Структура и содержание курсовой работы по разработке компьютерной игры.

Введение. Актуальность и постановка цели курсового проекта

Разработка компьютерных игр давно перестала быть нишевым занятием и превратилась в одну из ключевых отраслей современной IT-экосистемы. Игровая индустрия выступает мощным драйвером инноваций, стимулируя технологический прогресс в таких смежных областях, как компьютерная графика, искусственный интеллект и разработка аппаратного обеспечения. Создание игр — это сложный, комплексный процесс, который требует от разработчика не только технических навыков, но и умения проектировать, анализировать и управлять проектом. Именно поэтому написание курсовой работы на эту тему является прекрасной возможностью продемонстрировать широкий спектр компетенций.

Актуальность данной работы обусловлена как высоким коммерческим потенциалом индустрии, так и ее способностью формировать новые технологические тренды. Игровые проекты первыми осваивают передовые мощности процессоров (CPU) и видеокарт (GPU), что, в свою очередь, стимулирует производителей «железа» к дальнейшим исследованиям. Высокая вовлеченность пользователей в игровые продукты делает эту сферу идеальной площадкой для отработки новых программных и дизайнерских решений.

Цель настоящей курсовой работы — разработка игровой программы в жанре платформера с элементами головоломки под названием «Project Archaeo».

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие ключевые задачи:

• Провести анализ предметной области и существующих технологических решений.
• Спроектировать архитектуру игрового приложения.
• Реализовать базовый игровой процесс (геймплей) и ключевые механики.
• Провести тестирование функциональности и оптимизацию производительности.

Глава 1. Анализ предметной области и существующих технологических решений

В соответствии с академическими требованиями, любая разработка должна начинаться с глубокого анализа существующего контекста. Этот этап позволяет не «изобретать велосипед», а опереться на проверенные решения и определить уникальное место будущего проекта. В рамках данной главы мы изучим популярные игры в выбранном жанре и сравним ключевые технологии, доступные для реализации.

Сравнительный анализ игр-аналогов является отправной точкой. Мы рассмотрели три проекта: «Celeste», «Hollow Knight» и «Braid». Анализ показал, что успехом пользуются игры, предлагающие либо инновационную основную механику («Braid»), либо отточенный до совершенства и сложный игровой процесс («Hollow Knight», «Celeste»). Наш проект «Project Archaeo» займет нишу, комбинируя классический платформинг с физическими головоломками.

Следующий шаг — обзор и выбор технологического стека. Современный геймдев предлагает широкий инструментарий, и выбор конкретных технологий напрямую влияет на скорость разработки, производительность и доступные платформы. Основные варианты представлены ниже:

1. Игровые движки:
   • Unity: Отличается гибкостью, огромным сообществом и низким порогом входа. Идеален для 2D и 3D-проектов, особенно для мобильных платформ и инди-разработки.
   • Unreal Engine: Стандарт индустрии для высокобюджетных AAA-проектов с упором на передовую графику. Более сложен в освоении.
   • Godot Engine: Полностью бесплатный движок с открытым исходным кодом, который набирает популярность благодаря своей простоте и удобной системе узлов.
2. Языки программирования:
   • C#: Основной язык для Unity. Сочетает мощность C++ с удобством и безопасностью управляемого кода.
   • C++: Язык, используемый в Unreal Engine. Предоставляет максимальный контроль над памятью и производительностью, но требует высокой квалификации.
   • Python (GDScript): Godot использует собственный язык GDScript, который очень похож на Python, что делает его чрезвычайно простым для изучения.

Основываясь на этом анализе, мы сможем сделать обоснованный выбор инструментария для нашего проекта в главе, посвященной проектированию.

Глава 2. Формулирование требований к разрабатываемой игровой программе

После анализа предметной области необходимо четко определить, каким именно должен получиться конечный продукт. Формулирование требований — это создание технического задания, которое станет критерием успешности всего проекта. Требования принято делить на функциональные и нефункциональные.

Функциональные требования (что система должна делать):

• Управление персонажем: Игрок должен иметь возможность перемещать персонажа влево и вправо, совершать прыжок.
• Ключевая игровая механика: Реализована возможность взаимодействия с определенными объектами на уровне для решения головоломок.
• Условия победы и поражения: Уровень считается пройденным при достижении финальной точки. Игрок проигрывает при падении в пропасть или столкновении с опасностью.
• Пользовательский интерфейс: Наличие главного меню, меню паузы и отображение необходимой информации на игровом экране.

Нефункциональные требования (какими свойствами система должна обладать):

• Целевая платформа: Настольные ПК под управлением ОС Windows.
• Производительность: Игра должна работать со стабильной частотой не менее 60 кадров в секунду (FPS) на среднестатистической конфигурации ПК (Intel Core i5, 8 ГБ ОЗУ, Nvidia GTX 1050). Это требование особенно важно, так как производительность напрямую зависит от мощности CPU и GPU целевой машины.
• Удобство использования (Usability): Интерфейс и управление должны быть интуитивно понятными для игрока, знакомого с жанром платформеров.

