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3D游戏编程入门经典
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   如果熟悉了如何利用clr(公共语言运行库)编写代码后，在面临选择开发语言时，您可能已经知道了您的选择。在visual studio .net产品的最新版本中，当编写托管代码时，可以使用4种语言：c#、visual basic .net、managed c++和j#。此外还可以使用从visualstudio .net产品之外的第三方销售商处获得的其他语言，例如cobol或者fortran。

 尽管本书中将讨论的概念可以很容易地移植到任何完全兼容cls(通用语言规范)的语言，但实际的代码将仅包含所提到的前两种语言：即c#和visual basic. net。本书中将仅使用c#代码。您可以从http://www.tupwk.com.cn/downpage中下载本书配套的安装文件，获取相关代码。

 在本章中，您将学习到：

 ●       定义.net

 ●       托管代码

 ●       使用visual studio .net ide

 ●       在命令行中编译托管代码

 ●       开发人员

 ●       游戏开发过程

 ●       工具

 1.1  什么是.net？  自从microsoft公司宣布并发行.net之后，人们一直在尝试指出这种新“事物”到底是什么。根据microsoft公司的市场活动，人们知道它将对计算产生革命性作用。这是一个很宏远的目标，现在断言它是否能够完成目标还太早。但是，它正在一步步地向此目标努力。

 当人们讨论.net时，无法确定他们正在讨论.net的哪个部分。microsoft公司发行的其他“产品”或“思想”都不具有如此多的不同形式。紧随.net名字的是众多的产品、服务，甚至是概念，因此指出.net实际上是什么，是非常困难的。

 当本书中讨论.net时，它指从.net frameworksdk中可获得的新的开发语言和运行库。该sdk包含.net运行库。而.net运行库包含运行为.net环境编写的应用程序所需要的所有东西。可以认为.net运行库由几部分组成。clr的部件驻留在gac(global assembly cache)中。也包括microsoft .net语言的编译器(c#、vb .net、vj#等等)。可以在图1-1中看到gac。

  

 图1-1  gac

 人们对运行.net代码的最常见误解之一是，代码是“解释执行的”，像java代码或者老的visual basic运行库一样。事实上，为.net编写的代码在执行前首先被编译。当编译.net应用程序时，它被编译为一种中间语言(il，intermediary language)。这种il实际上存储在可执行文件中或者已经创建的库中。

 il可能在两个位置中的某一处被编译为本机代码(native code)。在安装代码时，可以执行一个称为ngen(native generation，即本机生成器)的进程。它将il直接编译为本机代码，并将所编译的本机代码存储在gac中的特定位置—— 本机程序集缓存(native assembly cache)中。假设在安装时没有编译代码，则代码在第一次执行前必须被编译。在应用程序启动期间，.net运行库中一种称为jit(just in time)编译器的特殊功能在后台执行编译工作。

 在后一种情形中，因为发生在后台的编译工作，应用程序的启动时间将受到影响。当启动时间对应用程序非常重要时(例如正在编写游戏时)，确保在安装阶段包含ngen步骤是比较明智的。但是，在这期间无法进行某些优化，而如果利用jit编译代码，则可以进行这些优化，因此如果启动时间不是很重要，则可以让.net运行库处理它所能够做的工作。

  

         
   在本书中将经常提到托管代码。在全书中使用的api被称为managed的directx，.net语言常被称为托管语言。术语“托管”来源于.net运行库具有一个内置的内存管理器这一事实。

 在“过去”(只是几年前)，使用c和c++编写代码的开发人员不得不自己进行内存管理。当不再需要已分配的内存空间时，必须将其释放，除非希望该内存被“泄漏”，内存泄漏将带来严重的性能问题。更糟糕的是因为直接处理指针，而它很容易破坏项目正在使用的内存。在很多情况下，这将导致很长时间的故障调试，因为通常实际看到出错的地方并不是内存初始被破坏的地方。

 人们认为c和c++语言难于掌握，主要是因为具有很多这种类型的问题。许多开发人员不愿意尝试c和c++，也是因为这个原因，他们尝试使用其他没有这些令人头痛问题的高级语言，例如visual basic。尽管这些新语言具有易用易学的优点，但也具有一些缺点。它们的性能无法与c和c++语言相比，在大多数情况下显得特别慢。另外，因为底层操作系统是使用c++开发的，所以这些语言难以实现c++的所有功能。尽管可以使用它们处理很多非常好的工作，但是如果想要获得操作系统的所有性能和优势，只能依靠自己。

 与.net运行库的第一个版本相比，.net的大多数内容都已经改变了。microsoft公司几乎完全重新设计了一种新的api，竭力确保开发人员关心的问题都会被解决。这种新的运行库必须易学易用，快速高效，并且不存在令人头痛的内存管理问题。在本书中，将看到.net在这些方面的好处。

  

         
   提示：

 本书设定在visual studio .net ide中编写代码。这不是使用.net编写游戏的需求，也不是使用.net本身的需求，它是本书所选择的ide。图1-2显示了visual studio .net 2003 ide。

