【弹幕程序科普计划】 第一篇 弹幕游戏制作工具概述（上）

【弹幕游戏制作工具概述（上）】

 先放一张镇楼图：

 　　想要制作弹幕游戏，当然最先要想好的问题就是用什么工具来做。在十多年前，游戏制作还是比较复杂的一件事情。本身Open GL、DirectX都发展不成熟，性能方面存在缺陷，使用上也有诸多不便，更不用说东方原作者ZUN从DOS时代就开始游戏制作时的难度。然而在过去的十多年里，游戏制作工具上有着非常长足的发展，大幅降低了游戏开发的门槛。微软在DirectX方面也做了多次方向性调整，先是开发了Managed DirectX，然后放弃了Managed DirectX而改为XNA，到现在又放弃了XNA回到了传统C++调用DirectX的方式。而游戏引擎方面，一方面出现了像Unity3D这样简单易用且性能优秀的通用引擎，另一方面有不少爱好者创作了弹幕游戏专用引擎，如东方弹幕风、luastg等等，当然也包括Crazy Storm。

　　讲到这里，估计没接触过游戏编程的人已经听得云里雾里。那么下面按正常思路来介绍一下游戏编程要解决的基本问题。

　　要进行游戏编程，首先要解决的三个最基本的问题——画面显示、音频播放、输入采集。也就是怎么把图片画到屏幕上，怎么把声音播放出来，怎么让玩家进行控制。DirectX就是用来解决这些事情的，无论是Managed DirectX、XNA、SlimDX之类的都属于DirectX，他们不是游戏引擎，只能解决那三个基本问题。至于子弹是什么，运动速度多少，和谁发生判定，这都需要编程人员自己解决。所以说，面向对象的编程知识是必要的。

　　而游戏引擎就会比上面说的高级一些，比如Unity3D中已经将“物体”这个概念封装好，可以直接定义它的贴图、速度等等，而弹幕专用引擎则封装得更为到位，可能已经定义了子弹、自机、敌机，包含了判定逻辑，用户可以直接去指定子弹的位置、速度、判定范围等等。

当然，封装得越好，改动余地也就越小，效率方面也越难优化，总是有利有弊的。至于利弊具体如何，下面先按顺序来介绍一下以上提到的各种工具。

1.      C++结合DirectX

这是制作游戏最基本的方法，DirectX中有Direct3D解决画面显示，DirectSound解决声音播放，DirectInput解决输入采集，可谓一应俱全。参考资料可以参考微软官方的DirectX SDK。

代表作品：东方原作

优点是C++的效率稍高，缺点是C++开发难度较大。

2.      C语言结合DirectX（DX Library）

原理和C++结合DirectX类似。

代表作品：《四圣龙神录》

《四圣龙神录》的作者还给出过一系列相关教程，可以帮助初学者逐步了解弹幕游戏原理。但是由于C语言不是面向对象的编程，中间一些做法难免有些繁琐，条理不够清晰，这里并不推荐。

优点：有60讲教程

缺点：不是面向对象的编程

3.      Managed DirectX

简称MDX，微软在2003年推出的托管DirectX，这里我们不详细讲托管这个概念了，总之是可以使用C#语言来编写DirectX程序。MDX拥有DirectX的所有功能。由于C#开发难度低于C++，较为容易上手。效率可能略低于C++，但是微乎其微。有资料说MDX效率为传统DirectX的98%。

由于使用C#语言，必须要玩家安装.Net Framework才能运行游戏，不过在Win7以上系统基本都标配了，所以这个缺点也几乎可以忽略了。

代表作品：《猫猫狂想曲》？（不要在意，这是我早几年写的试验性作品）

由于微软已经停止MDX的开发，并且MDX程序不支持在64位机上运行，所以此方法已不成立，请不要尝试。

4.      XNA

XNA是微软停止MDX开发后所开启的项目，他依然是托管的DirectX封装，使用C#开发。XNA的封装程度比MDX来得高，换句话说，用起来更方便更直观，当然也可能损失一些开发的自由度。微软当年指望着XNA能进行跨平台开发，除了编写PC游戏还能编写XBOX游戏，但是现在看来，也只能跨到XBOX，要兼容Windows Phone都困难，所以现在微软也停止更新XNA。不过因为当年XNA还是比较流行，留下了大量开发资料和例子，这也从一定程度上降低了开发难度。

