Как программировать игры: языки, движки и все, что нужно знать начинающему разработчику
Сперва это кажется дико сложным, но чем глубже погружаешься, тем лучше получается. Рассказываем, как начать делать игры,
Главное — в самом начале узнать, что нас ждёт, чтобы потом не свернуть на полпути, пройти все этапы и выпустить релиз. Подробно всем тонкостям, навыкам и хитростям мы обучаем на курсе «Профессия разработчик игр на Unity». Здесь же рассмотрим первые шаги, которые ждут разработчика.
С чего начать разработку игры
Рассчитываем, что вы уже придумали, какой будет игра, разработали концепт и уже ищете способы разработки. Настало время реализовать свои задумки. Есть несколько вариантов, как это сделать.
Все три способа подразумевают какое-никакое программирование, так что знать хотя бы основы вам точно придётся.
Пишет о программировании, в свободное время создает игры. Мечтает открыть свою студию и выпускать ламповые RPG.
Языки программирования
Подойдут любые, от Python и C до Pascal и Java. От выбора зависит то, сколько времени уйдёт на игру и для какой платформы будет релиз. Также язык влияет на производительность.
На C++, например, пишут для любой платформы, а вот PHP или JavaScript лучше подходят для браузерных игр. Если же вы используете один из движков, то лучше вдобавок изучать C# — на нём прописывают скрипты. Главное — не недооценивать языки. Движок Unity дружит и с JavaScript, а MineCraft был написан на Java.
Движки для создания игр
Среди современных выделим:
Crysis, Far Cry, Sniper II: Ghost Warrior.
Gears of War 4, Dead Pool, Mortal Kombat X, Tekken 7
Outlast, Assassin’s Creed: Identity, Temple Run, Deus Ex: The Fall.
Большой популярностью пользуется Unity, он рассчитан как на 2D-, так и на 3D-игры. Он подходит под разные платформы и языки. На нём создается большинство мобильных и инди-игр. Он бесплатный, но если вы зарабатываете на своих играх больше 100 тысяч долларов в год, то придётся делиться ими с разработчиками Unity.
Как строится игровой код
Допустим, вы выбрали язык и движок, составили план. Что дальше? Продумайте всё от и до. В зависимости от выбранного вами пути (чистый язык или использование движка) будет отличаться и то, что вас ждёт на разных этапах разработки.
Если делаете всё своими силами, то на ваши плечи ляжет работа над физикой, механикой, графикой, искусственным интеллектом и балансом. Если выбрали движок — можно вздохнуть спокойно.
Физика
Физика — это то, как мир игры реагирует на действия игрока или объектов внутри мира. Вот какие могут быть физические действия:
Если пишете сами, то для обычного прыжка придется:
Не говоря уже о том, что нужно работать над анимацией всего этого.
В движках уже прописана физика, и нужно лишь подогнать её под свои нужды. Для примера:
И для этого не придётся писать код вообще — всё уже предусмотрено.
Механика
Игровая механика — это то, какими способами игрок взаимодействует с миром. Совокупность игровых механик составляет игровой процесс. Например, вы уже реализовали возможность ходьбы и прыжков. Эта игра, скорее, платформер.
А если добавите механику получения опыта, повышения уровней, прокачки навыков, — игра станет походить на RPG. Механика — такая же важная составляющая игры, как и сюжет или графика.
Ещё один пример: вы написали сценарий к игре, в которой нужно сбежать из тюрьмы. Даже если игра будет самой линейной в мире, игровая механика может всё изменить:
Будучи программистом, придётся уделять много времени механике.
Графика
Раньше графика создавалась с помощью программного кода, потом придумали текстуры и спрайты, а для 3D-игр используются модели. Подготовив все текстуры и модели, нужно добавить их в игру.
В движке достаточно просто загрузить нужные файлы и прикрепить их к нужным моделям. Иначе — прописывать всё вручную, в том числе и анимацию.
Для анимации 2D-объектов создаётся текстура по типу той, что на изображении выше. Она разбивается на равные части, которые сменяют друг друга. То есть игрок сначала видит первый кадр, который потом сменяется на второй, а затем на третий — это создает иллюзию движения.
Если брать 3D-модель, то используется скелетная анимация — модель как бы нанизывается на специальный каркас (скелет) с подвижными частями. Движение этих частей прописывается в коде.
На скриншоте видно, как персонаж сгибает руку в местах с точками (вершинами). Таких точек может быть очень много, если требуется сложная анимация — жесты, мимика и так далее.
Создаётся анимация так: прописываются точки координат или захватываются движения реального актера.
