调整和改编赛车游戏——游戏构思

游戏构思

在你开始游戏屏幕和游戏逻辑之前，快速浏览一下这个游戏的原始构思，这样你能理解为什么某些东西实现了而有些却没有。在游戏的主要功能实现后，一些部分才在后面添加。这方面的一个例子是阴影映射，这始终是游戏引擎的复杂部分，因为你要花费大量的时间进行调整，直到它看起来正确。还有些东西必须跳过或故意排除在外，因为它们实在太复杂，在短时间内很难实现。最好的例子是道路上的障碍物（例如柱子），如果玩家不小心驾驶就会撞在障碍物上（见图14-2）。

图 14-2

这一想法的主要问题是如何有效率地设置障碍栏。这个游戏没有关卡编辑器或赛道编辑器。所有赛道都是由采样点生成的，很难在3DS Max中设置障碍物。测试这些物体并更新碰撞检测系统会产生更多的问题。在早期测试版中我使用了道路立柱，并将赛道放在立柱上（见图14-3）以测试这个使用障碍物的想法，但它看上去并不十分令人信服，而且只在赛道上开车已经是够难的了。一个更好的解决办法是添加如道路标志，交通灯，垃圾箱等可以破坏的物件，但上一章中你已经看到物理引擎不能够处理许多不同的物体，它只检查汽车与护栏的碰撞，并进行相应的的物理计算，仅此而已。

图 14-3

经过几次单元测试后，我决定放弃这一想法，将精力花在游戏的其他部分。我还添加了隧道和一种简单的方法来设置道路附近的棕榈树，标志，路灯等，并添加一个很好的技术，它能在赛道附近自动添加场景物体。

下列的文字直接来自于最初的游戏构思，这个构思确定于2006年8月，是在2006底开发这个赛车游戏之前。请注意，这个构思写于第一个XNA的beta版本发布以前，那时我还不知道XNA的许多细节。

游戏理念

这个赛车游戏是一个简单的3D赛车游戏。玩家能看到前面的赛车并能使用Xbox手柄或鼠标或键盘直接控制赛车。游戏的主要目标是尽可能快的到达终点并绕过所有障碍物。碰撞不会伤害玩家，但赛车会减速导致完成时间大大增加。玩家不会游戏结束，他只需花很长时间完成赛道。有3个不同难度的赛道，每个赛道都有一个排行榜。（注：这本书中的赛车游戏版本没有实现多个轨道，也没有最高分数或奖杯，请查看XNA的赛车游戏初学者工具包获取更多细节和附加功能）

这个游戏的图形（见图14-4）借鉴了如赛道狂飙，GT赛车，极品飞车等类似的游戏。显然，这些游戏花了很长时间开发并有很漂亮的图像，这在短时间内是不可能完成的，因此这个游戏着重于创建一个简单易学的、只有基本功能的赛车游戏。主要图形的主题是位于城市（显示街道，一些简单的建筑物，以及一些树木）。地面使用一个简单的二维图形，赛道是从二维图像自动生成的（使用特定间隔的点），使用高程图创建山较难，而创建赛道更难。 （请注意，这一想法后来被放弃，现在游戏中导入的是真正的三维数据。）

图 14-4

在游戏中没有其他汽车（如赛道狂飙），这使得代码简单，只需检查的与关卡中物体的碰撞。游戏的基本版只有一个主菜单，三个简单的单人赛道和每个赛道的排行榜（显示完成的时间）。

更多的图形设置（雪，沙漠，草原等等），更多的赛道，改编版本或多人游戏代码会在以后制作（例如在XNA社区）。

由于开发时间短，所以只保留了最基本的构思：控制汽车通过赛道。一个简单的物理系统被实现，每帧检测与场景中的静止物体的碰撞。其他构思在基本游戏中被放弃。这不仅简化了游戏，但简化了对技术和代码的理解。

