首页 笔记 青训营笔记

# 前端场景下的游戏开发

# 开发角色和链路

游戏开发的团队分工

组建一个最小但最完整的游戏开发团队只需要 3 个人：策划、程序、美术。

当然，能力足够强的话可以作为独立开发者。

image.png

基本链路

立项阶段 -> 原型阶段 -> Alpha 版本 -> Beta 阶段 -> 运营阶段

image.png

# 为什么要用游戏引擎

游戏引擎最大的优势：渲染

引擎的诞生就是因为一家公司做了一款游戏，做下一款游戏时复用了上一款游戏的代码，后来发现这些代码几乎每个游戏都会用到，抽离出来就成了一个引擎。

如果不使用引擎，你可以做复杂的动效渲染和交互吗？当然可以。方便吗？不一定。

所以游戏引擎更像是一套解决方案，让你在制作某一类型的产品的时候能够提高你的开发效率。

你要做多平台移植？React Native、Weex、 Cordova 等方案也可以做到。

你要做物理效果？MatterJS、 ammo.js 等物理引擎可以用。

你要做动画？？CSS 实现又不是不行。复杂点？封装一个动画库。

那为什么要用游戏引擎呢？

  • 提供一套完整的实现方案，不需要你再自己去拼凑、封装
  • 花更少的时间做出更好的效果，特别是关于渲染效率和性能优化。
  • 提供游戏开发时需要的常见功能
    • 引擎会提供许多组件，使用这些组件能缩短开发时间，让游戏开发变得更简单
    • 专业引擎通常会能比自制引擎表现出更好的性能。

游戏引擎通常会包含渲染器，2D/3D 图形元素，碰撞检测，物理引擎，声音，控制器支持，动画等
部分。

# 前端过渡到游戏开发

首先要有一个明确的认知：前端开发和游戏开发不是相斥的。

现在市场上很多 H5 游戏、小游戏都是 Web 前端开发制作的，而不是专门的游戏开发团队、专业的游戏研发同学开发。其原因可能在于:

  1. 接触前端开发的研发数量远大于接触游戏开发的数量（招聘成本高）
  2. 2d 游戏引擎的上手门槛已经足够低（易上手）
  3. 活动 H5 中的游戏玩法的实现方式比较模糊（开发界限模糊）
  4. 现在很多主流的 2d 游戏引擎都支持使用 Javascript 进行开发同时使用相关的工程化能力，也是游戏开发向 web 前端开发靠拢的一种表现。

因此，以 web 前端开发的视角看 2d 游戏引擎，无非是一套框架、一套解决方案而已。

但是开发理念上还是有差别的：传统游戏开发更关注内容。

# 游戏引擎

# 市面上常见游戏引擎

我们暂且不讨论一些端游的引擎， 比如

  • Unreal （虚幻引擎，代表作《PUBG》、《GTA5》）、
  • Source （起源引擎，代表作 (《Cs》 、《Dota2》 ）
  • Frostbite Engine （寒霜引擎，代表作《战地》、《极品飞车 18》）、、
  • Unity3D （代表作《炉石传说》、《王者荣耀》）。

路要一步步走，我们先看看我们作为前端开发最容易上手的引擎。

# 特定类型的客户端游戏引擎

# The NVL Maker

THE NVL Maker 文字冒险游戏制作器

NoCode 形式的开发，只需要写文字脚本加上一定的配置就可以生成一个文字冒险游戏。

代表作：《Fate/stay night》和 steam 上一众 GAL Game。

当然，由于缺乏迭代和运营，该游戏引擎算是比较小众的。也有一个适用于前端的库 AVG.js Project。（内核是 PixiJS 作为渲染引擎）

image.png

# RPG Maker

RPG Maker 可以 Low Code 搭建一个关卡类型的游戏，适合代码能力不强但是想发挥自己的创意的开发者。

  • 由 RPGMaker 系列游戏引擎创造的 Steam 畅销游戏《To The Moon》

# Web 游戏引擎

利用 Canvas 和 WebGL 为底层技术抽象的图像绘制库（往往还附带一些其他的功能）

Web 游戏引擎的通用能力:

  • 预加载
    • 游戏中大量的静态素材，包括场景、元素、声音、动画、模型、贴图等，如果以原生 JS 进行请求，并统筹请求时间和加载的时机，将会非常麻烦。
    • 预加载引擎将加载时机、加载过程加以抽象，解决加载编码中的效率问题。
  • 展示与图层、组合系统
    • 对于 Web 游戏编程而言，往往选择 Canvas 或 WebGL 作为渲染方式（大家可以想想为什么不用 DOM 作为渲染方式？）。
    • Canvas 和 WebGL 作为底层的 APl，接口非常基础，需要大量的编码来编写简单的展示。而且图形之间没有组合和图层，很难处理元素组合和图层问题。
    • 渲染引擎和图层、组合系统应运而生。
  • 动画系统：动画往往被分为缓动动画和逐帧动画，这里讨论缓动动画系统。
    • 缓动动画系统在原生 JS 中需要搭配帧渲染进行考量而进行书写，代码量和思考量巨大，抽象程度低，所以需要游戏引擎动画系统。
  • 音效和声音系统：
    • 游戏相较于普通的 Web 前端而言需要更加立体、及时的反馈，声音和音效是反馈的重要组成部分。
    • 声音和音效系统往往包含了声音的播放、音量、截止、暂停等功能的集成。

# Cocos

优势

  • 平台支持能力好
  • 完善的游戏功能支持
  • 生态较好

缺点

  • 3D 能力仍在建设中
  • 版本迭代过快

image.png

# Laya

优势

  • 3D 能力比较成熟，号称市场占有率 90%
  • 支持] S、TS、AS
  • 引擎体积小

缺点

  • 界面能力不友好
  • 生态很差

image.png

# Egret

优势

  • 工具链比较完善
  • 第三方库支持好
  • 企业定制能力强

缺点

  • 更新迭代遭瓶颈
  • 生态较差

image.png

可以看到上述游戏引擎的界面都是很相似的

# CreateJS & Phaser

这两个游戏引擎没有可视化界面。

以 CreateJS 为例:image.png

它是多个库的集合

  • EASELS (控制素材展示与组合) 、TWEENJS (控制素材缓动动画)、 SOUNDIS（控制声音）、PRELOADIS （控制加载），通过预加载后的素材展示、动画、声音构成游戏。Phaser 游戏引擎，除了 CreateJS 为基础的展示、声音、动画、加载系统

  • 还设计了摄像机、物理引擎、内置浏览器、插件系统等高级功能。

# 功能引擎

大型游戏引擎往往是由小的功能引擎组装成的，一个大型游戏引擎往往包含渲染引擎、物理引擎、UI 系统、声音系统、动画系统、粒子系统、骨骼系统、网络系统等组合而成。其中最重要的便是渲染引擎和物理引擎。功能引擎是专注某个方向能力的引擎，其特点是体积小、功能完善。特别是 Pixi.js 和 Three.js 这两个渲染引擎，通常被误以为是一个完整的游戏引擎，但它们是专注渲染能力的渲染引擎。

下面介绍几种可能会经常接触的功能引擎:

image.png

  • Pixi.js
    • 2D 渲染能力强（尤其是 WebGL）
    • 复杂动画系统、复杂图片渲染形式、制作自己的 2d 游戏引擎等
  • Three.js
    • 3D 渲染能力强
    • 适合 3D 效果演示或 3D 类的 H5 游戏或小游戏
  • Box2D.js
    • 2d 物理引擎
    • 物体仿真能力

# 2D 游戏引擎的技术架构

以 Cocos 引擎的架构为例子：

image.png

  • render（渲染器）、collision（）、Physical（）

  • 适配器 for PC、IOS、Andriod、H5…… 以及各平台的构建工具

  • 运行时

# Web 游戏引擎的渲染原理

以 Pixi 的渲染流程为例子

大致流程如下

  1. 创建一个 Renderer 渲染器，获取它的 view (一个 canvas 对象) ，添加到 Dom Tree 中。（或者指定 Dom Tree 中已经存在的 canvas 对象作为 view）

