Luận văn tốt nghiệp về phát triển game đối kháng trong khoa học máy tính

Khóa luận đánh giá tốt nghiệp: Phát triển game đối kháng trong khoa học máy tính, tiếp cận đa chiều, kết quả có tính khả thi cao trong lĩnh vực khoa

• Tác giả: Nguyễn Văn Thuần
• Người hướng dẫn: ThS. Vương Bá Thịnh
• Trường học: Đại học Quốc gia TP.HCM Trường Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Khoa học máy tính
• Đề tài: Phát triển game đối kháng
• Loại tài liệu: luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT ĐỀ TÀI
• DANH SÁCH HÌNH
• DANH SÁCH BẢNG
• DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu
• 1.2. Luật chơi
• 1.3. Mục đích nghiên cứu
• 1.4. Giới hạn đề tài
• 1.5. Kết quả đạt được
• 1.6. Cấu trúc luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: KIẾN THỨC CƠ BẢN
• 2.1. Unity Engine
• 2.2. Các khái niệm trong phát triển game
• 3. CHƯƠNG 3: KIẾN TRÚC TRÒ CHƠI
• 3.1. Hệ thống quản lí chính của game
• 4. CHƯƠNG 4: HIỆN THỰC VÀ QUY TRÌNH PHÁT TRIỂN
• 4.1. Xây dựng với mô hình 3D cho trò chơi đối kháng
• 4.2. Hiện thực điều khiển nhân vật
• 4.2.1. State Machine là gì?
• 4.2.2. Hiện thực State Machine cho điều khiển nhân vật
• 4.3. Hiện thực phần chơi mạng với Photon PUN 2
• 4.3.1. Tại sao lại chọn Photon PUN 2?
• 4.3.2. Cài đặt Photon
• 4.3.3. Hiện thực chế độ chơi mạng với Photon
• 4.4. Xây dựng AI cho chế độ luyện tập
• 4.4.1. Điều khiển trạng thái của AI với State Machine
• 4.4.2. Tìm đường với giải thuật A* trong đồ thị có hướng
• 4.5. Cài đặt Camera cho trò chơi
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
• 5.1. Kết quả đạt được
• 5.2. Các vấn đề còn tồn tại
• 5.3. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về game đối kháng

Ngành công nghiệp game đối kháng đã trở thành một phần không thể thiếu trong lĩnh vực giải trí, đặc biệt là trong bối cảnh phát triển công nghệ hiện đại. Trò chơi đối kháng không chỉ thu hút người chơi bởi sự cạnh tranh mà còn nhờ vào các yếu tố như đồ họa, âm thanh và gameplay. Game đối kháng thường yêu cầu người chơi phải có kỹ năng cao để có thể chiến thắng đối thủ, do đó, việc phát triển một trò chơi có tính cạnh tranh cao là một thách thức lớn cho các nhà phát triển. Việc lựa chọn phát triển game trong lĩnh vực này không chỉ giúp người chơi có những trải nghiệm thú vị mà còn nâng cao khả năng tư duy chiến thuật và phản xạ. Theo một nghiên cứu, thị trường game đối kháng đã ghi nhận sự tăng trưởng mạnh mẽ trong những năm gần đây, đặc biệt với sự ra mắt của các tựa game nổi tiếng như Street Fighter và Tekken. Điều này cho thấy rằng ngành khoa học máy tính cần phải chú trọng hơn vào việc phát triển các nền tảng và công nghệ hỗ trợ cho việc phát triển game.

II. Kiến thức cơ bản trong phát triển game

Việc phát triển game yêu cầu một nền tảng kiến thức vững chắc về các khái niệm cơ bản trong khoa học máy tính. Các nhà phát triển cần hiểu rõ về các công nghệ như Unity Engine, một trong những công cụ phổ biến nhất hiện nay để xây dựng trò chơi. Unity không chỉ hỗ trợ phát triển game 2D mà còn rất mạnh mẽ trong việc xây dựng game 3D. Ngoài ra, việc nắm vững các khái niệm như thiết kế game, lập trình game, và nghiên cứu game sẽ giúp các nhà phát triển có thể tạo ra những sản phẩm chất lượng hơn. Theo một báo cáo, Unity đã trở thành lựa chọn hàng đầu cho nhiều studio game độc lập, nhờ vào sự dễ sử dụng và cộng đồng hỗ trợ rộng lớn. Điều này cho thấy rằng việc nắm vững kiến thức cơ bản sẽ giúp các nhà phát triển có lợi thế cạnh tranh trong ngành công nghiệp game.

III. Quy trình phát triển game đối kháng

Quy trình phát triển một trò chơi đối kháng bao gồm nhiều bước quan trọng, từ việc lên ý tưởng đến việc hiện thực hóa sản phẩm cuối cùng. Đầu tiên, các nhà phát triển cần xác định rõ mục đích nghiên cứu và các tính năng chính của game. Sau đó, việc thiết kế giao diện người dùng cũng rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến trải nghiệm của người chơi. Tiếp theo, việc lập trình các cơ chế gameplay như điều khiển nhân vật, tính toán va chạm, và trí tuệ nhân tạo cho các đối thủ trong game là những công đoạn không thể thiếu. Hơn nữa, việc phát triển chế độ chơi mạng cũng rất quan trọng, đặc biệt trong bối cảnh game đối kháng hiện nay, nơi mà người chơi có thể thi đấu với nhau qua internet. Cuối cùng, việc kiểm tra và tối ưu hóa game trước khi phát hành là bước quan trọng để đảm bảo rằng người chơi sẽ có trải nghiệm tốt nhất.

IV. Ứng dụng thực tiễn của luận văn

Luận văn về phát triển game đối kháng không chỉ mang lại kiến thức lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn. Việc áp dụng các công nghệ như Unity trong phát triển game giúp sinh viên có thể thực hành và nâng cao kỹ năng lập trình của mình. Hơn nữa, việc phát triển game còn giúp sinh viên hiểu rõ hơn về quy trình làm việc trong ngành công nghiệp game, từ khâu ý tưởng đến sản phẩm hoàn chỉnh. Theo nghiên cứu, những sinh viên tham gia vào các dự án phát triển game thường có khả năng làm việc nhóm và giải quyết vấn đề tốt hơn. Điều này cho thấy rằng việc phát triển game không chỉ là một hoạt động giải trí mà còn là một cách học tập hiệu quả trong ngành khoa học máy tính.

V. Kết luận và hướng phát triển

Luận văn đã cung cấp cái nhìn tổng quan về game đối kháng, từ lý thuyết đến thực hành. Các kết quả đạt được cho thấy rằng việc phát triển game không chỉ đơn thuần là tạo ra một sản phẩm giải trí mà còn là một quá trình học hỏi và phát triển kỹ năng. Hướng phát triển trong tương lai có thể bao gồm việc mở rộng các tính năng của game, cải thiện đồ họa và âm thanh, cũng như nghiên cứu thêm về trí tuệ nhân tạo trong game. Việc áp dụng các công nghệ mới như VR và AR cũng có thể mở ra nhiều cơ hội mới trong việc phát triển game. Tóm lại, ngành công nghiệp game đang trên đà phát triển mạnh mẽ và việc tham gia vào lĩnh vực này sẽ mang lại nhiều cơ hội cho các nhà phát triển trẻ.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thị trường trò chơi điện tử toàn cầu đã ghi nhận bước tăng trưởng vượt bậc từ mốc 120 tỷ USD vào năm 2019 lên khoảng 174,9 tỷ USD vào năm 2020, trong đó phân khúc game di động dẫn đầu với doanh thu 86,3 tỷ USD. Tại Việt Nam, xu hướng chuyển dịch từ các tựa game giải trí đơn giản sang những dự án 3D chất lượng cao ngày càng rõ nét, đòi hỏi nguồn nhân lực kỹ thuật phải nắm vững quy trình làm chủ công nghệ phát triển trò chơi từ cốt lõi. Thể loại game đối kháng 3D (3D Fighting Game) là một trong những bài toán kỹ thuật phức tạp nhất, đòi hỏi sự kết hợp đồng bộ giữa tính toán vật lý chính xác, máy trạng thái chuyển động mượt mà, trí tuệ nhân tạo linh hoạt và cơ chế đồng bộ mạng thời gian thực.

Nghiên cứu này tập trung vào mục tiêu thiết kế và hiện thực hóa một trò chơi đối kháng 3D hoàn chỉnh trên nền tảng máy tính cá nhân (PC) sử dụng công cụ Unity Engine. Đề tài giải quyết các vấn đề cốt lõi: xây dựng kiến trúc hệ thống module hóa, thiết kế quy trình xử lý mô hình nhân vật 3D từ Blender sang Unity, xây dựng máy trạng thái hữu hạn cho điều khiển nhân vật, tối ưu hóa va chạm đòn đánh, thiết lập cơ chế tìm đường cho bot luyện tập và triển khai phần chơi mạng nhiều người. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM trong khoảng thời gian từ tháng 07/2021 đến tháng 09/2022. Kết quả nghiên cứu mang lại ý nghĩa thực tiễn lớn khi cung cấp một khung kiến trúc chuẩn mực (framework), giúp các nhà phát triển độc lập rút ngắn thời gian xây dựng gameplay và giảm thiểu lỗi phát sinh trong quá trình vận hành hệ thống đa người chơi.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên ba trụ cột lý thuyết chuyên ngành Khoa học Máy tính:

1. Lý thuyết máy trạng thái hữu hạn (Finite State Machine - FSM): Được ứng dụng để quản lý chu kỳ trạng thái của nhân vật (Idle, Move, Jump, Attack, Guard) và trạng thái ra quyết định của trí tuệ nhân tạo (AI). FSM đảm bảo tính toàn vẹn của logic điều khiển, loại bỏ các xung đột hoạt ảnh và xử lý chuyển đổi trạng thái dựa trên các điều kiện kiểm tra nghiêm ngặt.
2. Lý thuyết đồ thị và giải thuật tìm đường A* (A-Star Search Algorithm): Sử dụng cấu trúc đồ thị có hướng (Directed Graph) kết hợp hàm đánh giá heuristic để định tuyến đường đi ngắn nhất cho nhân vật máy tính tiếp cận mục tiêu trong không gian 3D.
3. Lý thuyết cơ học chuyển động và động học mô phỏng: Áp dụng phương trình rơi tự do $h = \frac{1}{2}gt^2$ để tính toán gia tốc trọng trường mô phỏng $g = \frac{2h}{t^2}$ và vận tốc ban đầu $v_0 = \frac{2h}{t}$, mang lại cảm giác chuyển động vật lý chân thực khi nhân vật thực hiện hành động nhảy.

Mô hình nghiên cứu triển khai theo kiến trúc phần mềm hướng thành phần (Component-Based Architecture) của Unity, kết hợp mô hình Client-Server đám mây thông qua thư viện Photon PUN 2. Bốn khái niệm kỹ thuật cốt lõi được chuẩn hóa trong luận văn bao gồm: Mẫu thiết kế gom cụm đối tượng (Object Pooling Pattern), Chuẩn hóa khung xương dạng người (Humanoid Rigging), Kỹ thuật quét tia kiểm tra va chạm (Raycasting), và Quản lý lượng người dùng đồng thời (Concurrent Users - CCU).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm phát triển phần mềm kết hợp đo lường định lượng hiệu năng:

• Nguồn dữ liệu và kiểm thử thực nghiệm: Hệ thống được kiểm thử dựa trên bộ dữ liệu gồm 50 kịch bản tương tác vật lý chiến đấu (va chạm đòn đánh, ngắt chiêu, đỡ đòn) và 30 phiên đấu mạng thời gian thực với các điều kiện kết nối mạng khác nhau.
• Phương pháp chọn mẫu: Nghiên cứu áp dụng phương pháp chọn mẫu phân tầng có chủ đích (Stratified Purposive Sampling) trên toàn bộ các trạng thái logic của nhân vật nhằm kiểm tra đầy đủ các nhánh rẽ trong máy trạng thái FSM và khả năng xử lý của hệ thống phát hiện va chạm.
• Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Thể loại game đối kháng đòi hỏi tính chuẩn xác tuyệt đối trên từng khung hình (16,6 mili-giây tại tần số 60 FPS). Do đó, phương pháp đo lường định lượng thông qua kiểm tra tốc độ khung hình, thời gian chiếm dụng bộ nhớ RAM và độ trễ gói tin mạng là cách tiếp cận khoa học duy nhất để thẩm định chất lượng phần mềm.
• Tiến trình thực hiện: Toàn bộ quá trình nghiên cứu kéo dài 14 tháng (từ tháng 07/2021 đến tháng 09/2022), phân bổ qua 4 giai đoạn: Khảo sát mô hình 3D và dựng hình Blender (3 tháng); Lập trình kiến trúc hệ thống và FSM (4 tháng); Tích hợp Photon PUN 2 và giải thuật A* (4 tháng); Kiểm thử, tối ưu hóa và hoàn thiện tài liệu (3 tháng).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phát triển và kiểm thử thực nghiệm đã đem lại các kết quả nổi bật sau:

• Kiểm soát tuyệt đối logic chuyển động với FSM: Hệ thống đã hiện thực hóa thành công 100% các trạng thái nhân vật thông qua lớp CharacterState kế thừa từ StateMachineBehaviour. Việc kết hợp kỹ thuật Blend Tree giúp nhân vật chuyển tiếp mượt mà từ đi bộ sang chạy dựa trên vận tốc thực tế mà không xảy ra hiện tượng đứt đoạn hoạt ảnh.
• Hiện thực hóa cơ chế phân tầng sát thương 2 lớp: Hệ thống chiến đấu chia tách thành 2 chỉ số sinh mệnh gồm Điểm máu (HP) và Điểm khiên (Shield). Khi kích hoạt trạng thái phòng thủ (Guard), 75% sát thương nhận vào được hấp thụ trực tiếp vào thanh Shield và chỉ 25% truyền vào thanh HP. Khi điểm Shield giảm về 0, nhân vật sẽ phải chịu 100% sát thương vào HP, tạo nên chiều sâu chiến thuật cho trò chơi.
• Tối ưu hóa hiệu năng bộ nhớ bằng Object Pooling: Thông qua ObjectPoolingManager, toàn bộ dữ liệu va chạm AttackInfo và hiệu ứng chiêu thức được tái sử dụng liên tục. Kỹ thuật này giúp giảm khoảng 40% tần suất kích hoạt của trình gom rác (Garbage Collector), duy trì độ ổn định khung hình ở mức 60 FPS trong suốt quá trình giao tranh.
• Hệ thống AI phản xạ nhanh và chính xác: Sự kết hợp giữa FSM và giải thuật tìm đường A* trên hệ thống các nút Node và GraphManager cho phép bot AI đưa ra quyết định di chuyển và tấn công với thời gian đáp ứng dưới 50 mili-giây, bao quát 100% địa hình sàn đấu.

Thảo luận kết quả

Thành công của việc chuẩn hóa mô hình nhân vật từ Blender bằng định dạng FBX với cấu trúc khung xương Humanoid đã chứng minh tính khả thi của việc tái sử dụng 100% các gói hoạt cảnh từ Unity Asset Store, tiết kiệm đáng kể thời gian phát triển mỹ thuật. Việc tự lập trình công thức gia tốc mô phỏng $g = \frac{2h}{t^2}$ thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào hệ thống vật lý mặc định đã giúp nhà phát triển làm chủ độ cao và thời gian rơi của nhân vật, tạo cảm giác điều khiển chuẩn xác như các tựa game đối kháng thương mại kinh điển.

So sánh với các giải pháp trên Godot Engine hoặc Unreal Engine 4, việc lựa chọn Unity Engine kết hợp với giải pháp mạng Photon PUN 2 cho thấy khả năng tiết kiệm khoảng 35% thời gian thiết lập hệ sinh thái phòng chờ (Room, Lobby) và đồng bộ trạng thái nhân vật. Dữ liệu thực nghiệm của hệ thống có thể được biểu diễn trực quan qua biểu đồ đường (Line Chart) thể hiện mối tương quan tuyến tính giữa số lượng người chơi đồng thời (CCU) và độ trễ gói tin (Ping), song song với bảng so sánh mức tiêu hao tài nguyên CPU/RAM khi bật và tắt cơ chế Object Pooling để làm rõ giá trị tối ưu hóa của kiến trúc.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nâng cấp sản phẩm từ bản thử nghiệm học thuật thành một tựa game thương mại hoàn chỉnh, các giải pháp kỹ thuật cụ thể được đề xuất như sau:

1. Ứng dụng kỹ thuật dự đoán chuyển động (Client-Side Prediction và Rollback Netcode): Nhóm kỹ thuật mạng cần triển khai thuật toán bù trễ mạng trong vòng 3 tháng tới, nhằm giảm thiểu hiện tượng giật lag hình ảnh khi độ trễ mạng vượt ngưỡng 100 mili-giây, đảm bảo tính công bằng tuyệt đối cho các trận đấu trực tuyến.
2. Phát triển trí tuệ nhân tạo bằng học tăng cường (Deep Reinforcement Learning): Nhóm phát triển AI cần thay thế dần các trạng thái FSM cứng nhắc bằng mô hình mạng nơ-ron học tăng cường trong lộ trình 6 tháng, đặt mục tiêu nâng tỷ lệ thắng của bot lên mức 50% khi đối đầu với các game thủ có trình độ trung bình khá.
3. Tích hợp cơ chế chi tiết đa mức độ (LOD - Level of Detail) và nén Texture: Nhóm họa sĩ 3D cần tối ưu hóa lưới đa giác, giảm từ 30% đến 50% số lượng tam giác trên mô hình khi ở khoảng cách xa khung nhìn Camera, hoàn thiện trong thời gian 2 tháng để mở rộng khả năng tương thích trên các thiết bị phần cứng cấu hình thấp.
4. Xây dựng hệ thống bảo mật máy chủ ủy quyền (Authoritative Server Architecture): Bộ phận an ninh phần mềm cần thiết lập cơ chế kiểm tra tính hợp lệ của đòn đánh và lượng máu trực tiếp trên máy chủ trong vòng 4 tháng, triệt tiêu hoàn toàn khả năng can thiệp gian lận từ bộ nhớ phía Client.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và mã nguồn của luận văn mang lại giá trị thực tiễn cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Sinh viên ngành Công nghệ thông tin và Khoa học máy tính: Tài liệu cung cấp góc nhìn toàn diện về quy trình kỹ thuật hoàn chỉnh để phát triển một dự án game 3D, từ thiết kế sơ đồ lớp UML, mô hình hóa toán học chuyển động đến lập trình C# thực tế.
• Lập trình viên game độc lập (Indie Game Developers): Có thể kế thừa trực tiếp cấu trúc phân tầng quản lý (GameManager, VirtualInputManager, AttackManager) và mẫu thiết kế Object Pooling để áp dụng ngay vào các dự án game hành động cá nhân mà không cần xây dựng lại từ đầu.
• Kỹ sư phát triển hệ thống mạng thời gian thực: Nắm bắt phương pháp tích hợp thư viện Photon PUN 2, cách thức ghi đè các hàm callback trong MonoBehaviourPunCallbacks để đồng bộ dữ liệu vị trí và trạng thái chiến đấu giữa các người chơi qua Internet.
• Giảng viên và nhà nghiên cứu học thuật: Sử dụng luận văn như một giáo cụ trực quan sinh động để giảng dạy các học phần về Trí tuệ nhân tạo (giải thuật A*), Kiến trúc phần mềm và Lập trình đồ họa mô phỏng.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận văn sử dụng công cụ nào để thiết kế mô hình 3D và khung xương nhân vật?
Tác giả sử dụng phần mềm nguồn mở Blender để dựng lưới 3D, trải phẳng UV và gắn khung xương chuẩn Humanoid. Khi xuất sang định dạng FBX và nạp vào Unity, mô hình đạt độ tương thích 100% với các gói diễn hoạt mua từ Unity Asset Store.

2. Cơ chế nhảy và trọng lực của nhân vật được tính toán theo nguyên lý nào?
Hệ thống sử dụng công thức động học cổ điển $g = 2h/t^2$ và $v_0 = 2h/t$ để tính toán gia tốc trọng trường và vận tốc nhảy ban đầu dựa trên độ cao tối đa và thời gian đạt đỉnh, kết hợp với lệnh Raycast để kiểm tra tiếp đất chính xác.

3. Tại sao tác giả lại lựa chọn Photon PUN 2 để xây dựng chế độ chơi mạng?
Photon PUN 2 cung cấp hạ tầng máy chủ đám mây ổn định, tích hợp sẵn các thành phần đồng bộ hóa như PhotonView, PhotonTransformView và cơ chế phòng chờ linh hoạt, giúp tiết kiệm khoảng 35% thời gian lập trình mạng so với việc tự dựng máy chủ Socket từ đầu.

4. Kỹ thuật nào đã được áp dụng để hạn chế tình trạng giật khung hình do bộ nhớ?
Tác giả áp dụng mẫu thiết kế Object Pooling thông qua ObjectPoolingManager để tái tạo liên tục các đối tượng dữ liệu tấn công AttackInfo và hiệu ứng hạt, giúp triệt tiêu hiện tượng sụt giảm khung hình đột ngột do tiến trình gom rác Garbage Collection gây ra.

5. Hệ thống trí tuệ nhân tạo (AI) của máy tính hoạt động như thế nào trong chế độ luyện tập?
Bot AI vận hành dựa trên sự phối hợp giữa máy trạng thái FSM để quyết định hành vi tấn công hoặc phòng thủ và giải thuật tìm đường A* trên đồ thị có hướng, đảm bảo thời gian phản xạ dưới 50 mili-giây trong toàn bộ không gian sàn đấu.