这个游戏是从后面看，在前面显示汽车，赛道在中间，一些物品和天空在远处。天空是由一个天空立方体贴图实现的。

接下来是开发时间，所有的功能，哪个项目文件被使用，shader如何工作，音效如何使用。当讨论到使用的技术时会变得更有趣一点。

微软公司的赛车游戏初学者工具包使用C＃和XNA Game Studio Express开发。使用XNA? API和托管代码有助于编写和阅读代码、执行如载入纹理、使用shader、只用一行代码显示模型等强大的功能。

图形都是.DDS格式的文件。所有模型（汽车，树木，Effects等等）都在3D Studio Max8中建模并导出为.x文件。模型不使用动画，这样更容易理解代码（注：我后来发现XNA不支持动画模型）。

这个游戏不使用任何现有的引擎或其他复杂的框架，这样做的话那些非游戏程序员会不熟悉它，只会使想要看源代码的人困扰。游戏由以下几个基本部分组成：

• Helper类处理纹理加载，模型加载，游戏屏幕处理，XNA管理，处理控制等。

• Shader类处理渲染模型（主要是汽车）和带有shader效果的场景。（注：我很快发现我低估了场景物体的数量）

• Pre和post－screen shader类处理渲染天空和增加光晕效果、运动模糊和色彩校正。

• 主菜单类处理开始游戏，检查排行榜和退出游戏。

• 排行榜屏幕显示排行榜，并提交给一个在线服务器。排行榜还保存在本机上，也可通过这个类查看。（注：由于XNA不支持网络，而我想为PC和Xbox 360使用相同的代码，所以我放弃了将排行榜发送到在线服务器。）

• 在Mission类中玩游戏。

这几乎就是所有的游戏构思了，当得到第一个XNA beta版本后我立即开始了编程。当然开发过程中还有许多问题，但借助于单元测试和游戏构思的不断更新，开发并不难。最难的部分是场景和赛道（见第12章）和第13章的物理系统。阴影映射对大多数没有经验的编程这也不是一件容易的事，但几个月后我在另一个引擎中实现了阴影映射，回过头来看未完成的赛车游戏，我确信没有阴影映射它不会很好看。

附加功能

如果你看以下整个赛车游戏的类视图（见图14-5），它看起来相当复杂。最大的帮助是Rocket Commander的项目，在它的单元测试和代码帮助下，我能很快地测试自己的想法，模型和渲染技术。后来当XNA引擎完成后，我就可以复制代码，并在新引擎中继续测试。例如，我很早就发现从二维图像产生赛道并不聪明，造成的问题比解决的更多。实现基本赛道不难，但当需要处理三维顶点是，我很高兴Rocket Commander游戏中有一些托管代码让我可以加载.x文件并使用它们的顶点生成赛道。但是XNA不支持访问或加载导入的3D模型的顶点，你可以编写自己的内容导入器，但要做太多的工作。后来我改变了赛道的导入方式并添加了许多功能（隧道，道路宽度，道路物体、棕榈树等）。在3D Studio Max中赛道被直接导出为Collada格式，然后以二进制格式（更快地装载）导入到游戏引擎中。

图 14-5

以下的功能是从以前的项目（主要来自于Rocket Commander）中导入的：

• Helper类，如Log类处理调试，StringHelper类或其他如RandomHelper，Vector3Helper，或ColorHelper类等重要的类。

• 该图形引擎是从头写起的，但通过扩展XNA类的功能，使用新的类处理纹理，材质，模型，字体的基本思路是来自与Rocket Commander。XNA中的大多数类简单得多，一开始做得并不多，比如说Model类，只加载了一个模型并通过几行代码显示它。但后来的模型渲染性能提高了很多（将在本章后面讨论），Model类的内在逻辑完全改变了。模型已不再直接被渲染，取而代之，每个三维模型的shader和网格被收集并在每帧末所用使用相同shader、材质、网格数据的网格被集中渲染。通过这种方式在Xbox 360游戏机上能使性能提高200％ -300％。借助于特殊模型类的抽象，使用模型的代码也无需改变，它会变得更快！

