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基于XNA的游戏设计与实现

作　者: 黄进
导　师: 宋成；马迪芳
学　校: 北京交通大学
专　业: 软件工程
关键词: XNA 游戏开发游戏引擎水墨渲染寻路算法
分类号: TP311.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

计算机游戏是一项脱离现实、有规则、有目的、有挑战、能够使玩家产生互动并能够吸引玩家持续进行的娱乐活动。游戏开发综合运用了计算机图形、人工智能、多媒体、网络与通信等技术,是一门知识覆盖广、技术纵深大的综合性学科。近些年来,游戏行业发展迅速,游戏开发的相关技术领域已经成为国内外学术界的研究热点。然而,目前许多相关领域研究成果大多是孤立的,一些测试也只是在某一特定环境下对单一系统的试验模拟,综合运用多个理论体系解决实际问题的实践探索比较少。本文基于XNA游戏开发框架,综合运用游戏引擎技术、非真实感图形渲染技术、人工智能技术三项游戏开发的关键技术,实现了一款具有较为复杂游戏逻辑的3D模拟经营类游戏。在论述的过程中,我们从实际项目出发,对游戏需求分析、游戏设计、游戏实现三个过程进行详细介绍,从而给出一个理论与实际结合,综合运用多方面知识体系的游戏开发案例,并且,对游戏引擎设计与实现、水墨画渲染效果的实现、多智能体寻路系统的设计与实现、游戏逻辑的设计与实现四个方面内容进行重点论述。通过现有理论的研究和实践过程的论证,本文在以下三个方面对游戏开发相关技术做出了探索和创新：在游戏引擎的设计中,应用装饰模式构建引擎核心机制,实现了一套以游戏物体和游戏组件为基本单元,具有较高可拓展性和易用性的游戏引擎；在水墨画效果的实现中,通过GPU编程,结合轮廓提取、晕染着色、高斯滤波处理等图形处理技术,得出一种高效的水墨画实时渲染方法；在多智能体寻路系统的实现中,通过对A*算法的应用和拓展,在由静态障碍物、动态障碍物以及软障碍物组成的网格中进行动态搜索,从而实现一种能够较好模拟具有显著个体特征群体行为的多智能体寻路系统。本文给出了一个实际游戏项目从引擎开发到逻辑实现的整个过程,为满足开发需要和项目需求,综合运用三项游戏开发关键技术,得到了较好的实际效果,丰富了基于XNA框架上的游戏开发研究与实践,并为相关技术理论应用于实际项目的方式方法提供依据。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
1 引言  12-17
  1.1 论文研究背景  12-14
  1.2 论文研究内容及意义  14-15
  1.3 论文的创新点  15-16
  1.4 论文组织结构  16
  1.5 本章小结  16-17
2 游戏开发相关技术综述  17-33
  2.1 基于XNA的游戏引擎  17-21
    2.1.1 游戏引擎概述  17-18
    2.1.2 XNA游戏开发框架  18-19
    2.1.3 引擎设计模式  19-21
  2.2 水墨画渲染技术  21-27
    2.2.1 非真实感图形渲染技术  21-23
    2.2.2 GPU的发展  23-24
    2.2.3 HLSL编程语言  24-27
  2.3 多智能体寻路系统  27-31
    2.3.1 寻路算法概述  27-31
    2.3.2 多智能体寻路系统  31
  2.4 本章小结  31-33
3 游戏需求分析  33-52
  3.1 综合描述  33-36
    3.1.1 游戏类型  33
    3.1.2 游戏的目的  33-34
    3.1.3 用户范围  34-35
    3.1.4 游戏可玩性  35-36
    3.1.5 运行环境  36
  3.2 游戏功能性需求  36-48
    3.2.1 游戏机制  37-43
    3.2.2 游戏元素  43-46
    3.2.3 游戏关卡  46-47
    3.2.4 渲染  47-48
    3.2.5 人工智能  48
  3.3 游戏非功能性需求  48-50
  3.4 游戏技术需求  50
  3.5 本章小结  50-52
4 游戏设计  52-73
  4.1 总体设计  52-55
    4.1.1 总体构架  52-53
    4.1.2 模块简介  53-55
  4.2 详细设计  55-70
    4.2.1 游戏引擎设计  55-61
    4.2.2 动画及水墨渲染模块设计  61-62
    4.2.3 游戏逻辑设计  62-67
    4.2.4 多智能体寻路系统设计  67-68
    4.2.5 游戏元素模板类设计  68-70
  4.3 本章小结  70-73
5 游戏实现  73-105
  5.1 游戏引擎的实现  73-81
    5.1.1 3D场景  74-77
    5.1.2 GUI库  77-80
    5.1.3 通用工具  80-81
  5.2 动画及水墨画渲染模块的实现  81-86
    5.2.1 提取边缘  81-83
    5.2.2 内部着色  83-85
    5.2.3 高斯模糊  85-86
  5.3 游戏逻辑的实现  86-96
    5.3.1 状态管理器  86-88
    5.3.2 游戏场景逻辑  88-90
    5.3.3 操作窗口  90-95
    5.3.4 物品系统  95-96
  5.4 多智能体寻路系统的实现  96-102
    5.4.1 寻路网格初始化  96-99
    5.4.2 最佳路径搜索  99-102
  5.5 游戏元素实现  102-103
  5.6 本章小结  103-105
6 总结  105-107
  6.1 项目及论文的工作总结  105-106
  6.2 进一步的工作  106-107
参考文献  107-110
索引  110-113
作者简历  113-115
学位论文数据集  115

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