Разработка игр на javascript
Разработка игр на JavaScript: реально и безболезненно
Почему JavaScript?
Масса людей думает, что все крутые игры (God Of War, Assassin’s Creed, Skyrim, добавь по вкусу) созданы на C++. Это отчасти так. В проекте принимают участие сотни специалистов из разных отраслей, в том числе и разработчики, юзающие другой язык – обычная распространенная практика.
Некоторые классные игры написаны на “непопулярных” языках программирования, и это нормально. Если ты работаешь с JavaScript, то не нужно после этой статьи бросаться изучать “плюсы”, оставайся с JavaScript.
Существуют Unity, Unreal Engine, CryEngine и прочие классные решения для создания игрушек, и если тебе удобно развлекаться с ними – пожалуйста. Поэтому нет никакой разницы, на чем ты будешь кодить, но в нашем случае речь пойдет о JS-фреймворках.
Основы
Прежде чем мы перейдем к рассмотрению фреймворков для создания игр, следует изучить существующие технологии. Один из вариантов – HTML5. Начиная с 5-й версии спецификации, HTML возымел тег , который позволяет создавать контекст для рисования на веб-странице.
Не нужно забывать о творении команды Khronos Group. WebGL – это веб-версия спецификации OpenGL ES, позволяющая разработчикам общаться с видеокартой через браузер (поверь, лучше не знать, как это работает).
Таким образом, можно создавать 2D и 3D сцены на GPU (что эффективнее, чем на CPU). Супер! Но если взглянуть на код JavaScript, использующий эти технологии, тебе поплохеет.
Поэтому давай разбираться с фреймворками, оберегающими нас от canvas и абстрагирующими от WebGL.
2D Frameworks
PixiJS
Этот инструмент можно назвать 2D-рендером WebGL. Это означает, что данная библиотека включает в себя множество функций, предназначенных для эффективной отрисовки 2D-сцен и объектов. Так проще сосредоточиться на создании программного кода, а хардкорные “низкоуровневые” вещи оставить разработчикам PixiJS.
Это не полноценный фреймворк, но он делает свою работу настолько здорово, что многие игровые JS-фреймворки юзают его в качестве движка для рендеринга.
Если ты планируешь создать что-то большее, чем анимация, то поищи дополнительные библиотеки для других частей игровой разработки (физика, масштабирование, tilemaps и т. д.).
ExcaliburJS
Здесь у нас полноценный игровой фреймворк, написанный на Typescript. Полная система сцен и камер, спрайты и анимации, звуки, физика и т. д. – все, что пожелаешь. Многим очень нравится API, предоставляемый ExcaliburJS, т. к. с ним уютнее.
Это связано с тем, что создатели продукта из мира веб (некоторые являются веб-разработчиками, другие — DevOps), поэтому большинство шаблонов и подходов – это штуки, которые уже популярны в веб-разработке. Если тебе близка веб-разработка, попробуй этот инструмент.
ImpactJS
ImpactJS начал свой путь со звания “Первый фреймворк для веб-игр”. Большинство фреймворков, рассмотренных ранее, были просто экспериментами, а не коммерческим продуктом. Этот опенсорсный претендент распространяется бесплатно и поставляется с хорошим редактором уровней.
Фреймворк не является самым понятным или документированным, но его надежность уже доказана. Например, разрабы из CrossCode взяли за основу форкнутую версию Impact для своего движка за его производительность и способность масштабироваться под конкретную задачу.
CreateJS
CreateJS – это набор модульных библиотек и HTML5-инструментов, работающих асинхронно или параллельно в зависимости от ситуации.
Инструмент предоставляет все, что нужно для создания игры с нуля, с помощью отдельного модуля языка JavaScript. Например, для рендеринга можно взять PixiJS, а для работы со звуковыми материалами SoundJS и т. д.