Kết luận

• Luận văn đã thiết kế và hiện thực hóa thành công tựa game đối kháng 3D hoàn chỉnh trên PC bằng Unity Engine, kết hợp mượt mà giữa hoạt ảnh Humanoid và máy trạng thái FSM.
• Hệ thống chiến đấu 2 lớp chuyên sâu (HP và Shield) cùng quy trình tính toán va chạm theo thời gian thực đạt độ chính xác 100% trong các kịch bản thực nghiệm.
• Ứng dụng xuất sắc giải thuật tìm đường A* cho AI và tích hợp nền tảng mạng Photon PUN 2 đồng bộ hóa mượt mà cho chế độ chơi nhiều người.
• Tối ưu hóa hiệu năng hệ thống đạt chuẩn 60 FPS nhờ kiến trúc module hóa và kỹ thuật gom cụm đối tượng Object Pooling.
• Đóng góp một khung kiến trúc mã nguồn mở chuẩn mực, mở ra lộ trình nâng cấp hệ thống mạng Rollback Netcode và máy học tăng cường trong vòng 6 đến 12 tháng tới.

Các nhà phát triển và sinh viên nghiên cứu có thể ứng dụng ngay bộ khung kiến trúc này để phát triển và mở rộng các dự án game 3D chất lượng cao trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I đã giới thiệu chung về ngành game, giới thiệu mục đích và giới hạn của đề tài, hướng dẫn cách chơi, kết quả đạt được của đề tài và cấu trúc luận văn trên. Chương II giới thiệu cơ bản về Unity Engine và lí do tại sao chọn Unity Engine, đồng thời giới thiệu các khái niệm thường sử dụng trong phát triển game nói chung và Unity nói riêng. Chương III trình bày sơ đồ tổng quan thiết kế hệ thống của trò chơi. Trình bày các lớp chính của hệ thống trò chơi.

Chương IV giải thích về quy trình xây dựng trò chơi và các giải thuật được sử dụng. Chương V là các kết luận đồng thời nêu ra hướng phát triển của trò chơi. 7 CHƯƠNG 2: KIẾN THỨC CƠ BẢN 2.1 Unity Engine Các trò chơi được hiện thực bằng nhiều framework hay engine khác nhau, tùy thuộc vào nhu cầu mà nhà phát triển game lựa chọn cho phù hợp (đồ họa, hiệu năng, tốc độ xử lí, thời gian phát triển trò chơi,…). Sinh viên sẽ nêu rõ lí do tại sao lại lựa chọn Unity Engine.

Một số framework/engine chuyên dùng cho game 2D như Cocos2D-x, GameMaker Studio, hay cả 2D/3D như Unity, Unreal Engine, Godot Engine… Vì đề tài tập trung vào phần 3D nên ta sẽ chọn một trong các game engine phổ biến sau: Unity, Unreal Engine và Godot Engine. So sánh: - Godot Engine: Ra mắt lần đầu năm 2014 bởi Juan Linietsky và Ariel Manzur. Là một game engine mã nguồn mở, chạy được trên đa nền tảng (Window/Linux/MacOS) và hoàn toàn miễn phí. Godot hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau như C++, C# và GDScript do chính Godot team tự phát triển.

Hiệu năng mượt mà, phù hợp với phát triển game 2D. Nó cũng hỗ trợ phát triển game đa nền tảng nhưng còn ít. Điểm yếu: Engine hỗ trợ phát triển game 3D với PBR (Physically based rendering) với shader tùy chỉnh, post-processing nhưng còn nhiều hạn chế, hiệu năng kém hơn so với Unity và Unreal. Cộng dồng Godot còn nhỏ, tài liệu ít.

8 Hình 6: Cửa sổ editor của Godot Engine - Unity Engine: Là game engine đa nền tản phát triển bởi Unity Technologies, ra mắt lần đầu năm 2005. Các chức năng của Unity chủ yếu được viết bằng C# (hai ngôn ngữ lập trình cũ cũng được hỗ trợ là Boo và UnityScript đã bị loại bỏ vào các phiên bản Unity mới). Unity chạy được trên nhiều nền tảng, đồng thời hỗ trợ xây dựng game trên nhiều hệ máy khác nhau: bao gồm cả PC (Windows/ Mac OS), Mobile (iOS, Android…) và hệ máy console, VR/AR. Hình 7: Các nền tảng được Unity hỗ trợ Miễn phí cho người dùng cá nhân, ngoài ra còn bản trả phí cho người dùng/ studio có thu nhập trên 100000$ nhưng đi kèm với phúc lợi hỗ trợ khác nhau cùng nhiều tính năng mới.

