hầu hết lĩnh vực sống Đặc biệt ứng dụng phải kể đến trị chơi giải trí với game thực tế ảo chiều làm say mê nhiều game thủ Không thể phủ nhận sức hấp dẫn trò chơi giải trí tác động đến sống xã hội Thậm chí người ta bắt đầu xây dựng khái niệm văn hóa – văn hóa games đồng thời với khái niệm đời ngành công nghiệp mẻ phát triển vũ bão theo đà phát triển công nghệ thông tin: công nghiệp sản xuất games • Theo số liệu Game Business việc bán phần mềm giải trí thu 20 tỉ$ năm • Chi phí thơng thường để sản xuất game vào khoảng 10 triệu$ • Tuy nhiên thành công game không dễ dàng (chỉ có 5% số game tạo cung cấp 95% tổng lợi nhuận) Hiện ngành công nghiệp sản xuất game phát triển mạnh mẽ nhu cầu nguồn nhân lực lĩnh vực lớn Không công ty chuyên game nước ngồi mà cơng ty games nước thực mở rộng quy mô hoạt động, tăng cường đội ngũ thiết kế lập trình Điều tạo sức hút lớn cho bạn trẻ yêu thích game đồng thời đặt vấn đề then chốt cần phải có chương trình đào tạo chuyên nghiệp để cung cấp nguồn nhân lực đáp ứng thị trường games đòi hỏi cao tính chuyên nghiệp sáng tạo Lập trình game nói cơng việc thú vị đem lại hội cho người lập trình tạo giới ảo với sinh vật huyền bí, vùng đất chưa biết đến Với đem đến cho người khả trở thành nhân vật nào, người mà họ mong muốn môi trường để họ sống theo sở thích Các yếu tố định game hay: • Ý tưởng • Cốt truyện, tình tiết • • • • • Đồ họa Âm Điều khiển Các chế độ chơi Quan trọng là: Vui! II Lịch sử game Vào thuở "sơ khai" ngành game, tên tuổi hay nhắc tới Ralph Baer, A.S Douglas, Willy Higinbotham Steve Russell Năm 1951, chàng kỹ sư trẻ Ralph Baer giao nhiệm vụ thiết kế tivi thuộc loại cao cấp để gây cú sốc thị trường Đây việc khó khăn với Baer, anh chàng đầy ý tưởng muốn vượt lên có sáng kiến loé lên đầu anh: phải đưa trị chơi vào máy truyền hình Tất nhiên lúc anh khơng mường tượng xác loại game ơng chủ anh Loral Electronics (New York, Mỹ) không ủng hộ Phải đến 18 năm sau, ý tưởng anh biến thành thực Năm 1966, Ralph Baer, lúc làm việc cho Sanders Associates, tạo Chase, trị chơi video đơn giản chơi tivi tiêu chuẩn Game bao gồm điểm nhỏ hình vng hai người chơi di chuyển hình theo hai hướng để đuổi Vào năm 1952, A.S Douglas phát triển trò chơi OXO, mà tiếng Việt gọi trị cờ ca-rơ, để minh hoạ cho luận văn tương tác người với máy tính Game chơi máy tính EDSAC "cổ lỗ sỹ", dùng đèn ca-tốt để thể đồ hoạ game đồ hoạ chạy máy tính Vào năm 1961, nhóm sinh viên Học viện cơng nghệ Massachusetts, có Steve Russell, phải tới 200 để thiết kế trị chơi Spacewar máy tính DEC PDP-1 thuộc loại "đời mới" hồi Hai người tham gia đấu với nhau, người điều khiển tàu vũ trụ có khả phóng tên lửa Một lỗ đen tạo trường trọng lực lớn để gây khó khăn cho game thủ Trị chơi nhanh chóng phổ biến máy DEC hệ "bán" thông qua mạng Được giới thiệu Phòng trưng bày khoa học Học viện công nghệ Massachusetts năm 1962, đánh giá game có ảnh hưởng phổ biến giới Vào năm 1971, kỹ sư người Mỹ Nolan Bushnell Ted Dabney sáng tạo loại máy thùng (arcade) dùng tiền xu để vận hành (tiếng Việt gọi nôm na "điện tử xèng") dành cho game Spacewar (nhưng ông gọi game Computer Space) Hãng Nutting Associates mua lại trò chơi này, đồng thời thuê Bushnell làm việc cho họ Kết họ sản xuất 1.500 máy chơi Computer Space Trong game này, người chơi điều khiển tàu phóng rocket phải tránh hoả lực kẻ thù phóng từ hai đĩa bay có dùng hai nút xoay chiều Bạn phá huỷ đĩa bay cách bắn tên lửa vào chúng với nút điều khiển Việc phát triển game hệ máy tính lớn trường đại học tăng tốc năm 70, nhà thiết kế game thời kỳ coi thú vui công việc kinh doanh Vào thời kỳ có hai mạng lưới phân phối lớn cho nhà thiết kế game sinh viên Một hệ thống Plato cơng ty Kiểm sốt liệu (CDC) hỗ trợ vận hành máy trạm CDC Plato hệ thống kết hợp đồ hoạ hình cảm ứng để đào tạo kỹ tương tác Hai hệ thống chia sẻ phần mềm DECUS công ty Thiết bị kỹ thuật số (DEC) điều hành cho trường, học viện có sử dụng máy tính DEC dịng PDP-10 Cũng giai đoạn này, trò chơi nhập vai dnd (viết tắt Dungeon and Dragons) lần xuất hệ máy tính Plato CDC trường đại học khác Vào năm 1972, máy chơi game video chuyên dụng (console) lần phát hành dành cho thị trường giải trí gia đình với tên ấn tượng Magnavox Odyssey Được thiết kế cách dùng công nghệ điện tử mô (analog), thiết bị sản phẩm mà Ralph Baer phát triển lên từ thiết bị ông chế tạo năm 1968 nối với tivi Trò chơi điện tử cho máy cầm tay giới Tic Tac Toe, công ty Waco sản xuất năm 1972 Phần thể game bảng gồm nút chuyển sang màu đỏ xanh bấm vào Máy chơi game cầm tay Microvision Smith Engineering thiết kế hãng Milton-Bradley bán thị trường vào năm 1979 Tuy vậy, thể hình LCD nhỏ dễ hỏng, game nên loại máy đứng thị trường hai năm Game Platform • PC o Single player o Match Makings o MMOG (Massive Multi-player Online Game) o Web-based Games • Console o Sony PS2 o MS Xbox o Nintedo GameCube • Mobile o GBA o Hand-held • Phát triển game PC o Được thiết kế cho ứng dụng PC o A Virtual Memory System o Có thể sử dụng nhớ không giới hạn o Video Memory is Limited o Open Architecture o Compatibility Test is Important o Development is Easy to Setup • Phát triển game Console o Specific Hardware Designed for Games o Single User / Single Process OS o In General no Hard Disk Drive o Closed System o Very Native Coding Way o Hardware related features o Limited Resources o Memory o One Console runs, the others do! III Phân loại Game Action (hành động) Gồm tất tựa game có liên quan đến hành động, đề cao khả chiến đấu nhân vật khu vực rộng lớn; sử dụng câu đố, thông điệp phức tạp, trận đánh tay đôi (nếu có lúc đánh trùm) Dạng phổ biến trị chơi first-person point-of-view (1st PPOV, góc nhìn người thứ nhất): người chơi “nhìn” mắt nhân vật Dạng yêu cầu người chơi phải có khả phản xạ nhanh, phối hợp tay-mắt tốt, am tường loại vũ khí game hợp phong cách “chạy bắn”; nên gọi first-person