PhaserJS
И напоследок самый популярный – PhaserJS. Это мощный набор инструментов для создания веб и мобильных игр. Этот фреймворк имеет огромное и активное сообщество – каждую неделю эти ребята выкладывают много новых статей, демо и туториалов, основанных на PhaserJS. Это обеспечивает отличное подспорье для людей, делающих свои первые шаги в геймдеве и нуждающихся в наставлениях. А еще, начиная с 3-й версии, это один из самых производительных игровых фреймворков.
3D Frameworks
ThreeJS
ThreeJs – самая популярная 3D-библиотека. Она предлагает наборы функций для выполнения общих операций, которые должны происходить в 3D-сцене. Все мероприятия происходят на более высоком уровне, чем raw WebGL, и не надо заморачиваться с горой низкоуровневых действий.
BabylonJS
Этот фреймворк похож на предыдущий, но имеются различия:
- API меняется каждые 3 месяца, что помогает при поиске старых решений в интернете;
- активное и полезное сообщество;
- продуктивные и отзывчивые разработчики (у Three.js самый старый баг на GitHub датируется 2013 годом, в Babylon.js отмечен два дня назад);
- The playground – это отличный инструмент для быстрого “опробования” кода, объяснения проблемы и оказания помощи.
Литература
Как в любом уважающем себя мануале, далее идет подборочка книг по теме.
Кстати, у нас есть очень крутая статья по книгам для геймдэва – рекомендуем!
Мы подобрали для тебя литературу по базовым вещам. Когда определишься, какая ветка игровой разработки тебе больше нравится, будет легче подбирать книги JavaScript.
Разработка игр на JavaScript
Web — удобная платформа для быстрого старта разработки игр, особенно если вы знакомы с языком JavaScript. Эта платформа обладает богатыми возможностями по отрисовке содержимого и обработке ввода с различных источников.
C чего же начать разработку игры для web? Определим для себя следующие шаги:
— Разобраться с game loop и отрисовкой;
— Научиться обрабатывать пользовательский ввод;
— Создать прототип основной сцены игры;
— Добавить остальные сцены игры.
Game loop
Игровой цикл — это сердце игры, в котором происходит обработка пользовательского ввода и логики игры, а также отрисовка текущего состояния игры. Схематически game loop можно описать следующим образом:
А в виде кода простейшая реализация игрового цикла на JavaScript может выглядеть так:
Функция update() отвечает за логику игрового процесса и обновление состояния игры в зависимости от пользовательского ввода. Функция render() отрисовывает текущее состояние игры. При этом абсолютно неважно, с помощью каких технологий происходит отрисовка (Canvas, DOM, SVG, console etc).
Следует помнить, что окружение браузера накладывает свои ограничения на работу этого кода:
— Стабильный интервал таймера не гарантируется, а это значит, что игровой процесс может происходить с различной скоростью;
— В неактивных вкладках браузера таймер может быть приостановлен, а при активации вкладки многократно запущен, что может привести к странному поведению игры;
— SetInterval уже устарел для таких задач. Сейчас рекомендуется использовать метод requestAnimationFrame, так как он позволяет добиться улучшения производительности и уменьшения энергопотребления.
Реализация game loop в браузере
Рассмотрим несколько способов реализации игрового цикла c помощью метода requestAnimationFrame. В самой простой реализации мы столкнемся с определенными проблемами, которые постараемся решить в последующих реализациях.
Простой и ненадежный способ. Просто используем requestAnimationFrame и надеемся на стабильные 60 FPS. Код для такого игрового цикла мог бы выглядеть так:
Следует отличать плавность отрисовки игровой сцены (так называемые «тормоза» в играх) и скорость изменений в сцене (скорость событий в игре).
Согласно спецификации метод requestAnimationFrame должен позволять отрисовку с частотой, равной частоте обновления дисплея. Сейчас зачастую это 60 FPS, однако в будущем, возможно, он позволит отрисовывать кадры и на более высокой частоте. Также следует помнить, что некоторые браузеры сейчас поддерживают режим экономии батареи, одной из оптимизаций которого является уменьшение частоты requestAnimationFrame.