Первый способ сложный, но дешёвый, потому что от программиста требуется только прописать движения — сдвинуть точку A1 на координаты (50,240).
Второй проще, потому что достаточно одеть актеров в специальные костюмы с маячками, отснять это и перенести в игру. Но тут, конечно, придётся оплатить костюмы, павильон, работу операторов, постановщиков и актёров.
Баланс
Чтобы играть было интересно, нужен баланс. Это значит, что у каждого противника должны быть сильные и слабые стороны. Так геймплей не превратится в убийство одуванчиков или десятичасовые перестрелки с боссом.
Искусственный интеллект
Если геймплей предусматривает взаимодействие с NPC, то им нужно прописать модели поведения: реакцию на действия игрока, агрессивность, возможность вести диалоги или торговать.
Работа с ИИ — одна из самых сложных, потому что стоит учитывать множество ситуаций, для которых задумана реакция. Например, когда вы пытаетесь пройти в дверь, ваш компаньон обязательно должен преградить вам путь, чтобы жизнь малиной не казалась.
На какие платформы ориентироваться
Разобравшись с тем, как всё будет устроено в игре, можно приступать к разработке. Но чтобы проект был коммерчески успешен, выбирайте популярные платформы. Всего можно выделить четыре:
У каждой из этих платформ своя аудитория с вполне конкретными предпочтениями. На мобильных устройствах предпочитают головоломки (2048, 94%, Cut the Rope), аркады (Subway Surf, Temple Run, Angry Birds) и казуалы (Talking Cat Tom, Kitty Kate Baby Care, Hair Stylist Fashion Salon).
На компьютерах играют в MMORPG (Lineage II, World of Warcraft, Skyrim) или шутеры (Battlefield, Call of Duty, Counter-Strike).
Приставки подходят для гонок (Need for Speed, Blur, Burnout Paradise), приключенческих игр (Assassin’s Creed, Portal, The Walking Dead) и так далее.
В браузерах собирают пазлы и строят фермы.
Конечно, можно сделать и головоломку для PS4, и гонку для браузера — никто никого не ограничивает.
Заключение
Будьте готовы к тому, что ваша первая игра не станет шедевром. Но не расстраивайтесь, потому что такие проекты отлично подходят для обучения.
Подтяните свои навыки в программировании, чтобы научиться создавать игры, изучите современный язык, который часто используется разработчиками, и выпустите свой первый проект. А наш курс поможет вам в этом.
Профессия
Разработчик игр на Unity
Годичный учебный курс с полным погружением в профессию разработчика игр. Вы изучите основы геймдизайна, научитесь разрабатывать 2D-, 3D- и мобильные игры, освоите способы их монетизации и продвижения.
Создание браузерных 3d-игр с нуля на чистом html, css и js. Часть 1/2
Современная вычислительная техника позволяет создавать классные компьютерные игры! И сейчас, достаточно популярны игры с 3d-графикой, так как, играя в них, ты окунаешься в вымышленный мир и теряешь всякую связь с реальностью. Развитие интернета и браузерных технологий сделало возможным запускать головоломки и стрелялки в любимом Хроме, Мозилле или еще в чем-то там (про Эксплорер помолчим) в онлайн-режиме, без загрузки. Так вот, здесь я расскажу о том, как создать простую трехмерную браузерную игру.
1. Инструменты для разработки
Я использую для проверки сайтов и игр только 2 браузера: Chrome и Mozilla. Все остальные браузеры (кроме того самого Эксплорера) построены на движке первого, поэтому использовать их я не вижу смысла, ибо результаты точно такие же, как и в Chrome. Для написания кода достаточно Notepad++.
2. Как реализуется трехмерное пространство в html?
Посмотрим на систему координат блока:
По умолчанию, дочерний блок имеет координаты (left и top) 0 пикселей по x и 0 пикселей по y. Смещение (translate), также 0 пикселей по всем трем осям. Покажем это на примере, для чего создадим новую папку. В нем создадим файлы index.html, style.css и script.js. Откроем index.html и запишем туда следующее:
В файле style.css зададим стили для элементов “container” и “world”.
Сохраним. Откроем index.html c помощью Chrome, получим:
Попробуем применить translate3d к элементу “world”:
Как вы поняли, я перешел в полноэкранный режим. Теперь зададим смещение по оси Z:
transform:translate3d(200px,100px,-1000px);
Если вы снова откроете html-файл в браузере, то никаких изменений вы не увидите. Чтобы увидеть изменения, нужно задать перспективу для объекта “container”:
Квадрат отдалился от нас. Как работает перспектива в html? Взглянем на картинку:
Теперь повернем “world” вокруг какой-нибудь оси. В сss можно использовать 2 способа вращения. Первый – вращение вокруг осей x,y и z. Для этого используются transform-свойства rotateX(), rotateY() и rotateZ(). Второй – вращение вокруг заданной оси с помощью свойства rotate3d(). Мы будем использовать первый способ, так как он больше подходит для наших задач. Обратите внимание, что оси вращения выходят из центра прямоугольника!