shooter (FPS) Half-Life game tiêu biểu cho FPS Trong game, người chơi phải tự “nghiên cứu” công dụng sức sát thương loại vũ khí để sử dụng hiệu Một dạng khác third-person point-of-view (3rd PPOV, góc nhìn người thứ ba): người chơi quan sát từ phía từ sau lưng nhân vật; vị trí quan sát thay đổi Dịng game Prince of Persia (chuyến phiêu lưu chàng hoàng tử Ba Tư) xếp vào dạng third-person action (TPA) Cịn kiểu chơi “chạy đâu bắn đó” siêu chiến binh Lost Planet đại diện cho dạng third-person shooter (TPS) Role-playing (nhập vai, RPG) Với RPG, người chơi vào vai nhân vật nhóm để tham gia kiện, giao tiếp với nhân vật “phụ” NPC (non-player characters), tham gia chiến (theo lượt thời gian thực) với trình xây dựng nhân vật thông qua việc tăng cấp độ (level up), phát triển kỹ (skill), tính cách Thế giới RPG thường lấy bối cảnh châu Âu xưa với phép màu huyền bí, lấy bối cảnh giả tưởng đậm chất “fantasy” Action-role-playing (nhập vai hành động, Action RPG) nhấn mạnh khám phá vùng đất áp dụng kiểu chiến đấu theo thời gian thực, ví dụ game Two Worlds Action RPG tương đối dễ chơi Cịn dạng RPG nhấn mạnh vị trí, tốc độ, tầm đánh nhân vật trận chiến gọi tactical role-playing (nhập vai chiến thuật, Tactical RPG) turn-based role-playing (nhập vai theo lượt), ví dụ Final Fantasy Tactics, Disgaea Dạng thường phức tạp “khó nuốt” Action RPG Adventure (phiêu lưu) Nét adventure khám phá vùng đất, tìm vật dụng giải đố; có khơng có cảnh mang tính “hành động” Khác với RPG, adventure có khơng có phát triển nhân vật, không tăng cấp độ Các game “tiên phong” thể loại vốn thể dạng chữ (text-based) Ngày nay, adventure phát triển theo phong cách di chuyển chuột “point-and-click”, người chơi quan sát nhân vật khung cảnh xung quanh góc nhìn người thứ thứ ba Tuy nhiên, góc nhìn ảnh hưởng đến lối chơi thể loại game Game phiêu lưu có cốt truyện chặt chẽ dài, đòi hỏi người chơi phải vận dụng “trí tuệ”, lịng nhẫn nại đoán để chọn hướng tốt Strategy (chiến thuật) Strategy trọng cách quản lý nguồn tài nguyên quân đội trước đối thủ máy người chơi khác điều khiển hầu hết “dính dáng” chiến tranh Nhìn chung, có dạng phân biệt realtime strategy (chiến thuật thời gian thực, RTS) turn-based strategy (chiến thuật theo lượt, TBS) RTS có đặc trưng hành động (diễn biến) xảy liên tục, không ngừng danh sách lệnh đưa liên tục, đòi hỏi người chơi phải có cách “điều binh khiển tướng” hợp lý Tiêu biểu Starcraft: Brood War hay Warcraft III: Frozen Throne Còn với đặc thù hành động bắt buộc dừng theo định kỳ để đặt vào lệnh, TBS đòi hỏi người chơi phải biết cách tính tốn “nặng nhẹ” cho lượt Dịng game “trung thành” với TBS Heroes of Might and Magic Thể loại có số game khơng lấy đề tài chiến tranh mà hướng kinh tế trị, Monopoly Tycoon Các thể loại khác • Survival horror (kinh dị) Gần giống action-adventure tạo cảm giác sợ hãi tình trạng hồi hộp cho người chơi Yếu tố kinh dị thường tạo từ ma quỷ, linh hồn, xác