 该ide提供了编写.net应用程序所需要的所有工具。它不仅包括编写代码所需要的编辑器，而且还有其他大量功能，使得.net应用程序的开发变得容易。它的设计使得您能够方便地创建丰富的内容，如windows应用程序。它也具有一个内置的编译器和调试器，并且无缝集成了所有功能。本书设定使用这种ide进行开发。

  

 图1-2  visual studio .net ide

 熟悉这种ide的最好方式是使用它编写一个简单应用程序。典型的计算机编程是编写一个简单的hello world应用程序，该应用程序只是在屏幕上输出hello word文本。老实说，这非常令人厌烦，因此您应当尝试编写更复杂的程序。但也不需要奇特的程序，因为这只是对ide的一个介绍，当然在程序中包括一些用户特**互将更好。在这里将编写一个应用程序，询问用户的姓名和出生年份，然后输出用户的当前年龄。

 1.3.1  c#代码  现在启动visual studio .net 2003 ide。首次启动时，应当看到图1-2所示的默认启动页面。单击该页中的new project按钮，启动一个新的项目。如果没有显示这个页面，也可以单击file | new project菜单项，或者按下ctrl+shift+n快捷键。这将产生一个new project对话框，如图1-3所示。

 应当首先尝试c#代码，因此在new project对话框中，从左边的列表框中选择visual c# projects项，从右边的列表框中选择console application项。为项目命名，然后单击ok按钮创建该项目。这将创建一个新的控制台应用程序，当前它什么都不执行。使用程序清单1.1中的代码替换自动生成的代码。

  

 图1-3  new project对话框

 程序清单1.1  简单的c#控制台应用程序

 using system;

 class consoleapp

 {

 static void main()

 {

 console.write("hello world c#!\r\nplease enter your name:");

 string name = console.readline();

 console.write("hello {0}, please enter the year you were born:", name);

 int year = int.maxvalue;

 while(year == int.maxvalue)

 {

 try

 {

 year = int.parse(console.readline());

 }

 catch (formatexception)

 {

 console.write("you did not enter a valid number. ");

 console.writeline("please enter an integer, such as 1975. ");

 }

 }

 console.writeline("you must be approximately {0} years old! ",

 datetime.now.year-year);

 console.writeline("press the   key to exit the application");

 console.read();

 }

 }

 如果您已经熟悉了c、c++或者java，则c#语言的语法与这些语言非常相似。尽管c#的底层运行库仍然是clr，但是它的语法源于这些语言，熟悉它们的开发人员很容易进行移植。该代码根本不复杂，它在询问用户的姓名和出生年份之前，首先使用console类输出一个简单的消息(该消息包含hello world)。注意，该应用程序接着询问出生的年份，直到用户输入一个有效的数值。它最后利用一个简单的公式输出用户的当前年龄。图1-4显示了该应用程序的运行过程。

  

 图1-4  第一个应用程序

 1.3.2  vb .net代码  如果读者更熟悉visual basic语法，很可能能够理解前文中的大多数代码。这两种语言的语法差别不是很大，但还是应当尝试编写一个visual basic .net版本的应用程序。再次启动一个新的项目，并采用在c#代码中所使用的相同指令，其中不同之处是项目的类型。应当选择visual basic projects项目，创建该项目后，使用程序清单1.2中的代码替换自动生成的代码。

 程序清单1.2  简单的vb .net控制台应用程序

 module module1

 sub main()

 console.write("hello world c#!" + vbcr + vblf + "please enter your 

 name:")

 dim name as string = console.readline()

 console.write("hello {0}, please enter the year you were born:", name)

 dim year as integer = integer.maxvalue

 while year = integer.maxvalue

 try

 year = integer.parse(console.readline())

 catch fe as formatexception

 console.write("you did not enter a valid number. ")

 console.writeline("please enter an integer, such as 1975. ") 

 end try

 end while

 console.writeline("you must be approximately {0} years old! ",

           datetime.now.year - year)

 console.writeline("press the   key to exit the application")

 console.read()

 end sub ‘main

 end module ‘ module1

 如您所见，从c#到vb .net的代码移植并不复杂。因为这两种语言运行于相同的运行库之上，所以这两段代码仅存在微小的语法差别。也应当注意到，这两段代码产生了相同的结果。这是.net的一种强大功能，它允许开发人员使用他最熟悉的语言编写代码。如果使用了编程语言x，您不必担心不能利用编程语言z中的功能y。因为每一种托管语言使用了相同的底层运行库，它们都具有相似的功能集。

  

         
   到目前为止，使用visual studio .net ide是开发.net应用程序最容易的方法，但它并不是仅有的方法。.net运行库将c#、vb .net和vj#的编译器随其运行库一起发布，因此只要有一个文本编译器和.net运行库，就能够创建任何.net应用程序。

 提示：

 为了实际开发并使用.net应用程序，需要.net运行库。如果没有安装，您可以从microsoft的网站http://www.microsoft.com/net处下载。

