完成時間：2016年08月23日（大三上）
博客時間：2017年04月19日
程序截圖：
簡介：
這個程序是我大二爲《軟件工程》課程的作業而編寫的，採用C++/OpenGL開發。因爲只是一個作業，實現的比較簡單，但是還是運用了一些設計思想，比較有參考價值吧。現在過了將近半年纔回來填這個坑，主要也是因爲涉及到的內容太多了（其實是我太懶 (。・`ω´・)）。
這篇博客可能更多地側重於遊戲的設計思想，如果想要交流歡迎評論或者私信哦。
遊戲開發的幾點重要策略：
1. 高效的遊戲循環（Game Loop）
方法一：一個最簡單粗暴但相當劣質的處理方式是：用一種能跑多快跑多快的方式進行遊戲循環。簡單的用代碼表示一下：
int main()
{
while(true) // 一種不好的方式
{
processInput(); // CPU處理輸入
update(); // CPU修改狀態
render(); // GPU渲染畫面
}
}
不難發現，在快的機器上，遊戲循環可能快得令玩家看不清遊戲在做什麼；在慢的機器上，遊戲則會變得又慢又卡。
方法二：我們稍加一下改進：你想讓時間以60fps的速度運行，也就是間隔MS_PER_UPDATE=16毫秒進行一個遊戲循環，那麼則可以以一個穩定的幀率來跑遊戲。What you should do is to wait for next frame.簡單的用代碼表示一下：
int main()
{
while(true) // 維持相對穩定的幀率的方法
{
double start = getCurrentTime();
processInput();
update();
render();
// 等待一段時間，湊夠16ms
sleep( MS_PER_UPDATE - (getCurrentTime() - start));
}
}
這種方法，通過引入的一個sleep()方法幫助我們維持了一個相對穩定的fps。但是，我們也能發現一個問題：若每次實際用於更新的時間長於固定的間隔時間MS_PER_UPDATE,那麼遊戲同樣會變慢。例如，當需要16ms以上的時間去更新fps=16ms的遊戲時，就會無法維持運行速度。
方法三： 讓我們試一下稍微複雜點的方法。爲了解決方法二中出現的問題，我們以這一幀與上一幀的實際時間間隔來作爲更新步長。幀處理花費的實際時間越長，這個步長也就越長。這個方法捨棄了固定的MS_PER_UPDATE，而是採用實際間隔時間elapsed來作爲更新依據。這個方法使得遊戲總會越來越接近於實際的時間。因此也被稱爲變值時間步長。
int main()
{
double lastTime = getCurrentTime();
while(true) // 維持相對穩定的幀率的方法
{
double current = getCurrentTime();
double elapsed = current - lastTime;
processInput();
update(elapsed);
render();
lastTime = current;
}
}
這種遊戲循環雖然有了很大的提高，但是也有潛在的問題（可以參考給出的參考資料）。
方法四：最後的改進，通過引入一個新的變量lag來表示遊戲時鐘相對於現實時間落後的差量。接着用一個內部循環更新遊戲，每次以固定時長MS_PER_UPDATE進行，直到追上現實時間（此處的MS_PER_UPDATE不是視覺上的幀速，而是更新遊戲update()的間隔）
int main() // 一個比較好的方案：可以追回因爲render()落後的時間
{
double lastTime = getCurrentTime();
double lag = 0.0;
while(true)
{
double current = getCurrentTime();
double elapsed = current - lastTime;
lastTime = current;
lag += elapsed;
processInput();
// 內部循環：以固定時長更新遊戲以趕上落後的時間。
while(lag >= MS_PER_UPDATE)
{
double startUpdate = getCurrentTime();
update();
lag -= MS_PER_UPDATE;
sleep(MS_PER_UPDATE - (getCurrentTime()-startUpdate));
}
render();
}
}
2. 場景管理Scene Management
3D遊戲中場景管理的方法有很多：四叉樹、八叉樹、BSP樹、KD樹等。方法各有優劣，適用的情形各不相同。但是原理較爲複雜，這裏也不過多描述，需要的可以自己去google。
例如：使用八叉樹/kd樹，可以以很高的效率進行空間查詢：
(1) 鄰近查詢（proximity query）：如查詢玩家周圍的npc、掉落物品等。
(2) 可見性判斷（view frustum culling）：剔除不可見的物體
(3) 粗略的碰撞檢測：找到潛在的可能碰撞的對象。
下圖便是採用k-d樹的空間劃分結構，爲每個單位劃分一個區域。
3. 人工智能單位 AI
其實，對於AI單位的管理，應當歸於Scene Management。但是AI單位有自己的特殊之處，受到攻擊時會追擊、拉開距離後停止追趕。
這裏的話，需要進行碰撞、攻擊判定等。可能會用到的技術有：AABB包圍盒等。
4. 大規模地形渲染
這是一個比較複雜的東西，但是如果使用下面提到的技術會大大提高你的渲染效率。我們在render large terrains時，經常採用的便是LOD（level of detail）的技術，根據距離確定細節層次。
詳情可以看一下我翻譯的另一片博客：How to rendering large terrains
5. 參考資料：
1. [Book] Game Programming Patterns - Robert Nystrom
2. [LINK] http://gameprogrammingpatterns.com/game-loop.html
3. [LINK]http://www.koonsolo.com/news/dewitters-gameloop/
6. 寫在後面
希望我的文章，能夠爲有志於開發遊戲的同志有所幫助。我也還只是一個普通的本科生，歡迎不幸點開這篇文章的諸位大神批評指正！！！
這是一個比較簡單的demo，歡迎評論或者私信討論。另外我之前做的一個遊戲仿製《minecraft》的資料還有演示程序可以在我的其他博客中翻到~ (ง •̀_•́)ง。
我使用OpenGL仿製的一款《Minecraft》：仿製《Minecraft》