Разработка видеоигры с использованием процедурной генерации ландшафта в среде Unity

Разработка видеоигры с использованием процедурной генерации ландшафта в среде Unity

Косинцев Артём Михайлович

Ученик 11 «А» класса

МБОУ СОШ №108

Введение

• С развитием электронно-вычислительных машин область их применения неуклонно росла. Так, из научной и военной деятельности с появлением персональных компьютеров и компьютерных игр, они заняли большую долю и в сфере развлечений.

Введение

• На данный момент индустрия видеоигр по обороту приближается к показателям спортивной индустрии (которая имеет за 2016 год оборот, размером более 140 миллиардов долларов).

Введение

• Совместив два интереса – видеоигры и программирование, было решено попробовать себя в сфере разработки видеоигр.
• Отсутствие опыта и команды лишь усилили интерес и натолкнули меня на следующую гипотезу:

Гипотеза

• Возможно самостоятельно, не прибегая к сторонней помощи, разработать видеоигру от начала до конца.
• Из данной гипотезы была сформулирована цель работы.

Цель работы

• Разработать видеоигру в жанре «Стратегия» с использованием общедоступных ресурсов и технологий, включая процедурную генерацию ландшафта, в интегрированной среде разработки игрового движка «Unity».

Задачи

• Изучить профессиональную документации по игровой индустрии, программированию и среде разработки.
• Разработать план всех направлений создания проекта, используя полученные знания.
• Создать рабочий прототип.

Актуальность

• Актуальность любых разработок в игровой индустрии подтверждается её бурным ростом.
• Разработки, связанные с процедурной генерацией, пользуются особым вниманием из-за их уникальности и обширности возможностей.

Теоретическая часть. Введение в процесс разработки видеоигр

Процесс разработки игры обычно включает следующие этапы:

• 1. Подготовка («препродакшн» от англ. pre production);
• 2. Производство;
• 3. Поддержка.

Этапы могут меняться в зависимости от предпочтений фирмы и особенностей проекта.

Дизайн-документ

Подготовка к разработке. Игровой движок

• Игровой движок - центральный программный компонент компьютерных и видеоигр или других интерактивных приложений с графикой, обрабатываемой в реальном времени. Он обеспечивает основные технологии, упрощает разработку и часто даёт игре возможность запускаться на нескольких платформах, таких как игровые консоли и настольные операционные системы.
• Игровой движок - центральный программный компонент компьютерных и видеоигр или других интерактивных приложений с графикой, обрабатываемой в реальном времени. Он обеспечивает основные технологии, упрощает разработку и часто даёт игре возможность запускаться на нескольких платформах, таких как игровые консоли и настольные операционные системы.

Подготовка к разработке. Игровой движок

Игровой движок

Unity Engine

• Рабочая область
• Иерархическая структура проекта
• Панель инспектора ресурсов проекта
• Панель инспектора объекта

Microsoft Visual Studio

Процедурная генерация ландшафта

• Процедурная генерация ландшафта – процесс создания ландшафта или местности (карты), в основу которого положены математические функции и алгоритмы.
• Процедурная генерация ландшафта – процесс создания ландшафта или местности (карты), в основу которого положены математические функции и алгоритмы.

Требования к генерации

• Скорость
• Надёжность
• Контролепригодность
• Разнообразие
• Креативность и правдоподобие

Шум Перлина

• Шум Перлина — это градиентный шум, состоящий из набора псевдослучайных единичных векторов, расположенных в определенных точках пространства и интерполированных функцией сглаживания между этими точками. Используется в компьютерной графике для увеличения реализма или графической сложности поверхности геометрических объектов. Для генерации шума Перлина в одномерном пространстве необходимо для каждой точки этого пространства вычислить значение шумовой функции, используя направление градиента (или наклон) в указанной точке.

• График, показывающий пример функции шума. Случайное значение от 0 до 1 присваивается каждой точки на оси X .

• При плавной интерполяции (сглаживании) между значениями, мы можем определить непрерывную функцию, которая принимает не целое в качестве параметра.

• Теперь, если взять много гладких функций с различной частотой и амплитудой и совместить их все вместе, получится хорошо зашумленная функций.

• Это и есть функция шума Перлина.

• Проделав всё тоже самое в 2 измерениях, возможно получить вот такую шумовую картину:

• Результат работы алгоритма можно интерпретировать в ландшафты, похожие на скалы, горы и т.п.

Практическая часть. Игровой процесс

• Некоторые аспекты:

• Ключевой особенностью игры является то, что при каждом новом запуске карта генерируется иначе, чем она была сгенерирована в прошлый раз.
• Игровая экономика является важной частью игры, баланс в ней необходим. Перекос экономики в любую из сторон приведёт к потере мотивации к игре.

Иерархия

• Видеоигра – это система, структура, в которой все элементы переплетены. Сложность связей между объектами требует от игры чётко выстроенной иерархии.

Иерархия

Создание сети пещер

• Изначальный вариант, является абсолютно непохожим на сеть пещер и неподходящим для игры .

Создание сети пещер

Создание сети пещер

• Дальше было решено рассмотреть вариант, с использованием в основе синуса и косинуса. Опытным путём было открыто, что хоть синус и косинус пригодны для данного алгоритма, но они не могут дать нужный для проекта результат.

Создание сети пещер

Создание сети пещер

• Ключевым изменением стало добавление в изначальную формулу для вычисления шума случайного значения в определённом диапазоне. Случайное значение в определённом диапазоне позволило генерировать непохожие друг на друга карты, но включая определённые параметры местности, которые и позволяют добиться сходства с системой пещер. Использование этого значения в функции f(x) = x / scale + scale / 2 , которая была выведена опытным путём, где scale – случайное значение, может выдать, например, вот такую систему пещер:

Создание сети пещер

Создание сети пещер

• Дальнейшие преобразования были связаны с увеличением числа проходов, очистке и добавлением в сеть пещер ресурсов – минералов. Наложение определённых ограничений на смежные между пещерами области позволило добиться таких результатов.

Создание сети пещер

Создание сети пещер

• Последние доработки привели к желаемому результату. Сгенерированные генератором карты полностью пригодны для идеи и игрового процесса, заложенного в игру.

Создание сети пещер

Графика

• Графика является одной из основных составляющих видеоигры. Чем лучше выглядит игра, тем она привлекательнее игроку. От объединения графики, игрового процесса и сюжета и зависит успех проекта.

Примеры игр на движке Unity

Графика

• Unity обладает возможностями реализовать фотореалистичную графику, однако, это требует дополнительных материальных и профессиональных вложений. По этим причинам мне пришлось ограничиться стандартными возможностями, которые, однако, также выглядели приемлемо и подходили для моего проекта.

Графика

Графика. Моделлирование и текстурирование

Подведение итогов. Заключение

• Время разработки: 3 месяца
• Количество строк кода: 3 370
• Максимальное кол-во строк в скрипте: 491
• Размер игры: 435 МБ
• Преодолев большинство трудностей во время разработки, с уверенностью можно сказать, что разработка видеоигры в одиночку возможна и моя гипотеза подтверждена.