Получается, что указанный FPS может не только быть нестабильным, но ещё и в некоторых ситуациях выдавать частоту, в 2 раза отличающуюся от «идеальных» 60 FPS — как в положительную, так и в отрицательную сторону.
На примере ниже можно увидеть, как при наивном подходе скорость игры будет зависеть от частоты кадров — попробуйте подвигать ползунок:
Совсем плохо — скорость игровой логики зависит от мощности и загруженности устройства
Данный подход категорически не рекомендуется использовать — он приведен здесь только для примера.
Использовать RAF и рассчитывать время между кадрами. Сделаем наш код более гибким — будем считать, сколько времени прошло между предыдущим и текущим вызовами requestAnimationFrame:
Теперь при проседании или изменении производительности скорость игры не изменится, а изменится только плавность отрисовки:
Данный подход работает, но решает ли он все проблемы?
Использовать фиксированный интервал для update(). Предыдущий подход действительно сделал наш код более устойчивым к различной частоте вызовов requestAnimationFrame, но с таким подходом нужно будет каждое свойство игровой логики изменять пропорционально прошедшему времени. Это не только не очень удобно, но и не подойдет для многих игр, использующих физику или расчет пересечения объектов, ведь в случае различной частоты вызовов update() нельзя гарантировать полную детерминированность сцены.
Можно ли добиться фиксированного интервала, если подобное не поддерживается браузером? Есть способ, но код придется немного усложнить:
Демо работы аналогично предыдущему примеру:
Постоянный интервал для update()
Таким образом, фиксированный временной шаг дает следующие преимущества:
— Упрощение кода логики игры update();
— Предсказуемость поведения игры, а соответственно, и возможность создания replay игровой сцены;
— Возможность легкого замедления/ускорения игры (slomo);
— Стабильная работа физики.
Зависимость физических движков от FPS
Если вы планируете использовать физические движки, то следует помнить, что чем больше кадров в секунду они просчитывают, тем выше будет точность симуляции. Некоторые движки очень сильно не любят низкий FPS. В примере ниже, используя ползунок, можно сравнить результаты симуляции при низких и, наоборот, чрезмерно высоких FPS:
Ядро игрового движка
Осталась еще одна проблема, которую нужно решить — неактивные вкладки браузера. С текущим кодом, если пользователь на несколько минут сделает вкладку неактивной, а потом вернется, код для update() будет вызван очень много раз за все время отсутствия, и игровая логика может убежать далеко вперёд. Конечно, можно продумать механизмы вроде паузы состояния игры, но все равно стоит избавиться от многократного вызова update().
Подобные случаи можно проконтролировать и разрешить максимальную задержку между вызовами не более, чем 1 секунда. Собрав всё вышесказанное вместе, получаем код, который можно использовать как заготовку для создания игры:
Этот код можно взять как основу для игрового цикла, и останется только реализовать две функции —update() и render().
Различный FPS для update() и render()
Game loop с фиксированным временным шагом позволяет контролировать желаемое количество FPS для игровой логики. Это очень полезно, так как позволяет снизить нагрузку на устройство в играх, где нет необходимости просчитывать логику 60 раз в секунду. Тем не менее, даже при низком FPS для игровой логики возможно продолжать рендеринг с высоким FPS:
Оба квадрата изменяют свое положение и угол на частоте 10 FPS и рендерятся на частоте 60 FPS
В примере выше для второго квадрата используется линейная интерполяция (LERP). Она позволяет рассчитать промежуточные значения между кадрами, что придает плавность при отрисовке.
Использовать линейную интерполяцию очень просто — достаточно знать значение определенного свойства игрового объекта для двух кадров, предыдущего и текущего, а также рассчитать, в каком промежутке времени между двумя кадрами выполняется рендеринг:
LERP дает возможность получить промежуточные значения для отрисовки при указании процента от 0 до 1
Реализация функции линейной интерполяции:
Добавление поддержки slow motion
Совсем немного изменив код игрового цикла, можно добиться поддержки slow motion без изменения остального кода игры:
Добавим slow motion в предыдущее демо. Используя ползунок, можно регулировать скорость игровой сцены:
Обработка пользовательского ввода
Обработка ввода в играх отличается от классических web-приложений. Основное отличие состоит в том, что мы не сразу реагируем на различные события, вроде keydown или click, а сохраняем состояние клавиш в обычный объект:
Пока определенная кнопка нажата, значение будет true, а как только пользователь отпустит кнопку, значение вернется на false.