Заметно смещение против часовой стрелки. Если же мы добавим rotateY(), то получим смещение уже по оси Y. Важно заметить, что при вращении блока оси вращения также поворачиваются. Вы также можете поэкспериментировать с различными значениями вращения.
Теперь внутри блока “world” создадим еще один блок, для этого добавим тег в html-файл:
В style.css добавим стили к этому блоку:
То есть, элементы внутри блока “world” будут трансформироваться в составе этого блока. Попробуем повернуть “square1” по оси y, добавив к нему стиль вращения:
transform: rotateY(30deg);
«Где вращение?» — спросите вы? На самом деле именно так выглядит проекция блока “square1” на плоскость, образуемую элементом “world”. Но нам нужна не проекция, а настоящее вращение. Чтобы все элементы внутри “world” стали объемными, необходимо применить к нему свойство transform-style:preserve-3d. После подстановки свойства внутрь списка стилей “world” проверим изменения:
Отлично! Половина блока “square” скрылась за голубым блоком. Чтобы его полностью показать, уберем цвет блока “world”, а именно, удалим строку background-color:#C0FFFF; Если мы добавим еще прямоугольников внутрь блока “world”, то мы можем создать трехмерный мир. Сейчас же уберем смещение мира “world”, удалив строку со свойством transform в стилях для этого элемента.
3. Создаем движение в трехмерном мире
Для того, чтобы пользователь мог по этому миру передвигаться, нужно задать обработчики нажатия клавиш и перемещения мыши. Управление будет стандартным, какое присутствует в большинстве 3д-шутеров. Клавишами W, S, A, D мы будем перемещаться вперед, назад, влево, вправо, пробелом мы будем прыгать (проще говоря – перемещаться вверх), а мышью мы будем менять направление взгляда. Для этого откроем пока еще пустой файл script.js. Сначала впишем туда такие переменные:
Изначально клавиши не нажаты. Если мы нажмем клавишу, то значение определенной переменной изменится на 1. Если отпустим ее, то она снова станет 0. Реализуем это посредством добавления обработчиков нажатия и отжатия клавиш:
Номер 32 – код пробела. Как видите, тут появилась переменная onGround, указывающая на то, находимся ли мы на земле. Пока разрешим движение вверх, добавив после переменных press… переменную onGround:
Итак, мы добавили алгоритм нажатия и отжатия. Теперь необходимо добавить само передвижение. Что, собственно, мы передвигаем. Представим, что у нас есть объект, который мы двинаем. Назовем его “pawn”. Как и принято у нормальных разработчиков, для него мы создадим отдельный класс “Player”. Классы в javaScript создаются, как ни странно, с помощью функций:
Вставим этот код в script.js в самом начале файла. В конце же файла создадим объект данного типа:
Распишем, что означают эти переменные. x, y, z – это начальные координаты игрока, rx, ry – углы его поворота относительно осей x и y в градусах. Последняя записанная строка означает, что мы создаем объект “pawn” типа “player” (специально пишу тип, а не класс, так как классы в javascript означают несколько другие вещи) с нулевыми начальными координатами. Когда мы двигаем объект, координата мира изменяться не должна, а должна изменяться координата «pawn». Это с точки зрения переменных. А с точки зрения пользователя, игрок находится на одном месте, а вот мир двигается. Таким образом, нужно заставить программу изменять координаты игрока, обрабатывать эти изменения и двигать, в конце концов, мир. На деле это проще, чем кажется.
Итак, после загрузки документа в браузер мы запустим функцию, которая перерисовывает мир. Напишем функцию перерисовки:
В новых браузерах world будет соответствовать элементу с однако надежнее ее присвоить перед функцией update() с помощью следующей конструкции:
Мы будем изменять положение мира каждые 10 мс (100 обновлений в секунду), для чего запустим бесконечный цикл:
Запустим игру. Ура, теперь мы можем двигаться! Однако мир вылазит за пределы рамок элемента «container». Чтобы этого не происходило, зададим css-свойство для него в style.css. Добавим строку overflow:hidden; и посмотрим на изменения. Теперь мир остается в пределах контейнера.