Глава 3. Разработка концепции и дизайна игрового процесса

На этом этапе мы переходим от технических требований к проектированию пользовательского опыта. Эта глава представляет собой краткую версию геймдизайн-документа (ГДД), описывающего, как игра будет ощущаться и играться. В основе лежит проработка ключевых элементов игрового дизайна.

Ядро геймплея (Core Gameplay Loop) — это цикл повторяющихся действий, которые игрок совершает чаще всего. В «Project Archaeo» он выглядит так:

1. Исследовать уровень для поиска пути вперед.
2. Столкнуться с препятствием (пропастью, закрытой дверью).
3. Решить головоломку с помощью ключевой механики.
4. Преодолеть препятствие и получить доступ к новой части уровня.

Основные игровые механики детализируют действия игрока. Кроме стандартного платформинга (бег и прыжки), вводится уникальная механика — «Временной сдвиг». Игрок может «переключать» определенные платформы и объекты между двумя состояниями: «прошлое» и «настоящее», что позволяет открывать новые пути.

Дизайн пользовательского интерфейса (UI) и опыта (UX). UI будет минималистичным, чтобы не отвлекать от процесса. UX сфокусирован на плавном вхождении: первые уровни будут обучать механикам без текста, на интуитивном уровне. Вся навигация (главное меню, выбор уровня) будет простой и понятной.

Концепция дизайна уровней и AI. Уровни строятся вокруг одной или нескольких головоломок, постепенно увеличивая сложность. Врагов в игре не будет, основной вызов — это само окружение и головоломки. Поведение неигровых персонажей (NPC) и искусственный интеллект (AI) для данного проекта не являются ключевыми элементами, что позволяет сфокусироваться на механике и дизайне окружения.

Для наглядного представления логики UI и последовательности экранов в полноценной курсовой работе крайне рекомендуется приложить визуальные материалы, такие как схемы и мокапы интерфейса.

Глава 4. Проектирование архитектуры и выбор средств реализации

Имея на руках концепцию игры и список требований, мы можем приступить к техническому проектированию. Цель этой главы — обосновать выбор конкретного технологического стека и представить логическую структуру программного кода.

Обоснование выбора средств реализации. Исходя из анализа (Глава 1) и требований (Глава 2), для проекта «Project Archaeo» были выбраны:

• Игровой движок: Unity. Этот выбор обусловлен его гибкостью, отличной поддержкой 2D, огромным количеством обучающих материалов и более низким порогом входа по сравнению с Unreal Engine, что идеально подходит для курсового проекта.
• Язык программирования: C#. Являясь нативным языком для Unity, C# предоставляет оптимальный баланс между производительностью и скоростью разработки.

Архитектура приложения. В основе архитектуры лежит компонентный подход, активно используемый в Unity. Вместо монолитных классов мы создаем небольшие, переиспользуемые компоненты (скрипты), которые отвечают за одну конкретную функцию. Для демонстрации структуры в курсовой работе принято использовать диаграммы.

Общая блок-схема системы показала бы взаимодействие между основными модулями: менеджер игры (GameManager), менеджер уровней (LevelManager), система ввода (InputSystem) и контроллер игрока (PlayerController). Диаграмма классов позволила бы детальнее рассмотреть ключевые сущности:

• PlayerController: Отвечает за прием ввода от пользователя и перемещение персонажа.
• TimeShiftObject: Компонент для объектов, которые могут переключаться между «прошлым» и «настоящим».
• LevelManager: Управляет загрузкой уровней, отслеживает условия победы и перезапускает уровень в случае поражения.
• UIManager: Контролирует все элементы пользовательского интерфейса.

Такой подход, визуализированный с помощью блок-схем и диаграмм, делает структуру проекта ясной и понятной, что является признаком качественной инженерной работы.

Глава 5. Описание процесса практической реализации игровых модулей

Эта глава посвящена демонстрации того, как спроектированная архитектура была воплощена в работающем коде и игровых ресурсах. Это самая практическая часть работы, доказывающая, что проект был успешно реализован.

Процесс разработки велся итеративными циклами, что позволяло последовательно добавлять функционал и сразу же его тестировать. В качестве системы контроля версий использовался Git, что обеспечило возможность отслеживать изменения и безопасно работать над проектом.

Реализация ключевой механики «Временной сдвиг». Для этой механики был создан скрипт TimeShiftObject.cs. Каждый объект, способный к сдвигу, имеет два дочерних объекта-состояния (например, «PastState» и «PresentState»). При получении сигнала от игрока скрипт просто активирует один дочерний объект и деактивирует другой.