chết di động (zombie) Game dạng không dành cho người mắc bệnh tim Khơng tin? Bạn “so tim” hai dòng game Silent Hill Resident Evil, tập làm quen với Cold Fear • Simulation (mơ phỏng) u cầu simulation phải mô cho giống giới thực tốt, thường mơ “nghề” Virtual Skipper 3, “thế giới ảo” The Sims Một số game “tycoon” thuộc thể loại xem nhánh rẽ từ thể loại strategy Zoo Tycoon, Hospital Tycoon Chính mang yếu tố “bắt chước” giống simulation, số game gán thành dạng “sinh sau” racing simulation, flight simulation , chẳng hạn Microsoft Flight Simulator • Sports (thể thao) Được xem nhánh rẽ simulation, sports mô tả môn thể thao giới thực diễn môi trường 3D Game thường tổ chức theo cấu mùa giải, cho phép người chơi đảm nhận vị trí huấn luyện viên, ơng bầu bên cạnh tính trao đổi, chuyển nhượng cầu thủ, quản lý ngân sách Ở thể loại này, game qua mặt “vua bóng đá” FiFa Electronic Arts • Puzzle (giải đố) Đây lĩnh vực dành cho người yêu thích câu đố cực khó, hẳn adventure Game địi hỏi người chơi giải nhanh chóng (và phải xác) vấn đề đặt theo hướng suy luận logic Đôi vấn đề lại lồng ghép, xâu chuỗi để tăng độ khó Khơng người tỏ bối rối trước Chain Reaction khơng tìm lời giải phù hợp • Rhythm (âm nhạc) Game tập trung âm nhạc thời gian, điều khiển cách nhấn nút điều chỉnh thông thường thực thao tác thiết bị đặc biệt dance pad hay microphone Ví dụ: Dance Dance Revolution • Fighting (đối kháng) Đặc trưng thể loại trận so tài tay đôi nhân vật Dịng game tiêu biểu: Tekken, Street Fighter • Racing (đua xe) Đặc trưng đua có tính thời gian nhân vật loại xe cộ • Vehicular combat (đua xe chiến đấu) Có thể xem dạng action “lai” racing trọng nhiều vào chiến đấu thao tác “bẻ cua” chơi Thể loại có Twisted Metal: Black, Destruction Derby • Party- hay Entertainment (giải trí) Là dạng game ngắn, đơn giản, thiết kế cho nhiều người chơi dễ chơi, Fuzion Frenzy • Massively-multiplayer online (MMO) Đặc trưng thể loại có số đơng người tham gia giới liên tục, qua giao tiếp cộng đồng trực tuyến với người chơi khác Dạng gặp nhiều massively-multiplayer online role-playing game (MMORPG game nhập vai trực tuyến nhiều người chơi) Võ Lâm Truyền Kỳ hay Thế Giới Hoàn Mỹ Dạng “rồng cuộn hổ phục” chờ hội khai hỏa massively-multiplayer online first-person shooter (MMOFPS - game bắn súng trực tuyến góc nhìn người thứ nhiều người chơi) với tiêu điểm Huxley Webzen (Hàn Quốc) Còn dạng giai đoạn “tìm thành cơng” MMO Strategy (game chiến thuật trực tuyến) Phân loại Game theo ESRB Entertainment Software Rating Board (ESRB), bảng phân loại phần mềm giải trí áp dụng nhiều nước EC - Early Childhood: Nội dung phù hợp cho trẻ em từ tuổi trở lên Những game chủ yếu cho trẻ tập chơi với máy tính, tập tư phát triển não qua hình ảnh câu đơn giản dịng game Dr Brain hay số game shools bus E — Everyone: Nội dung thích hợp cho gamer tuổi Game giải trí nhẹ nhàng dành cho trẻ tập tư học hỏi VD: Sonic Advance, Super Mario