  2. 在 MainLoop (主循环）中调用 Renderer.render () 并传入一个 DisplayObject 作为根节点开发渲染。

  3. 从场景树的根节点开始，以 zIndex 为序从小到大进行深度优先遍历，对每个节点进行渲染操作，由后往前把整个场景绘制一次。(CanvasRenderer)

  4. WebGL 的 render 方法执行过程（科普）

    render(displayObject, renderTexture, clear, transform, skipUpdateTransform) {
        // 1. 应用变换 (GPU 级别) 
        this.projection.transform = transform;
        // 2. 渲染纹理绑定与 BatchRendering 处理
        this.renderTexture.bind(renderTexture);
        this.batch.currentRenderer.start();
        // 3. 执行元素渲染，将顶点、索引和纹理等数据添加到 BatchRendering 中
        display0bject.render();
        // 4. 执行 renderer 的绘制方法
        this.batch.currentRenderer.flush();
        // 根据传入的 C Lear 与 renderTexture 参数对纹理的处理.。.
        // 5. 清空变换
        this.projection.transform = null;
    }

  5. Canvas 的 render 方法执行过程

    以 Pixi 的渲染流程为例子：

    render(displayobject, renderTexture, clear, transform, skipUpdateTransform) {
        const context = this.context;
        // 1. 当前状态压入状态栈
        context.save();
        // 2. 初始化变换及样式属性
        context.setTransform(1, 0, 0, 1, 0, 0);
        context.globaLAlpha = 1;
        this._activeBlendMode = BLEND_MODES.NORMAL;
        this._outerBlend = false;
        context.globalCompositeOperation = this.blendModes[BLEND_MODES.NORMAL];
        // 3. 执行元素渲染
        const tempContext = this.context;
        this.context = context;
        display0bject.renderCanvas(this); 
        this.context = tempContext;
        // 4. 从状态栈恢复之前状态
        context.restore();
    }

# 游戏开发的技能树

image.png

# PixiJS+Web 开发

# Pixi 简介

PixiJS 官网乍一看很像一个游戏引擎，但是上面也明确说了：“用最快、最灵活的 2DWebGL 渲染器创建精美的数字内容”(谷歌机翻)。

  • 它本质上还是一个渲染引擎，而且自称做得最好。
  • 它不仅仅能做游戏，还能使用这个技术去创建任何交互式内容，比如 APP， 还能够在它的基础上做自己的游戏引擎。(AVG.js 和 Phaserjs 的渲染引擎就是 Pixi)