// Примерный фрагмент кода для TimeShiftObject.cs с комментариями
public class TimeShiftObject : MonoBehaviour
{
    public GameObject pastStateObject;
    public GameObject presentStateObject;
    private bool isPresent = true;

    // Метод, вызываемый для переключения состояния
    public void ShiftTime()
    {
        isPresent = !isPresent;
        pastStateObject.SetActive(!isPresent);
        presentStateObject.SetActive(isPresent);
    }
}

Создание пользовательского интерфейса. UI был собран непосредственно в редакторе Unity с помощью инструментария Canvas. Для наглядности в текст курсовой работы следует включить скриншоты, демонстрирующие иерархию объектов UI (панель главного меню, кнопки, текст) и их внешний вид в игровом окне.

Структура проекта в Unity. Для поддержания порядка все ассеты были организованы в логическую структуру папок:

• /Assets/Scripts — для всех C# скриптов.
• /Assets/Sprites — для 2D-графики.
• /Assets/Scenes — для файлов игровых уровней.
• /Assets/Prefabs — для заготовок игровых объектов (игрок, враги, интерактивные элементы).

Такой подход не только демонстрирует профессионализм, но и значительно упрощает дальнейшую поддержку и развитие проекта.

Глава 6. Методика тестирования и оптимизация производительности

Создание работающего прототипа — это лишь половина дела. Профессиональный подход к разработке требует доказательства того, что приложение работает корректно, стабильно и соответствует заявленным требованиям к качеству. Этот этап включает тестирование и оптимизацию.

Стратегия и методика тестирования. В соответствии с академическими требованиями к документированию, был разработан набор тест-кейсов для проверки основного функционала. Тестирование проводилось вручную после каждой значительной итерации разработки. Результаты были занесены в таблицу.

Таблица 1. Пример тест-кейсов для «Project Archaeo»

ID	Тестируемая функция	Ожидаемый результат	Фактический результат
TC-01	Прыжок персонажа	Персонаж отрывается от земли на заданную высоту	Выполнено
TC-02	Взаимодействие с объектом «Временного сдвига»	Объект меняет свое состояние (из прошлого в настоящее)	Выполнено
TC-03	Перезапуск уровня при падении	Уровень перезагружается, персонаж появляется в начальной точке	Выполнено

Оптимизация производительности. В ходе тестирования было выявлено, что на некоторых участках уровней со множеством анимированных объектов FPS мог падать ниже 60. Оптимизация является критически важным шагом для обеспечения плавной работы на широком спектре оборудования. Были предприняты следующие меры:

• Оптимизация графики: Все текстуры были сжаты с использованием встроенных инструментов Unity (Texture Compression).
• Оптимизация кода: Был проведен рефакторинг «тяжелых» методов, которые вызывались в каждом кадре (в функции `Update()`), чтобы они выполнялись реже или по событию.

В результате этих действий удалось добиться стабильных 60 FPS на целевой конфигурации, что подтверждает выполнение нефункциональных требований.

Заключение. Формулировка выводов и определение перспектив развития проекта

Данная курсовая работа была посвящена процессу разработки игровой программы в жанре платформера. В ходе работы была продемонстрирована систематическая последовательность шагов, от первоначальной идеи до тестирования готового продукта. Все поставленные задачи были выполнены, что позволило достичь главной цели — создать работающий прототип игры «Project Archaeo».

Основные выводы по результатам работы:

1. Был проведен анализ предметной области, который позволил определить нишу проекта и выбрать оптимальный технологический стек (Unity и C#).
2. Были спроектированы геймдизайн и архитектура приложения, что заложило прочный фундамент для дальнейшей разработки.
3. Ключевые механики и модули были успешно реализованы на практике, что подтверждает техническую состоятельность проекта.
4. Проведено тестирование и оптимизация, которые доказали соответствие продукта заявленным требованиям качества и производительности.

В процессе работы основной трудностью стала реализация логики взаимодействия между различными игровыми системами, однако эта проблема была решена путем внедрения централизованного менеджера состояний (GameManager). Это подчеркивает важность тщательного проектирования архитектуры на ранних этапах.

Проект «Project Archaeo» обладает значительным потенциалом для дальнейшего развития. Возможные пути улучшения включают:

• Добавление новых, более сложных уровней и головоломок.
• Введение новых игровых механик.
• Создание более проработанного визуального стиля и звукового сопровождения.
• Перенос (портирование) игры на другие платформы, например, на мобильные устройства.

Список использованной литературы

1. Франка П. С++: учебный курс. – СПб.: Питер, 2001.
2. А. Фролов, Г. Фролов. Аппаратное обеспечение IBM PC. – М.: Диалог-МИФИ, 1992.
3. Г. Шилдс. С для профессиональных программистов. – Москва, 1989.
4. Т. Фейсон. Обьектно-ориентированное программирование на Borland C++ 4.5.-К.: «Диалектика», 1996.