Advance 4, Luigi's Mansion, and Pokémon Ruby and Sapphire 10 E10+ — Everyone 10 and older: Gamer 10 tuổi Những game giải trí giải đố, tìm đường nhẹ nhàng, cartoon tư cao như: Shadow the Hedgehog, Project Gotham Racing 3, Donkey Kong Jungle Beat, Kingdom Hearts and Harry Potter and the Goblet of Fire, Super Smash Bros Melee, Godzilla: Destroy All Monsters Melee, Digimon Rumble Arena 2, Sega Superstars,Ratchet & Clank series ,Gradius V T — Teen: Gamer 13 tuổi Những game cảnh, chiến đấu, dàn trận không bạo lực VD: Star Wars: Rogue Squadron, Prince of Persia: The Sands of Time, Tekken 5, Battlefield 1942 M — Mature: Gamer 17 tuổi Game có cảnh bạo lực, máu me, văng tục sex VD: Dead or Alive (video game series), Duke Nukem 3D, Doom , Mortal Kombat , Grand Theft Auto 3, Conker's Bad Fur Day, Resident Evil (series), Devil May Cry AO — Adults Only: Gamer 18+ , game có cảnh sex khỏa thân VD:Grand Theft Auto: San Andreas RP — Rating Pending: Sản phẩm gửi lên ESRB chưa có định Game thủ (Gamer) Khi phát triển game, cần hiểu rõ tâm lý gamer: • Lý họ chơi games • Dự đoán phản ứng người chơi họ chơi games Gamer phân loại thành tuýp người chính: • Core gamer: o Game phần khơng thể thiếu sống o Họ dành hết thời gian rảnh rỗi để chơi game Khi khơng chơi game họ “săn lùng’ cửa hàng games, đọc tạp chí games, tham gia vào diễn đàn games o Họ viết walkthroughs cho games đưa thảo luận chiến thuật phá băng cho game o Core games dành tất tiền dành dụm để nâng cấp máy tính hay cho máy console hệ • Casual gamer: 11 o Là người chơi game bình thường Họ đam mê, thích chơi mà gặp khó, hay phải động não nhiều họ ngừng chơi o Tuýp game thủ lại chiếm phần lớn số lượng họ đóng góp vai trị quan trọng cho ngành công nghiệp games IV Game 2D – 3D Bố trí hiển thị game Các game thường có bố trí hiển thị theo mơ hình định bao gồm phần sau: Hậu cảnh (Background): Phần hiển thị cảnh game, đóng vai trị làm cho cảnh Hậu cảnh thường hình ảnh bầu trời, mây, mặt đất, mặt nước… Vật thể (Object): Phần đặt hậu cảnh vận động hay chuyển động Vật thể thường bao gồm nhân vật game, vật phẩm, bàn ghế, cây, đá… Tiền cảnh (Foreground): Phần nằm cảnh nằm vật thể thường để hiển thị thông số cột máu, kỹ năng, mạng… Một số trường hợp game khơng có phần tiền cảnh phần tiền cảnh có đến lớp xếp lên 12 Phối hợp yếu tố ta có hình hiển thị game nhờ ta có để phân loại game 2D, 2.5D hay 3D Game đồ họa 2D Game 2D xây dựng hệ thống đồ hoạ máy tính chiều (2 Dimensional), hệ toạ độ chiều trục toạ độ, phản ánh phong cách đồ hoạ phẳng Đồ hoạ chiều khơng có tham gia có hiệu ứng chiều đặc trưng hiệu ứng chiếu sáng, phản chiếu, đổ bóng Island Adventure, game 2D platform cổ điển Đặc trưng dễ nhận dạng game 2D khơng thể xoay góc quay được, tất nhiên yếu tố giúp ta khẳng định chắn game 2D, có game 3D hạn chế khơng cho xoay hình Đặc trưng khơng có ấn tượng chiều rõ rệt, game cuộn đồ theo chiều chiều thẳng chiều ngang khác với 