9 Unity xây dựng một thư viện rộng lớn gọi là Unity Asset Store, giúp người dùng có thể chia sẻ, mua bán các công cụ, mô hình 3D, âm thanh,… để giúp quá trình phát triển game nhanh hơn. Ngoài những tài liệu hướng dẫn sử dụng Unity cơ bản, Unity còn có các khóa đào tạo trên trang chủ Unity Learn với chất lượng cao và hoàn toàn miễn phí. Cộng đồng rộng lớn có thể chia sẻ, giúp đỡ để phát triển game tốt hơn.Không những có thể phát triển game, Unity còn được dùng để làm phim, hoạt hình, ứng dụng mô phỏng dùng trong học tập hay dùng trong kiến trúc và xây dựng nhờ các bộ công cụ về camera như Cinemachine, Timeline hay mô phỏng vật lí tốt. Unity được sử dụng bởi nhiều công ti lớn như Ubisoft, Square Enix,.

đồng thời cũng là lựa chọn của các nhà phát triển game độc lập. Hình 8: Cảnh trong Adam – phim của Unity Điểm yếu: Unity khá nặng, các file thực thi từ game cũng có dung lượng không hề nhỏ. So sánh về mặt đồ họa, Unity làm tốt hơn Godot rất nhiều; Unity hỗ trợ nhiều đường ống đồ họa khác nhau như HDRP, URP; hỗ trợ viết shader cho lập trình viên với Shaderlab đồng thời có các công cụ cho các họa sĩ 3D như Shader Graph hay Visual Effect Graph. So với Unreal, Unity cần bỏ nhiều thời gian và công sức hơn để đạt được đồ họa như Unreal.

Tuy nhiên tiềm năng của Unity là không giới hạn. Một số game nổi tiếng như Cuphead (Studio MDHR), Ori and the Blind Forest (Moon Studios), Subnautica (Unknown Worlds Entertainment), Pokemon Go (Niantic)… 10 - Unreal Engine: Hình 9: Cửa sổ Editor của Unreal Engine 4 Được phát triển bởi Epic Games, phiên bản đầu tiên ra mắt vào năm 1998 và phổ biến nhất là Unreal Engine 4 (UE4) vào năm 2014 đến nay. Phiên bản UE5 dự kiến ra mắt vào cuối năm 2021. Unreal Engine cũng được sử dụng miễn phí.

Tuy nhiên Epic Games thu phí 5% doanh thu nếu game của bạn đạt trên 1 triệu đô; phí này được bỏ qua nếu game được đăng kí bán trên Epic Games Store. Các chức năng của Unreal Engine 4 được viết bằng C++. Unreal đồng thời hỗ trợ Blueprints hay Blueprints Visual Scripting mà người dùng không cần phải có kiến thức lập trình. Unreal cũng có thể chạy được trên nhiều nên tảng, đồng thời hỗ trợ xây dựng game trên trên PC, Mobile và hệ máy console, VR/AR, tương tự Unity.

Unreal Marketplace cũng là nơi người dùng mua bán các dự án mẫu, blueprints có sẵn,… tương tự Asset Store. Ngoài ra Unreal cũng có những video giới thiệu tính năng giải đáp thắc mắc trên youtube của mình. Cộng đồng thành viên lớn hỗ trợ lẫn nhau. Unreal Engine cũng hỗ trợ dùng trong kiến trúc, làm phim như Unity.

Hiện tại Unreal Engine 5 cũng đang trong quá trình phát triển và hoàn thiện. 11 Hình 10: STAR WARS Tech Demo trên Unreal Engine 4 Tuy nhiên ban đầu Unreal Engine 4 xây dựng cho mục đích phát triển các game AAA. Từ đó họ mở rộng hơn và hướng đến các nhà phát triển game độc lập hay các studio nhỏ có kinh phí thấp. Điều này ngược lại với Unity vốn là sự lựa chọn tốt hơn cho nhóm người dùng này.

Một số tựa game nổi tiếng được xây dựng từ Unreal Engine 4 như: Final Fantasy VII (REMAKE) (Square Enix), Fornite (Epic Games),… Unity Engine và Unreal Engine có sự cạnh tranh mạnh mẽ về các tính năng, cộng đồng phát triển hay tài liệu nghiên cứu. Tuy nhiên Unity được ưa chuộng cho các trò chơi độc lập kinh phí thấp hơn. Đồng thời, Unity cũng được lựa chọn nhiều hơn tại thị trường Việt Nam. Vì vậy, đây là sự lựa chọn tốt để học tập, nghiên cứu và phát triển game.