前置技术栈

  • Web 前端开发基础
  • 用过 JSON 文件，知道是用来干什么的
  • 了解过 Canvas 的绘图 API

# 在 web 项目中加载一个游戏玩法

  1. 安装和引入

    • npm 安装 或者 通过 script 标签引入 <script src=”pixi.min.js" ></script>

  2. 创建 Pixi 应用和舞台（Stage）

    // 第一步，创建一个显示的矩形区域，创建一个 Pixi 应用实例的时候会自动创建一个 canvas 并计算出怎么让你的图片在 canvas 中显示。
    let app = new PIXI.Application({width: 250, height: 250 });
    //app.stage 就是一个 [舞台] 它包含了所有你想用 Pixi 显示的东西。
    // 第二步，把 canvas 添加到 DOM Tree 中。这个时候就显示了一个 250*250 的纯黑色的界面
    document.body.appendChild(app.view);
    // PIXI.Application 计算了应该使用 Canvas 还是 WebGL 去渲染图像，取决于当前浏览器支持哪一个， 一般优先使用 WebGL。
    // 如果你希望 Canvas 是透明的，或者强制使用 Canvas 模式，可以设置
    let app = new PIXI.Application({
        width: 250,
        height: 250,
        transparent: true,
        forceCanvas: true,
    });
  3. 显示一张图片
    概念理解：Sprite（精灵）
    • 学习 CSS 的时候可能有听过精灵图 / 雪碧图的概念，但是不一样。Pixi 或者更多游戏引擎中 Sprite 的概念是一个用于承载图像的对象，你能够控制它的大小、位置等属性来产生交互、动画。创建和控制 Sprite 是学习 Pixi 很重要的部分
    • 而创建一个 Sprite 需要了解图片怎么加载到 Pixi 中。这里就有一个概念：纹理缓存（指可以被 GPU 处理的图像）
      • Pixi 使用纹理缓存来存储和引用 Sprite 所需要的纹理。纹理的名称字符串就是图像的地址。比如现在有一个 "images/cat.png", 我们就可以使用 PIXl.utils.TextureCache["images/cat.png"] 来在纹理缓存找到他
      • 找到它当然要先把它转化成纹理存储在纹理缓存中，可以使用 PIXI.loader 加载进来。
        PIXI.loader.add("images/cat.png").load(res => {
            let sprite = new PIXI.Sprite(
                PIXI.loader.resources["images/cat.png"].texture
            );
        });
    • 现在已经创建了一个 Sprite 了，下一步就是显示它，将他添加到舞台中
      app.stage.addChild(sprite);
      image.png
  4. 让图片动起来
    前面我们说到了可以设置 Sprite 的位置和大小，那如果我希望每帧移动一个像素呢？这时候就需要用到游戏循环。（任何游戏循环的代码都会每帧调用一次）
    app.tiker.add(delta => {
     sprite.x += 11;
    });
  5. 然后加亿点点细节 CacheAsBitmap - PixiJS Examples
# Cocos Creator 编辑器开发
# Cocos Creater 介绍
Q：Cocos Creator 是游戏引擎吗？
A：Cocos + 界面编辑 它是一个完整的游戏开发解决方案，包含了轻量高效的跨平台游戏引擎，以及能让你更快速开发
游戏所需要的各种图形界面工具。
image.png
# 编辑器集成的能力
# Cocos 的工作流
image.png
下载并创建 -> 设计场景 & 开发 -> 预览和调试 -> ANYSDK 接入 -> 打包发布 -> Cocos Runtime
上图展示了 Cocos 的工作流
# 创建项目
image.png
# 搭建场景
Cocos 的工作流 —— 数据驱动和场景为核心、组件式开发为核心
image.png
可以看到，不需要了解 css 等直接通过右侧的属性检查器就可以调整图片大小等，低代码
结点（cc.Node）是承载组建的实体，我们将具有各种功能的组件（如 Sprite、SPine、Label）挂载到节点上来让节点具有各式各样的表现和功能。
由节点来构成节点树，节点树影响真实的渲染层级
image.png
# 导入资源 + 显示资源
从操作系统中的其他窗口拖拽文件到 Cocos Creator 窗口中的资源管理器面板上，就能够从外部导入资源。该操作会自动复制资源文件到项目资源文件夹下，并完成导入操作。然后把图片拖到层级管理器即可以生成一个 cc.Sprite。
image.png
# 脚本挂载
test.js
const { property, ccclass } = cc._decorator;
@ccclass
export default class TestComp extends cc.Component {
    onLoad() {
        console.log('TestComp onload');
    }
    
    start() {}
    
    update(dt) {}
    onDestroy() {}
}
然后在 Cocos Creator 中对应的节点把脚本挂载上去。
image.png
# 运行调试
image.png
# 游戏的上线
# 构建
image.png
构建游戏，可以选择多平台，产物即对应生成，比如 Web Mobile
image.png
产物可以直接部署在对应的平台，比如 web 产物部署到服务器、小游戏产物部署到开发者平台。
# 小游戏 “小” 在哪里
# 游戏发布平台的差异性
image.png
  • 游戏逻辑上，没有什么差别
  • 游戏引擎的不同
  • 平台 API 的差异（最需要关注）
  • 渲染等差异不大
# 游戏开发的重要理念
激发创造
  • 把游戏开发过程当做一个游戏，在规则（自己的技术栈、限定主题、限定资源）的约束下通过创意和技术力挑战个高质量的游戏吧！
  • 创意不要被约束了
# 总结感想
本节课讲了前端游戏场景下的游戏开发与普通游戏开发的差异，并且介绍了一些游戏引擎，给出了游戏开发的技能树，在最后也简单介绍了利用 Cocos Creator 或 PixiJS 进行游戏开发的步骤。
本文引用的内容大部分来自 ycaptain 老师的课