代表作品：《东方幕华祭》、《結界幻想録》

优点：使用起来比DirectX方便，资料较多

缺点：强迫玩家安装XNA Framework Redistributable；XNA3.0、XNA3.1、XNA4.0版本互不兼容

5.      SlimDX

在微软停止MDX开发后，有一群人不满意XNA的高度封装，而自行开发了另一个托管的DirectX封装，就是SlimDX。SlimDX不仅拥有Direct3D、DirectInput、DirectSound等传统模块，还具有XAudio2、X3DAudio、RawInput等，为声音播放、输入采集提供了更多可能性，尤其XAudio2中包含有现成的音乐文件区间循环方法，可以用来实现BGM无缝循环。

SlimDX也是我一直使用的东西，不过我用他主要是当年在发现MDX不支持64位机以后，要找寻新的解决方案。而在调XNA和SlimDX时都遇到了一些问题，只是SlimDX的问题先解决掉了，于是就用了下去。但是平心而论，SlimDX正如他的开发者所说的，是一个轻量化的封装。封装程度甚至不及MDX。举例来讲，显示2D图片的时候，MDX直接指定图片位置、大小、旋转角度，而SlimDX不行，它只能指定位置，再通过矩阵变换来达到所要大小和角度。当然也许对有经验的程序员来说不算什么，我们可以写个函数把显示图片和矩阵变换封装在一起，来实现MDX中绘制图片时直接设置大小和角度的方法，但是诸如此类的问题在SlimDX中屡见不鲜。加上SlimDX开发资料较少，且现在也停止更新，不得不大量参考微软2004年MDX的SDK。因此SlimDX的开发难度上硬生生比传统DX和XNA要高了一级。

理论上，只要游戏程序打包了SlimDX.dll文件，用户就可以直接运行游戏，但是实际发现，很多机器上会碰到一些DirectX的设置问题而使游戏玩法启动，需要安装SlimDX Runtime来解决。

代表作品：《东方百花宴》、《东方夏夜祭》以及现在正在制作的《弹幕音乐绘》

优点：是C#编写DirectX程序的一种可选方法；XAudio2可实现音乐区间循环

缺点：可能需要玩家安装SlimDX Runtime .Net；可参考资料少，开发难度高

　　以上所说都是直接编写DirectX程序的做法。开发难度方面应该是C++原生DirectX > SlimDX > MDX > XNA。效率方面，所有方法都处于同一等级。理论上使用C++结合DirectX的方法效率最高，托管DirectX的效率略差，其中XNA效率可能最低，但其实差距非常微弱。评价2D显示效率一个最主要的方法是看同屏显示的物体数。当游戏帧率保持在60fps时，上述方法所做的游戏一般都可以同屏物体达到6000左右，具体可以参考东方原作及以上提到的各作同人游戏。6000是什么概念，以《东方辉针城》为例，当屏幕上同时存在2000枚子弹，此时触发了一个全屏消弹，每颗子弹消失时释放一个消弹特效和两个绿点，这样就达到了全屏物体数量6000。至于这个效率，除了和本身显示效率有关外，还和运动控制逻辑、中弹判定之类的代码有相当程度的关系，何况游戏里还要显示界面、背景等，都会对同屏显示物体数产生影响。至于纯显示效率到底怎样，为了避开干扰因素测试真实显示效率，我这里做了一个简易的弹量测试程序。经实际测试发现，使用SlimDX纯显示物体的话，同屏物体数可以上万。至于上万是什么概念，请看镇楼图。

实际数量和电脑差异有关，有兴趣的朋友可以下载该测试程序自己试一下，欢迎回帖反馈。程序地址：pan.baidu.com/s/1bFhACA

 　　另外其实也还有一种不使用DirectX的方法，直接通过GDI进行画面显示，通过Window API播放声音，通过窗体事件采集键盘信息。这样也可以制作出简单的游戏，但是因为GDI显示效率和DirectX不在一个数量级，这种方法仅能完成像《特训99》这样的小游戏。

　　此外也提一下OpenGL，它和DirectX非常类似，也有C++结合OpenGL以及C#结合托管OpenGL类库的做法，但是OpenGL在Windows平台上相对DirectX并没有什么优势，甚至2D功能可能不及DirectX，所以并不推荐大家使用。即使如果要开发Windows以外平台的游戏，也还是推荐使用各种支持跨平台的游戏引擎。

 　　考虑到篇幅问题，本次就先介绍到这里。下次主要针对几个主要的游戏引擎进行介绍，包括弹幕风、luastg、HGE、Unity3D等等，敬请期待。