 打开一个文本编辑器(例如notepad)，输入前面某一个程序清单中的代码。保存该代码，并打开一个命令提示符。在使用.net运行库中的编译器之前，需要设置路径，将其指向底层.net framework的位置。在命令窗口中，输入下面的命令更新路径：

 set path=%path%;c:\windows\microsoft.net\framework\v1.1.4322

 警告：

 如果windows文件夹不是在c:\windows处，当更新路径变量时，确保输入了正确的windows文件夹位置。

 命令行编译器位于上文所列出的文件夹中，与一些组成.net运行库本身的程序集相同。c#的编译器是csc.exe，vb .net的编译器是vbc.exe。这些可执行文件具有相似的命令行参数集，可以使用单个参数/?来显示这些编译器的所有参数。

 假设使用了该代码的c#版本，并将文件保存为class1.cs，可以利用如下命令将应用程序编译为名为app.exe的可执行程序。首先定位到代码文件所在的文件夹，然后运行下面的命令：

 csc /out:app.exe /target:exe class1.cs

 输出应当类似于下面的内容：

 microsoft (r) visual c# .net compiler version 7.10.3052.4

 for microsoft (r) .net framework version 1.1.4322

 copyright (c) microsoft corporation 2001-2002. all rights reserved.

 现在运行该应用程序，它将产生与使用ide作为开发环境时相同的结果。

  

         
  在2001年，视频游戏的收入首次超过了电影工业的票房收入。该产业欣欣向荣，并需大量优秀的开发人员。如果一个公司能够在某个顶级游戏中花费上百万美元，那他们很自然地会对游戏开发团队非常挑剔。本章将讨论游戏开发的过程和制作这些伟大游戏的团队。  

         
   在最近几年中，作为directx组的一员，我非常高兴能够与大量的游戏开发人员一起讨论问题。尽管每一个开发人员都是独特的，但是他们具有相似的特征。其中最显然的特征之一是他们都绝对喜爱游戏。当然，这是可以预料的。游戏开发是一项艰苦的工作，它时间长、任务紧，压力大。那些不具有献身游戏精神的人应当去编写没有这些压力的软件。

 尽管目前对于一个游戏工作室来说，宣布在开发游戏中的花费是不常见的，但是许多游戏在开发期间花费了上百万美元，这是公司发行游戏的真实投资。许多游戏需要多年的开发，这需要对游戏本身和开发人员、艺术家、设计人员以及任何参与制作的人员具有绝对的信心。很多时候，发行商屈服于压力，并在游戏准备好之前就发行。另外一种情形就像duke nukem forever(3d realms所发行的一款游戏)该游戏的开发时间超过了5年，发行商直到它最终完成才发行。

 回到视频游戏开发的早期(古老的拱廊和atari家庭系统)，游戏通常由一个或两个人编写，编写时间是几周而不是几年。由此可以看到当今的视频游戏世界的巨大进步。回到那时您可以制作一个非常简单的游戏，例如galaga，它只有一个级别，玩家只能反复地在该级别中进行游戏。它的图形简单，但非常有趣并且令人着迷。它的编写困难吗？任何曾经看到该游戏的开发人员应当认识到它非常容易编写。

 相反，当今的游戏功能非常巨大，必须设计、开发庞大的世界，并且创建一些艺术资产。大多数游戏包含多个级别和非常复杂的玩法，而不是早期游戏中所看到的向前向后移动并开火。所有这些先进的特性需要越来越多的开发时间，并且由于当今游戏玩家期望这些先进的特征，所以任何大预算的项目似乎都不可能在短短的几周内完成。

 当今的大游戏也对游戏开发人员的繁荣添加了一层复杂性，因为捕获大众注意的游戏不再可能由个人完成。实际上个人(甚至是一个小组)也不可能将所编写的游戏放到货架上出售，因为计算机软件商店销售游戏的开销是非常高的。

 大多数游戏开发初学者将他们编写的游戏作为共享软件发行，甚至是免费软件。有大量的网站为共享游戏开发作贡献，该团体由其他许多游戏开发人员组成，他们提供有价值的反馈、测试和论坛，在论坛中可以展示新思想以及炫耀您的最新创作。初学的游戏开发人员不可能通过创建这些小的共享游戏变得富有，但却使得他们能够开发重要的“样片(demo reel)”，在大预算项目中申请一个游戏开发位置时，可以使用这些样片。

 正如引言中提到的一样，本书将引导您学习开发一个高性能、完全3d的游戏所需要的技能，使得您在某一天能够开发自己的样片。在这之前，您需要询问自己：准备好成为一个游戏开发人员了吗？并询问自己以下几个问题：

 ●       您喜欢玩视频游戏吗？

 ●       您是否曾经沉迷于游戏而忘记了时间？

 ●       您常常在思考这些世界是如何创建的吗？

 ●       您是否相信自己具有能够转换为下一个伟大视频游戏的构想？

 ●       您对当今存在的所有相同的老游戏感到厌烦了吗？您有关于重新定义流行视频游戏的构想吗？