Вполне возможно, что вы не всегда понимаете, куда нужно записывать те или иные строчки кода, поэтому сейчас я вам представлю файлы, которые, как я полагаю, у вас должны получиться:
Если у вас что-то по-другому, обязательно поправьте!
Мы научились двигать персонажа, однако мы еще не умеем поворачивать его! Поворот персонажа, конечно же, будет осуществляться с помощью мыши. Для мыши к переменным состояния клавиш press… мы добавим переменные состояния движения мыши:
А после обработчиков нажатия-отжатия вставим обработчик движения:
В функцию update добавим поворот:
Обратите внимание на то, что движение мыши по оси y вращает pawn по оси x и наоборот. Если мы посмотрим на результат, то ужаснемся от увиденного. Дело в том, что если смещения нет, то MouseX и MouseY остаются прежними, а не приравниваются к нулю. Значит, после каждой итерации update смещения миши должно обнуляться:
Уже лучше, мы избавились от инерции вращения, однако вращение происходит все равно странно! Чтобы понять, что все-таки происходит, добавим div-элемент «pawn» внутрь «container»:
Зададим ему стили в style.css:
Проверим результат. Теперь все ровно! Единственное — синий квадрат остается впереди, но пока оставим это. Чтобы сделать игру от первого лица, а не от третьего, нужно приблизить мир к нам на значение perspective. Сделаем это в script.js в функции update():
Теперь можно делать игру от первого лица. Скроем pawn добавив строку в style.css:
Отлично. Сразу скажу, что ориентироваться в мире с одним квадратом крайне тяжело, поэтому создадим площадку. Добавим в «world» блок «square2»:
А в style.css добавим стили для него:
Теперь все четко. Ну… не совсем. Когда мы нажимаем по клавишам, мы движемся строго по осям X и Z. А мы хотим сделать движение по направлению взгляда. Сделаем следующее: в самом начале файла script.js добавим 2 переменные:
Градус — это pi/180 от радиана. Нам придется применить синусы и косинусы, которые считаются от радиан. Что нужно сделать? Взгляните на рисунок:
Когда наш взгляд направлен под углом и мы хотим пойти вперед, то изменятся обе координаты: X и Z. В случае перемещения в сторону тригонометрические функции просто поменяются местами, а перед образовавшимся синусом изменится знак. Изменим уравнения смещений в update():
Внимательно просмотрите все файлы полностью! Если у вас что-то оказалось не так, то потом обязательно буду ошибки, из-за которых вы сломаете голову!
С движением мы почти разобрались. Но осталось неудобство: курсор мыши может двигаться только в пределах экрана. В трехмерных шутерах можно вращать мышью сколь угодно долго и сколь угодно далеко. Сделаем также: при нажатии на экран игры (на “container”) курсор будет пропадать, и мы сможем вращать мышью без ограничений на размер экрана. Активируем захват мыши при нажатии на экран, для чего перед обработчиками нажатия клавиш поставим обработчик нажатия мыши на “container”:
Теперь совсем другое дело. Однако лучше вообще сделать так, чтобы вращение производилось только тогда, когда курсор захвачен. Введем новую переменную после переменных нажатия клавиш press…
Добавим обработчик изменения состояния захвата курсора (захвачен или нет) перед обработчиком захвата курсора (извините за тавтологию):
А в update() добавим условие вращения “pawn”:
А сам захват мыши при клике по контейнеру разрешим только тогда, когда курсор еще не захвачен:
С движением мы полностью разобрались. Перейдем к генерации мира
4. Загрузка карты
Мир в нашем случае удобнее всего представить в виде множества прямоугольников, имеющих разное местоположение, поворот, размеры и цвет. Вместо цвета также можно использовать текстуры. На самом деле, все современные трехмерные миры в играх – это набор треугольников и прямоугольников, которые называют полигонами. В крутых играх их количество может достигать десятков тысяч в одном только кадре. У нас же их будет около сотни, так как браузер сам по себе имеет невысокую графическую производительность. В предыдущих пунктах мы вставляли блоки “div” внутрь “world”. Но если таких блоков много (сотни), то вставлять каждый из них в контейнер очень утомительно. Да и уровней может быть много. Поэтому пусть эти прямоугольники вставляет javaScript, а не мы. Для него же мы будем создавать специальный массив.