Затем, когда будет вызван очередной update(), мы можем отреагировать на пользовательский ввод и изменить игровое состояние:
Примечание: не используйте пиксели как единицу измерения для логики игры. Правильнее создать константу, например, const METER = 100; и от нее рассчитывать все остальные значения, такие как высота персонажа, скорость и т. п. Таким образом, можно отвязаться от рендеринга и сделать рендеринг для retina-устройств без лишней головной боли. В примерах кода этой статьи для простоты значение модели напрямую привязано к рендерингу.
Ниже приведен пример реализации пользовательского ввода, используйте кнопки W, S, A, D и R для движения и вращения квадрата:
Структура игры. Сцены
Сцены в играх — довольно удобный инструмент для организации кода. Они позволяют разделить части игры на различные компоненты, каждый из которых может обладать своими update() и render().
В большинстве игр можно наблюдать следующий набор сцен:
Для организации сцен довольно удобно использовать обычные классы, например, предыдущее демо управления квадратом можно выделить в следующий код:
Обратите внимание на вызов метода setScene — он находится в основном объекте игры и позволяет сменить текущую сцену на другую:
Используя подобный подход, можно создать интро сцену и сцену меню для нашей увлекательной игры про путешествие квадрата:
Используйте W, S, A, D, R и ENTER для управления
Добавляем звук
Познакомиться поближе с Web Audio API поможет статья на html5rocks.
Вместо выводов
Если вы знакомы с JavaScript, то, используя небольшой сниппет для реализации game loop, вы можете в кратчайшие сроки создать простенькую игру. Для игрового цикла рекомендуется использовать именно фиксированный временной шаг, так как это не только удобно, но и функционально.
В случае необходимости разобраться, как работают игровые движки, рекомендуется попробовать написать прототип игровой сцены без использования стороннего кода. Если же вам нужно быстро попробовать реализовать прототип игры, то стоит задуматься о выборе фреймворка для этой задачи, так как в них уже содержится достаточно много инструментов, которые позволят значительно ускорить разработку.
Подробнее о создании игр я рассказывал на встрече «Съесть собаку» — доступна запись доклада.
Бесплатные игровые движки на HTML5 и JavaScript
- Подборки, 4 июля 2016 в 15:53
HTML5 вместе с CSS3 и JavaScript дают разработчику широкие возможности создания игр с использованием 3D, анимации, Canvas, математики, цветов, звука, WebGL. Одно из наиболее очевидных преимуществ HTML5 заключается в его независимости и от платформы, и в общем случае от аппаратной начинки.
При детальном рассмотрении можно выявить предоставляемые движками дополнительные возможности: упрощение некоторых часто встречающихся задач или подгрузка ресурсов, оформленный ввод, физика, звук, bitmap’ы (таких, конечно же, немного). Есть и довольно слабо оформленные движки, а есть и те, которые предоставляют в пользование разработчику редактор 2D уровней и инструменты отладки.
Предполагается, что большинство движков служат для сокращения временных затрат на разработку полноценной игры. Однако многие разработчики предпочитают создавать свой проект полностью с нуля, чтобы лучше представлять его устройство. Существует немного JavaScript-HTML5 движков, которые действительно чего-то стоят, однако и у них может быть один большой недостаток: они более не поддерживаются или близки к прекращению поддержки. Поэтому, выбирая движок, остановите свой выбор на тех продуктах, поддержка которых будет длиться достаточно продолжительное время.
Итак, вот, собственно, сами движки.