3D khơng dùng hình thức cuộn đồ mà dựa vào không gian khối đồ Đặc trưng thứ hoàn toàn 2D từ hậu cảnh, vật thể đến tiền cảnh tạo nên hình giống phim hoạt hình cắt giấy, thứ từ hình vẽ giấy Các game 2D thường game platform cổ điển hệ máy NES 13 SNES số game đại theo phong cách 2D Game đồ hoạ 3D Game 3D xây dựng hệ thống đồ hoạ máy tính chiều đại (3 Dimentional), hệ thống đồ hoạ khai thác chiều không gian chiều ngang – dọc – sâu tạo nên giới hình khối khác hẳn giới hình phẳng 2D Đồ hoạ 3D khai thác tối đa hiệu ứng chiều đổ bóng, chiều ánh sáng, phản chiếu Đặc trưng 3D hậu cảnh lồi lõm không phẳng Do khai thác hệ thống chiều nên game 3D hầu hết xoay góc nhìn trừ vài game ý đồ nhà sản xuất nên không cho phép người chơi xoay góc nhìn Đặc trưng game 3D sử dụng chi tiết hoàn toàn 3D hậu cảnh, vật thể trừ tiền cảnh số chi tiết phụ nhỏ bắt buộc phải dùng 2D cho phù hợp (có thể để giảm nhẹ cấu hình) Một đặc điểm khác 3D hậu cảnh kết hợp mặt đất vòm trời thiết kế khơng gian game 3D theo hình mái nhà vịm Các game 3D kể Far Cry, Con Đường Tơ Lụa, Command and Conquer: Generals, … 14 Đâu 2.5D? Nếu 2D 3D dễ định nghĩa xác định 2.5D khái niệm trừu tượng Theo định nghĩa 2.5D game sử dụng phần hệ thống đồ hoạ 2D phần lại 3D hay game 2D dùng hiệu ứng đồ hoạ 3D để mơ tính chất 3D (giả 3D) Nếu nhìn kỹ bạn thấy mặt đường đống đổ nát hình hậu cảnh 2D Các game dùng phần 2D phần 3D game dùng hậu cảnh 2D đặt lên vật thể hình khối 3D ngược lại Các game 2.5D kiểu kể Resident Evil phiên – – hay Võ Lâm Truyền Kỳ 15 Các hiệu ứng gây cảm giác 3D thực cảnh cấu tạo hoàn toàn 2D Các game 2D giả 3D thường game dùng hiệu ứng đổ bóng, phản chiếu dùng chi tiết 2D mơ cảnh vật 3D cách mô tả chiều sâu cảnh vật thông qua hiệu ứng phối màu Các game 2.5D kiểu kể Feeding Frenzy, Red Alert hay StarCraft Game 2.5D tính chất trung gian loại game 2D 3D nên đơi khó phân biệt với loại game cách xác Cách chuẩn để phân biệt loại game dựa vào khác biệt mặt hiển thị vật thể 2D biểu thị hình phẳng, 2.5D biểu thị hình 2D phối màu khéo léo để mơ tả hình ảnh 3D giả dùng pha trộn thành phần 2D 3D game, 3D hình khối thực xây dựng nguyên tắc khối đa giác khơng gian Có thể minh hoạ cách trực quan dạng khối cầu đại diện cho kiểu đồ hoạ 2D – 2.5D 3D 16 Khối cầu 2D Khối cầu 2.5D Cách vẽ khối cầu 2D giả 3D Khối cầu 3D 17 ... có định Game thủ (Gamer) Khi phát triển game, cần hiểu rõ tâm lý gamer: • Lý họ chơi games • Dự đoán phản ứng người chơi họ chơi games Gamer phân loại thành người chính: • Core gamer: o Game phần... chơi game Khi không chơi game họ “săn lùng’ cửa hàng games, đọc tạp chí games, tham gia vào diễn đàn games o Họ viết walkthroughs cho games đưa thảo luận chiến thuật phá băng cho game o Core games... Teen: Gamer 13 tuổi Những game cảnh, chiến đấu, dàn trận không bạo lực VD: Star Wars: Rogue Squadron, Prince of Persia: The Sands of Time, Tekken 5, Battlefield 19 42 M — Mature: Gamer 17 tuổi Game