Откроем index.html и удалим из блока “world” все внутренние блоки:
Теперь создадим массив прямоугольников (запихнем его, примеру, между конструктором player и переменными press… в script.js):
Можно было это сделать в виде конструктора, но пока обойдемся чисто массивом, так как запуск цикла расстановки прямоугольников проще реализовать именно через массивы, а не через конструкторы. Я же поясню, что означают цифры в нем. Массив map содержит одномерные массивы из 9 переменных: [. ]. Я думаю, вы понимаете, что первые три числа – это координаты центра прямоугольника, вторые три числа – углы поворота в градусах (относительно того же центра), затем два числа – его размеры и последнее число – фон. Причем фон может быть сплошным цветом, градиентом или фотографией. Последнее очень удобно использовать в качестве текстур.
Массив мы записали, теперь запишем функцию, которая переделает этот массив в собственно прямоугольники:
Поясню, что происходит: мы создаем новую переменную, которая указывает на только что созданный элемент. Ему мы присваиваем id и css-класс (именно это и имеется ввиду под словом класс в языке javaScript), задаем ширину с высотой, фон и трансформацию. Примечательно, что в трансформации помимо координат центра прямоугольника мы указываем смещение на 600 и 400 и половины размеров для того, чтобы центр прямоугольника точно оказался в точке с нужными координатами. Запустим генератор мира перед таймером:
Теперь мы видим площадку с розовыми стенами и серым полом. Как видите, создание карты технически несложно реализовать. А в результате ваш код в трех файлах должен получиться примерно таким:
Если все хорошо, переходим к следующему пункту.
5. Столкновения игрока с объектами мира
Мы создали технику движения, генератор мира из массива. Мы можем передвигаться по миру, который может быть красивым. Однако наш игрок еще никак не взаимодействует с ним. Чтобы это взаимодействие происходило, нам необходимо проверять, сталкивается ли игрок с каким-нибудь прямоугольником или нет? То есть, мы будем проверять наличие коллизий. Для начала вставим пустую функцию:
А вызывать ее будем в update():
Как это происходит? Представим себе, что игрок – это шар с радиусом r. И он движется в сторону прямоугольника:
Очевидно, что если расстояние от шара до плоскости прямоугольника больше r, то коллизии точно не происходит. Чтобы узнать это расстояние, можно перевести координаты игрока в систему координат прямоугольника. Напишем функцию перевода из мировой системы в систему прямоугольника:
И обратную функцию:
Вставим эти функции после функции update(). Я не буду объяснять, как это работает, потому что мне не хочется рассказывать курс аналитической геометрии. Скажу, что есть такие формулы перевода координат при вращении и мы просто ими воспользовались. С точки зрения прямоугольника наш игрок расположен вот так:
В этом случае условие коллизии становится таким: если после смещения шара на величину v (v – это вектор) координата z между –r и r, а координаты x и y лежат в пределах прямоугольника или отстоят от него на величину, не большую r, то объявляется коллизия. В этом случае координата игрока по z после смещения будет составлять r или – r (в зависимости от того, с какой стороны придет игрок). В соответствии с этим, смещение игрока изменяется. Мы специально вызываем коллизию перед тем, как в update() координаты игрока будут обновлены, чтобы вовремя изменить смещение. Таким образом, шар никогда не пересечется с прямоугольником, как бывает в других алгоритмах коллизии. Хотя физически игрок будет представлять собой, скорее, случае куб, мы не будем обращать на это внимание. Итак, реализуем это в javaScript:
x0,y0 и z0 – начальные координаты игрока в системе координат прямоугольника (без поворотов. x1,y1 и z1 – координаты игрока после смещения без учета коллизии. point0, point0, point1 и point2 – начальный радиус-вектор, радиус-вектор после смещения без коллизии и радиус-вектор с коллизией соответственно. map[i][3] и другие, если вы помните, это углы поворота прямоугольника. Заметим, что в условии мы к размерам прямоугольника прибавляем не 100, а 98. Это костыль, зачем, подумайте сами. Запустите игру и вы увидите довольно качественные столкновения.
Как видим, все эти действия происходят в цикле for для всех прямоугольников. При их большом количестве такая операция становится очень дорогой, так как тут и так есть 3 вызова функций преобразований координат, которые тоже производят достаточно много математических операций. Очевидно, что если прямоугольники находятся очень далеко от игрока, то коллизию считать не имеет смысла. Добавим это условие:
Итак, с коллизиями мы разобрались. Мы спокойно можем взбираться и по наклонным поверхностям, а возникновение багов возможно только на медленных системах, если, конечно, возможно. По сути, вся основная техническая часть на этом закончилась. Нам осталось лишь добавить частные вещи, такие как гравитация, вещи, меню, звуки, красивую графику. Но это достаточно легко сделать, а к самому движку, который мы только что сделали, это отношения не имеет. Поэтому об этом я расскажу в следующей части. А сейчас проверьте то, что у вас получилось с моим кодом:
