1. 前言

如今游戏不只是为了娱乐，游戏在现代社会中扮演了重要角色——它们影响社交、教育、经济，甚至认知发展。

因此我们的这次课程将是有关电脑设计原理的。而课程将包含两个部分。

• 游戏引擎开发(Game Engine Development)，这部分偏技术、编程和游戏底层系统。

1. AI。例如路径搜索和敌人反应（Pathfinding & Enemy Response），学习如何让游戏中的敌人或NPC智能行动和决策。
2. 游戏物理与图形（Game Physics & Graphics）。例如 3D 纹理，学习如何实现游戏中的物理效果（碰撞、重力）和视觉表现。
3. 动画（Animation）。例如光照效果，学习如何让角色或场景动画更真实、更有表现力。
4. 声音与音效（Sound & Audio）。学习游戏中音效、背景音乐的设计与实现。

• 游戏设计（Game Design），这部分偏创意方向，关注游戏玩法和用户体验。

1. 游戏原则应用于电脑游戏，学习游戏设计的基本理论和原则，例如规则、目标、挑战。
2. 什么样的游戏才算好游戏，学习如何让游戏有趣、吸引玩家、耐玩。
3. 学习实用工具，学习使用 Unity、Cocos、Unreal 等工具，把创意变成实际游戏。

这门课程将使用的工具是Unity，相关的安装教程可以参考这里Unity安装教学。
Unity使用的编程语言是C#，这种语言其实和Java非常相似，所以不用担心编程问题。
课程老师推荐的学习资料是官方教学，我没有使用过，但我这里可以建议大家去视频平台通过看别人在项目上的实操视频来学习，因为我们有一定的编程基础，能很快学习上手使用，我们只需要了解这里的每个功能。而这些实操视频还会分享一下开发中的经验，比如第一次接触的时候，你一定会遇到旋转问题，比如我这里的教学就说明了这种问题我是如何解决的。Unity旋转问题。
如果你的基础很差，你可以尝试一下官方教学，并分享在评论区告诉大家你觉得是否有用。

2. 游戏历史

游戏同样具有历史，它会随着时代不断演变。比如我们最基础的一些游戏系列，他们都有很丰富的历史。比如生化危机系列已经有了30年了，随着时代发展，游戏的剧情、画面、玩法都有其的演变。

2.1 游戏硬件历史

视频游戏产业的起源可以追溯到弹珠机行业。弹珠机本身可以追溯到 1800 年代的游戏 Bagatelle，这是一种台球游戏，玩家用球杆将球击向倾斜桌面，希望球落入下方的洞口。1931 年，Automatic Industries 推出了第一台真正意义上的弹珠机 Whiffle，它用弹簧推杆（plunger）代替球杆，并且是最早的投币启动装置之一。


同年，David Gottlieb 推出了非常受欢迎的 Baffle Ball，这使弹珠机成为正式产业。1933 年，Harry Williams 推出了 Contact，第一台电动弹珠机。在这段时间，出现了结合弹珠机和赌博的“派彩机”。美国许多州通过了法律，禁止赌博及这些派彩机。在纽约，弹珠机被认定为赌博的延伸，因此被禁止（直到 1980 年代！）。许多州效仿这一判例，使得游戏产业蒙上污点。

早期的计算机只能玩像井字棋（tic-tac-toe）这样简单的游戏。大多数历史学家认为，第一个电子游戏是由 Willy Higginbotham 在布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）于 1958 年发明的。它使用示波器（oscilloscope）和模拟 Donner 计算机来玩 “Tennis for Two”（双人网球游戏），作为年度开放日的演示。

1961 年，Steve Russell 在麻省理工学院（MIT）使用 DEC PDP-1 计算机制作了《Spacewar》。这个游戏花了 6 个月和 200 小时编程完成，因为在当时制作一款游戏非常耗时，需要大量手工编码。玩家通过开关（toggle switches）控制两艘互相对战的飞船，发射鱼雷攻击对方。后来加入了重力、超空间（瞬间传送）以及不可靠武器等额外效果。由于它对整个游戏产业的影响以及知名历史，很多人认为它是 第一个真正的电子游戏。

1960 年代末，Ralph Baer 在 Sanders Associates 公司工作时，开始开发一套电子游戏系统。游戏是一种乒乓球形式，使用移动的球和玩家控制的球拍。系统由一个包含逻辑电路的游戏主机、两个简单的控制器组成，并使用普通电视作为显示屏。Magnavox 公司达成合作协议，该系统成为 Odyssey，并于 1972 年推出。通过彩色屏幕叠加膜和附件，系统还支持其他游戏。Odyssey 的乒乓玩法直接启发了 Atari 的 Pong，开创了街机游戏时代。

Nolan Bushnell 最初通过弹珠机行业接触到游戏。1972 年，他成立了 Atari，这是第一家电子游戏公司。Atari 的第一个商业成功是 Pong。Pong 大获成功，随后出现了大量仿冒品和复制品，试图从这股新热潮中获利。Magnavox 因专利侵权起诉 Atari。双方达成和解，Atari 成为该技术的唯一授权方。Magnavox 起诉了所有仿冒者，使 Atari 重回行业领先地位。

随后不同公司都推出了各种各样的家用游戏机。
Atari 在 1975 年推出家用版 Pong。
康涅狄格皮革公司（Coleco）在 1976 年推出 Telstar。
Fairchild Camera and Instrument 公司在 1976 年推出 Channel F，这是第一款可使用卡带编程的家用游戏机。
Atari 在 1977 年推出 Video Computer System（更广为人知的名字是 2600），非常受欢迎。
Magnavox 公司在 1978 年推出 Odyssey2。
Mattel Electronics 在 1979 年推出 Intellivision。

这段时间被认为是街机时代。街机一开始并不存在，视频游戏大多安装在酒吧里，并不被视为儿童娱乐。Bushnell 看到了巨大潜力，Atari 在 1977 年推出 Pizza Time Theatre（Chuck E. Cheese），帮助将电子游戏引入儿童市场。随着电子游戏流行，面向全家人的街机开始出现。也就有了前文所说的家用游戏机。
1975 年：Midway 引进 Taito 的 Gunfight 游戏，这是第一款使用微处理器的街机游戏。
1976 年：Exidy Games 发布 Death Race，玩家可以碾压小人形象，引发抗议。
1978 年：Atari 发布 Football，Midway 发布 Space Invaders，两者均创造记录。
1979 年：Atari 发布 Lunar Lander，这是其第一款矢量图形游戏。随后推出 Asteroids，成为最畅销游戏。
1980 年：Namco 发布 Pac-Man（吃豆人），成为全球最受欢迎的街机游戏。
1980 年：Atari 发布 Battlezone，可能是第一款真正的第一人称视角电子游戏。
1981 年：刚进入街机行业不久的任天堂发布了 Donkey Kong，这是马里奥首次登场，后来成为任天堂的标志性角色。

其他经典街机游戏还有很多。1981-1983是街机黄金时期。
1981:
Galaga → 太空射击游戏经典
Frogger → 控制青蛙过马路
Ms. Pac-Man → Pac-Man 的升级版
Centipede → 射击打击不断下落的多节敌人

1982:
Dig Dug → 挖地打怪
Burger Time → 烹饪题材平台游戏
Mr. Do! → 动作益智游戏
Q*Bert → 彩色方块跳跃游戏
Pole Position → 赛车游戏经典
Joust → 骑骑士骑鸵鸟对战
Zaxxon → 斜视射击游戏
Moon Patrol → 第一款使用视差滚动（parallax scrolling）的游戏
Time Pilot → 飞行射击游戏

1983:
Dragon’s Lair → 第一款激光盘（laser disc）游戏
Mario Bros. → 马里奥兄弟游戏首次出现
Spy Hunter → 驾车射击游戏

但随之1983–1984 年电子游戏产业崩溃。黄金时期之后，电子游戏市场崩溃，许多公司退出行业或彻底倒闭。
为什么会崩溃呢？

1. 没有新技术推动行业增长。游戏创新停滞，玩家对新游戏兴趣下降。
2. 游戏卡带供过于求。市场上游戏太多，但质量参差不齐，销量下降。
3. Atari 认为自己不可战胜（非常错误）。过度自信导致管理和战略失误。
4. 新威胁：家用计算机出现（人们惊慌）。家用计算机可以玩游戏并提供更多功能，分散了市场注意力。
5. 人们失去了信心（认为游戏被过度宣传）。玩家、零售商和媒体对游戏失去兴趣和信任。
6. 零售商、分销商、媒体以及大部分公众都转向其他领域。产业遭遇严重信任危机，销量和利润大幅下降。

1980 年代初，家用计算机开始变得流行。例如：IBM 电脑和苹果的 Macintosh。有些电脑表现不佳，例如 Coleco Adam（1984），但有些电脑成为受欢迎的游戏平台。Commodore 公司推出了 VIC 20（1981）、Commodore 64（1982），后来还有 Amiga。这些都是历史上最畅销的家用游戏电脑之一。苹果后来推出的 Apple II 也成为早期家用游戏的重要平台，吸引了大量游戏开发者。最终，IBM 兼容机及其后续平台成为家用计算机游戏的主流选择。
许多新公司开始为这些新平台开发游戏。其中包括：
Accolade ，美国游戏公司，以运动和动作类游戏闻名。
Origin，Origin Systems，以 RPG（角色扮演游戏）著称，如《Ultima》系列。
Infocom，以文字冒险游戏（interactive fiction）闻名，如《Zork》。
Epyx，以运动类和动作类电脑游戏闻名。
Broderbund，以教育游戏和创意软件闻名，如《Prince of Persia》早期版本。
Sierra，Sierra On-Line，以图形冒险游戏闻名，如《King’s Quest》系列。
Microprose，以模拟类游戏和策略游戏闻名，如《Civilization》前身。
Electronic Arts，EA，推出大量多类型游戏，并创新发行模式。
Lucas Arts，路卡斯艺术公司，以图形冒险和影视授权游戏闻名，如《Monkey Island》。

咱们回到家用游戏机市场，这段时间主要是任天堂与世嘉在不断竞争与发展。
1984 年，任天堂在日本推出 Family Computer（Famicom）。
1985 年，在北美市场重新命名为 Nintendo Entertainment System (NES)。
1986 年，世嘉（原名 SErvice GAmes）推出 Sega Master System。
这两款新家用游戏机开始振兴萎靡的游戏市场。
世嘉在销量上落后于任天堂。1989 年，世嘉推出新款 16 位 Genesis（美版 Mega Drive）主机，但仍落后，因为玩家在等待 Super NES。
1991 年，Super NES 推出，世嘉也带来了惊喜——其新吉祥物 刺猬索尼克 (Sonic the Hedgehog)。

1992 年，世嘉为 Genesis 推出 Sega CD 外设，但市场表现不佳。

同时在另一边，街机游戏也迎来了复兴。
1987 年，CAPCOM 推出了 Street Fighter，但当时的硬件性能不足，无法完全发挥游戏潜力。

1991 年，Street Fighter II 解决了性能问题，给街机带来了新生机。

CAPCOM 随后推出了更多经典格斗游戏。
1992 年，Midway 推出血腥的 Mortal Kombat 系列，引发更多抗议。
虽然格斗游戏让街机重获生机，但从未恢复崩溃前的辉煌。
街机成为任天堂、世嘉和索尼等家用主机下一代硬件和游戏的测试场。
街机还保留了家用主机无法实现的专业硬件，或者经典游戏。例如大屏幕、震动座椅、独特控制器，这些都是家用主机无法完全复制的体验。
尽管人气回升，街机仍无法重现辉煌时期。
街机仍在不断演化，后续还有新玩法和模式出现。

这段时间其实还有一个新的领域——掌上游戏机（Hand-held gaming）。
早期掌上游戏机主要是 LED 显示、单款游戏。例如 1970–1980 年代的“便携小型游戏机”，每台只能玩一个游戏。
新一代掌上游戏机改变了这种局面：
Atari Lynx（1989 年），第一款掌上彩色游戏机，支持多款卡带游戏，便携化。
Nintendo Game Boy（1990 年），经典掌机，黑白屏幕，但电池续航长、游戏丰富，极大推动了掌机普及。
NEC TurboExpress（1990 年），可玩家用主机卡带的掌机，高性能但价格昂贵。
Sega Game Gear（1991 年），彩色掌机，硬件性能比 Game Boy 更强，但续航较短。
NeoGeoPocket（1998 年）、NeoGeoPocket Colour（1999 年），支持彩色屏幕，主要推出格斗类和街机移植游戏。
Game Boy Colour 和 Game Boy Advance（2001 年），进一步改进彩色显示和性能，延续 Game Boy 系列的市场统治力。

随着时间发展，1994-1996年是三大家用主机的竞争。
1994 年：世嘉在日本推出 Saturn（1995 年在美国上市）。世嘉 32 位主机，专注 2D 格斗和街机移植游戏。
1994 年：索尼在日本推出 PlayStation（1995 年在美国上市）。索尼首款主机，使用光盘介质（CD），支持 3D 游戏，开启新市场。
1995 年：任天堂在日本推出 Nintendo 64（1996 年在美国上市）。任天堂 64 位主机，支持 3D 图形和多人本地联机，经典游戏众多。
这一次，三款主机都获得了 相当的成功。相比过去世嘉与任天堂的竞争，这一代三大主机各自占据市场并存状态。

这种三家竞争的局面一直持续，直到新的御三家出现。
1999 年：世嘉推出 Dreamcast。世嘉最后一款主机，尝试复兴其家用主机市场。
2000 年：索尼推出 PlayStation 2。PS2 成为最畅销主机，支持光盘、DVD 播放和丰富的 3D 游戏。
2000 年：世嘉为 Dreamcast 提供 互联网接入功能。首批支持在线游戏的主机之一，开创在线家用主机游戏先河。
2001 年：任天堂推出 GameCube。采用光盘介质，支持 3D 游戏和本地多人联机，但缺少在线功能。
2001 年：微软推出 Xbox。Xbox 引入硬盘、光盘、在线服务（Xbox Live 后期发展），首次进入主机市场。
2001 年：世嘉停止生产 Dreamcast，并宣布 不再生产主机硬件。世嘉退出家用主机市场，转向软件开发。
2002 年：索尼和微软的主机开始支持 互联网连接。在线游戏和网络服务成为主机新趋势。

当然街机游戏也在发展。随着新千年的到来，街机经历了复兴，游戏采用了新型控制方式和创新玩法，而非传统按钮或遥感操作，非常适合街机的展示效果。例如劲舞团（Dance Dance Revolution）及其至少14部续作。还有动作捕捉拳击（MoCap Boxing）、动作捕捉高尔夫（MoCap Golf）等很多其他类似创新游戏。
街机在亚洲特别是日本的受欢迎程度最高。在北美，尤其是美国，一些街机和街机游戏机重新出现。但街机仍然无法恢复曾经的辉煌。

街机的重点仍然是引入新技术。游戏玩法似乎变得次要。没有这些创新噱头，游戏就没有那么有趣。

千禧年后的御三家是任天堂、索尼和微软。我们现在再看看这三家的发展。
任天堂在 2004 年底推出了 Nintendo DS（双屏掌机），性能比 N64 更强，并拥有许多附加功能。DS 创新之处在于双屏、触控、麦克风和多种互动玩法，为掌机带来新体验。
2011 年，任天堂推出 Nintendo 3DS，这是最新一代掌机。3DS 集成了裸眼 3D 显示、立体摄像头和增强现实游戏支持，为新类型游戏和玩法提供了有趣的可能性。


索尼在 2004 年底推出了功能丰富的掌机 PlayStation Portable (PSP)，在日本上市，并于 2005 年初引入北美市场。PSP 支持光盘式 UMD 游戏、高清画面和多媒体功能，是索尼首次进军掌机市场。
2011 年，索尼推出了 PS Vita，这是其最新掌机版本。虽然外观类似 PSP，但 PS Vita 配备了 触摸屏和背部触控板、双摇杆、前后摄像头、可选 3G 连接等功能。


2006 年底，任天堂推出了 Wii。Wii 的硬件性能低于 Xbox 360 和 PS3，但其控制器带来了 游戏玩法和设计上的创新。任天堂对 Wii 的升级主要集中在外设上，例如 Wii Zapper（光枪）、Wii Balance Board（平衡板）、Wii Speak（语音设备）、Wii MotionPlus（精准体感控制）。
随后在 2012 年底，任天堂推出 Wii U，首次支持 高清画面。

2006 年 11 月，索尼在北美和亚洲市场推出了 PlayStation 3 (PS3)。PS3 配备了 Cell 处理器、蓝光光驱、高清显示、硬盘、内建联网功能，并根据不同型号还有其他功能。

2013 年末，索尼推出 PlayStation 4 (PS4)，与 Xbox One 和 Wii U 竞争。
2016 年，推出 PS4 Pro（支持 4K 分辨率）及 虚拟现实（VR） 功能。

2020 年末，索尼发布 PlayStation 5 (PS5)。PS5 支持 光线追踪、超高速 SSD、3D 音效、DualSense 控制器触觉反馈，为新一代游戏体验奠定基础。

2005 年底，微软推出 Xbox 360。Xbox 360 配备 三核处理器、内建无线、硬盘、网络支持和高端图形性能。

这标志着主机硬件“次世代”的开始。
2013 年末，微软推出 Xbox One，与 PS4 和 Wii U 竞争。

后续推出 Xbox One S 和 Xbox One X。One S 更轻薄、One X 提供“世界最强主机”性能（4K 游戏支持）。

2020 年末，微软推出 Xbox Series X，与 PS5 竞争。Series X 为新一代高性能主机，支持光线追踪和超高速 SSD。
还推出了 Xbox Series S，提供更便宜、更小巧的选择，适合入门玩家。

2017 年，任天堂推出了 Nintendo Switch。Switch 是 混合型主机，既可作为家用主机，也可作为掌机使用，带来灵活的游戏体验。

2019 年，任天堂推出 Nintendo Switch Lite。Lite 版本专注掌机模式，更轻便、更便宜，但不支持电视输出。

2021 年，任天堂推出 Nintendo Switch OLED。OLED 版本提供更高对比度和色彩的屏幕，同时改进了底座和扬声器等硬件体验。

2025 年，任天堂计划推出 Nintendo Switch 2。

家用游戏机领域也有新的便携式掌机 PC。它们既不是手机，也不是笔记本，而是 运行 Windows 系统的掌上游戏电脑。例如。
Steam Deck（2021 年）

GPD Win3（2021 年）

One Xplayer（2021 年）

AYA Neo（2021 年）

前面其实提到了这些硬件在新技术上的发展，这种来到近代家用游戏机中被称为外设大战。
2010 年，索尼推出 PlayStation Move 外设，通过 摄像头 + 控制器混合设计，将体感操作引入 PS3 游戏。
玩家可以用动作控制游戏角色，实现手势或挥动操作。

2010 年末，微软推出 Kinect（又名 Project Natal），使用 多摄像头系统 实现 无控制器游戏。
玩家只需动作和身体移动即可操控游戏，无需手持手柄。
第二代 Kinect 于 2014 年推出。


任天堂推出的外设就更多了。

2.2 新领域与新平台

随着这些传统游戏业发展，当然游戏迎来了新的领域和平台。
Facebook 和其他社交网络网站越来越成为流行的游戏平台。这尤其适用于面向休闲玩家的游戏。
FarmVille 于 2009 年推出，拥有数百万用户。QQ 农场与其类似。
CityVille 于 2010 年推出，是当时 Facebook 上最受欢迎的游戏，玩家超过 6000 万。
这远远超过了魔兽世界 (World of Warcraft)，后者玩家约 700 万。

同样，移动游戏（手机游戏）已经变得非常流行。这也适用于面向休闲玩家的游戏。

手机移动端还带来了基于位置的游戏（Location-based games）。
这是利用玩家实际地理位置的一类游戏，Pokémon GO 就是其中的代表作。

前面提到的VR（虚拟现实）也演变了单独的一类游戏。例如 Beat Saber。

同样VR带来了更多更多外设（Peripherals）这包括。

1. VR 头显（Head-mounted Display, HMD）
2. 手部控制器（Motion Controllers）
3. 动作捕捉 / 全身追踪外设（Body Tracking / Motion Suits）
4. 力反馈与触觉设备（Haptics）
5. 跑步机 / 移动平台（Treadmills / Omni-directional Platforms）
6. 声音和空间音效。
   
   

现在VR游戏衍生出了一种新的游戏类型——混合现实（MR）游戏。
空间计算（Spatial Computing）和混合现实（MR）是未来游戏发展的新趋势。游戏不再局限于完全虚拟或完全增强现实，而是结合现实与数字元素的互动体验。
MR 是 虚拟现实（VR）和增强现实（AR）的结合，将数字元素与现实世界融合在一起。所以玩家可以在现实环境中看到虚拟对象、互动角色或游戏场景，实现虚拟与现实的混合体验。



我们这里顺便区分一下这几种技术：

• VR：完全虚拟环境。
• AR：在现实中叠加数字元素。
• MR：结合 VR 与 AR，虚拟物体可以与现实环境互动。

最后还有一种游戏类型，可能大家身边就能接触到，那就是云游戏（又称游戏串流）。
游戏和全部内容运行在远程服务器上，并实时传输给玩家使用的轻量客户端（thin client）。
所以不再需要完整的主机或高性能电脑，同时对游戏内容有更严格的控制。
但是延迟（lag）、网络速度和画质压缩可能影响游戏体验。
OnLive、Gaikai 是云游戏的早期例子。这些平台提供远程服务器游戏串流服务，开创了云游戏模式。