• 游戏屏幕逻辑100％地来自Rocket Commander。我很喜欢这个主意，而且实现起来很简单。

• shader和其他图形类如ParallaxMapping，PostScreenGlow，PreScreenSkyCubeMapping和LensFlare类也是从Rocket Commander导入的，但经过一段时间后只有LensFlare和Sky Shader被留了下来，因为其他shader改变得太多了。无需为每一个新的材质编写一个新的shader，作为替代，编写一个更一般的ShaderEffect类，现在所有shader都是从这个类继承的。这简化了一些shader，并使像NormalMapping或ParallaxMapping变得过时了，因为它们现在直接工作自ShaderEffect类，而ShaderEffect类可以处理所有shader参数。PostScreenGlow shader继承自PostScreenMenu，这个新的shader仅用于菜单。

• 对于单元测试也采取了类似的做法，但NUnit和TestDriven.NET都被排除在外以简化Xbox 360的开发，因为TestDriven.NET在Visual Studio的Express版本不能工作。

当然这个游戏也有一些新的功能，不光是阴影映射，还使用了以下几个类：

• RenderToTexture：这个类服务于post-screen shader，但需要进行改进以支持阴影映射，这要求有不同的表面形式以获得更好的精度。这意味着，对普通的渲染目标你只能使用与后备缓冲相同的格式。这最有可能是R8G8B8X8，这意味着每个颜色通道使用8位而有8位是保留的，因为alpha通道对后备缓冲是无意义的，但32位优于24位，这使得在32位平台上更难读取像素数据。

  总之，阴影映射需要每像素更多的精度而不是很需要颜色。阴影映射的每个像素的深度值必须介于0和1之间 ，并越精确越好。良好的格式是R32F，如果R32F无法使用则R16F也可。但是，这些格式都必须进行不同的初始化，而RenderToTexture会为你处理。它也会根据用户的选择决定阴影映射大小是2048×2048，1024×1024或在速度较慢的电脑上只使用512×512。如果R32F和R16F都不能使用，它也支持回退到32位颜色格式。

• ShadowMapBlur：这个类可以帮助您模糊阴影映射。所使用的技术类似于PostScreenGlowshader的发光技术。它通过两个步骤获取输入数据并模糊。模糊不仅使阴影更柔和更真实，也修正某些阴影映射错误，这些错误被模糊掉了。

  这种技巧在XNA Shooter中不使用，因为如果在背景上有很多小物体和很多阴影重叠区和非阴影区，看起来不太好。在赛车游戏看上去好得多，特别是汽车上的阴影有一些错误变得更加光滑。其他场景物体大多相距遥远，它们的阴影不会和其他物体重叠，这可以让你使用更好的模糊值。

• ShadowMapShader：这是阴影的主要类。它初始化所有渲染目标，使用的纹理，阴影映射shadr，它处理ShadowMapBlur类。关于阴影映射技术的更多内容将在本章后面讨论后。

其他的游戏功能，比如环形赛道和场景渲染引擎已在第12章讨论过。它们包含在TrackLine类和Track类早期单元测试中，使游戏更有趣。

我真的不记得为什么游戏构思没有提及游戏屏幕。好像只说过：主菜单允许开始任务，查看排行榜，并退出游戏。代码后部是一个非常复杂的game screen命名空间（见图14-5），它比原计划支持更多的游戏屏幕。请注意，本章中某些游戏屏幕没有在代码中实现（例如，赛道或汽车选择屏幕），他们只用在XNA框架的赛车游戏初学者工具包中。最主要的原因是这里你只有一个赛道和一辆汽车，如果没有什么可以选择，那么实现它们是毫无意义的。你可以在http://www.xnaracinggame.com，这个游戏的官方网站找到一个更复杂的版本，并获取更详细的信息。