Crafty
Легкий модульный игровой движок, включающий множество функций: анимацию, управление событиями, перерисовку регионов, отслеживание пересечений и столкновений, спрайтовую графику и многое другое. Поддерживает все браузеры, в т.ч. IE9. Никаких дополнительных усилий прилагать не требуется.
Quintus
Quintus – игровой HTML5-движок, разработанный, чтобы быть модульным и легковесным, с четким JavaScript-подобным интерфейсом. Для того, чтобы реализовать основные особенности ООП-игрового движка в HTML5-движке, в Quintus в некотором отношении схож с jQuery, а также поддерживает плагины, управление событиями и гибкую модель наследования, чтобы упростить повторное использование реализованных функций.
gameQuery
Простой в использовании плагин jQuery, упрощающий разработку игры за счет использования реализованных игровых компонентов. Благодаря особенностям реализации совместим со множеством браузеров, в т.ч. их мобильными версиями.
Идеально подойдет для реализации 2D спрайтовых аркад в ретро-стиле и головоломок вроде Судоку. Он имеет готовый к использованию самозапускающийся игровой цикл. Поддерживаются мышь и клавиатура. Отлично документирован, и главным недостатком можно считать только отсутствие поддержки звуков.
lycheeJS
Игровая библиотека JavaScript, которая предлагает готовое решение для проектирования и реализации HTML5 Canvas и WebGL или нативных OpenGL игр внутри браузера или стационарных платформ. Оптимизирован для Google Chrome.
Enchant.js
Фреймворк Enchant.js для HTML5+JavaScript игр был разработан в 2011 году, распространяется с открытым исходным кодом (MIT лицензия) и потому бесплатен.
The Render Engine
Кросс-браузерный опенсорсный движок, написанный полностью на JavаScript. Созданный с нуля для того, чтобы быть максимально гибким, он имеет обширный API и использует самые новые фичи современных браузеров. Этот фреймворк предназначен, чтобы делать все за вас: ваша идея – его реализация с помощью самых часто используемых инструментов.
GameJS
Большая библиотека на верхнем уровне HTML Canvas. В добавок к функциям рисования в ней имеется растущий ассортимент полезных для разработки игр модулей. Большинство имеющегося API основан на популярной PyGame.
CSS Game Engine
Для формирования страницы используются JavaScript и CSS. Вместе они работают достаточно уверенно и слаженно. Разработан для новичков, обучающихся азам программирования видеоигр. Вам будет проще, если у вас уже есть какие-то навыки работы с CSS.
ClanFX
clanfx основан на JavaScript и CSS и использует плиточную графику. Работает на данный момент в Firefox, Epiphany и Opera. Среди реализованных фич: анимированные спрайты, эффекты заклинаний, постройки, плитки/текстуры и базовый искусственный интеллект.
gTile
Браузерный движок на чистом JavaScript и DHTML. В gTile плиточная графика была выбрана за ее простоту и доступность. Упор в реализации был сделан на высокий уровень интерактивности и поведении игровых объектов. Меньшее внимание было уделено графике. А потому движок подойдет больше для создания текстовых РПГ, а графических возможностей должно хватить для изображения локаций.
Графический JS движок с открытым исходным кодом (GPLv3). Легкий в использовании синтаксис предназначен для того, чтобы сделать фреймворк быстрым и расширяемым.
2D игровая библиотека, основанная на HTML5. Использует и Canvas, и средства DOM.
Cocos2D
Портированный с iPhone графический 2D HTML5-движок на JavaScript. Позволяет быстро создавать 2D игры и графические приложения, которые могут работать на всех современных устройствах без установки дополнительных плагинов.
CopperLicht
WebGL библиотека и JavaScript 3D движок для создания браузерных игр и 3D приложений. Использует WebGL Canvas, поддерживаемый современными браузерами и способный поддерживать рендеринг 3D моделей, используя аппаратное ускорение без плагинов.
Этот HTML/JavaScript движок – реинкарнация набора инструментов для разработки олдскульных RPG (но с более привлекательной графикой). И все только с помощью HTML и JS. Никаких плагинов. Никакого Flash.