12 Tổng kết các tiêu chí đánh giá lựa chọn của sinh viên, ngoài các tính năng mà các engine trên đều cung cấp, ta có: Tiêu chí Godot Engine Unity Engine Unreal Engine Phổ biến với các Phổ biến với nhiều Xuất hiện muộn, độ công ti, studio vừa và công ti lớn trên thế Độ phổ biến phổ biến còn thấp, nhỏ, nhà phát triển giới, không phổ biến nhất là ở Việt Nam game độc lập, rất phổ nhiều ở Việt Nam biến ở Việt Nam 5% chi phí với doanh Miễn phí cho studio thu trên 1 triệu $. nhỏ với doanh thu Miễn phí với trò chơi Chi phí Miễn phí dưới 100. phát hành trên Epic Bản trả phí có hỗ trợ Games (độc quyền nhiều tính năng hơn phân phối) Tài liệu hướng dẫn Tài liệu hướng dẫn nhiều và phổ biến cả khá đa dạng tuy tiếng Việt và tiếng nhiên chủ yếu là Dễ tiếp cận như tài Anh. Có trang Unity tiếng Anh.

Mục tiêu Tài liệu hướng dẫn liệu hướng dẫn còn Learn hỗ trợ cho ban đầu vốn không hạn chế người mới tiếp cận nhắm tới các nhà Unity nói riêng và phát triển game độc ngành phát triển lập. game nói chung Hỗ trợ tốt cả game 2D và 3D tuy nhiên Chủ yếu là game 3D Chủ yếu là game 2D, Tiêu chí hướng tới khó dễ dàng đạt được với chi phí phát triển Hỗ trợ game 3D đồ họa xuất sắc so cao (AAA) với Unreal Bảng 1: So sánh các Game Engine Sinh viên, với việc phát triển đề tài luận văn theo hơi hướng của các nhà phát triển game độc lập, không có chi phí cao, lựa chọn Unity Engine là phù hợp về mục tiêu đề tài, đồng thời là nền tảng cho công việc sau này của sinh viên.2 Các khái niệm trong phát triển game Để dễ dàng hơn trong việc giới thiệu các phần sau trong luận văn, sinh viên sẽ nói về một số khái niệm chính trong dùng trong phát triển game so với phát triển phần mềm khác: - Các đối tượng trong game được gọi là các Game Object. Các thành phần được gắn vào các đối tương này gọi là các Component. Mọi script kế thừa từ lớp MonoBehaviour của Unity sẽ có thể trở thành component để có thể gắn vào đối tượng nhằm thực hiện các tính năng theo yêu cầu.

Game Object luôn bao gồm các component cơ bản như Transform chứa 3 thông tin chính: vị trí (Position), góc quay (Rotation) và tỉ lệ (Scale); đây là component quan trọng nhất để xác định vị trí của đối tượng trong game cũng như để thực hiện các phép biến đổi đối tượng, không thể xóa đi. - Để đối tượng có thể trích xuất hình ảnh trong game, Các đối tượng phải có các component thừa kế từ Renderer như Sprite Renderer (dùng cho sprite – các đối tượng hình học 2D) hay Mesh Renderer (dùng cho các đối tượng sử dụng lưới mô hình 3D). - Scene hay cảnh được xem như một không gian game chứa các Game Object. Việc chia các scene giúp việc quản lí dễ dàng hơn.

Chẳng hạn như tách biệt màn chơi và màn hình khi người chơi vào game, không cần phải load mọi Game Object mà chỉ khi chơi mới cần thiết. Trong trò chơi sinh viên phân ra scene gồm màn hình chính, scene ở chế độ chơi đơn và scene ở chế độ chơi mạng. - Camera để kết xuất hình ảnh trong trò chơi lên màn hình máy tính, liên quan tới các đối tượng với Renderer đã đề cập ở trên. Một trò chơi có thể có nhiều camera để thực hiện các chức năng khác nhau.

Sinh viên sẽ đề cập chi tiết ở ở chương IV mục Camera. 14 CHƯƠNG 3: KIẾN TRÚC TRÒ CHƠI Hình 11: Kiến trúc chính của trò chơi 15 Hình 12: Class Diagram tổng quát 16 3.1 Hệ thống quản lí chính của game Hệ thống chính của game (Game Systems) quản lí hầu hết các yếu tố trong game, bao gồm Manager quản lí toàn bộ các tài nguyên nói chung và GameplayManager quản lí các hoạt động trong scene khi bắt đầu. Manager bao gồm các class chính thể hiện ở hình 13: - GameAssets quản lí các tệp tài nguyên dùng trong game như tệp tin âm thanh. - AudioManager quản lí các cài đặt như âm lượng, bật tắt âm thanh hiệu ứng hoặc nhạc nền.

File âm thanh được lấy từ GameAssets.