LimeJS
HTML5 движок для разработки игр с поддержкой сенсорного ввода. LimeJS создан с использованием Closure Library, созданной Google, и в нем уже реализованы классы и функции для отслеживания времени, событий, обработки форм и анимации. Также фреймворк поддерживает спрайтовые листы (т.е. все используемые изображения могут быть помещены в один файл).
Phaser
Ещё один фреймворк для создания мобильных и десктопных игр на HTML5 с применением Canvas и WebGL. Бесплатный и с открытым исходным кодом. Есть быстрые гайды для старта на JavaScript и TypeScript.
10 крутых игр на JavaScript до 13кб кода
В этой веселой статье мы познакомимся с удивительным игровым челленджем JS13K. Это ежегодный конкурс по программированию, в котором супер талантливые разработчики JavaScript демонстрируют игры, которые они создали с помощью JavaScript и использовали всего 13 КБ кода или даже еще меньше.
Мы решили показать наши любимые игры с прошлогоднего челленджа. С наслаждением поиграйте в них на перерыве или используйте как источник вдохновения для продуктивной работы!
OnOff
Это впечатляющий платформер с отличным дизайном и веселой музыкой. Уклоняйтесь от шипов, перепрыгивайте через ямы и переходите из одних измерений в другие, чтобы пройти все 25 уровней. В игре классный редактор уровней и вы можете даже создавать свои собственные уровни.
Everyone’s sky
Классическая Asteroid style игра, но с приключенческим и исследовательским поворотом. Вы бороздите просторы космоса и его солнечных систем, связываясь с другими цивилизациями и собирая ресурсы. Вы можете выбрать вариант мирного завершения миссий, вариант создания союзников или просто атаковать все, что встречается на вашем пути.
Underrun
Стрелялка, в которой вы бежите в разрушенную лабораторию, и ваша цель — убить врагов, похожих на пауков, найти терминалы и перезагрузить системы. Игра работает очень плавно, с красивой пиксельной графикой и великолепными звуковыми и световыми эффектами.
Konnekt
Это простая онлайновая стратегия, в которой вирус заразил некоторые узлы вашей системы, и вам нужно очистить их, прежде чем они распространятся. Игра действительно затягивает, и чем больше вы играете, тем сложнее становится и тем больше узлов с вирусом вам приходится очищать.
Super Chrono Portal Maker
Этот платформер, представляющий собой оригинальную игру Super Mario, предлагает 30 уровней, в которых нужно бегать и прыгать. Каждый уровень вводит все больше игровой механики, делая игру супер увлекательной. Существует также конструктор уровней, создавайте свои уровни и делитесь с ними с друзьями.
Offline Paradise
Быстро развивающийся платформер, где вам нужно бегать, прыгать или разбивать различные препятствия. Отличная особенность этой игры — автоматическое создание точки сохранения, которая вернет вас обратно в действие, если вы не справитесь с одним из испытаний. Он работает очень плавно, постоянно держит высокий уровень FPS, сохраняя приятный параликсический фон, анимацию и музыку.
Raven
Raven — игра-головоломка, в которой вам нужно починить камеры безопасности секретного объекта. Есть загадочные существа, за которыми вам нужно следить, иначе они убьют вас в темноте.
Systems Offline
Удивительная игра-головоломка, в которой вы застряли на сломанной космической станции. Ваша миссия состоит в том, чтобы починить системы и сбежать до того, как закончится ваш кислород. В игру можно играть с помощью мыши или сенсорного управления, так же вы можете установить режим для дальтоников и выбирать из трех различных уровней сложности.
Re-wire
Эта игра проверяет ваши навыки логического мышления. Вам необходимо соединить узлы кабелем и подключить его к розетке, не касаясь лезвий. Довольно увлекательная и не так уж простая игра. Предусмотрено автоматическое сохранение, благодаря которому вы можете воспроизводить уровень несколько раз, не теряя при этом прогресса.
Off The Line
Off-line — одна из тех игр, которые имеют очень простую концепцию, и в то же время заставляют хорошо подумать перед прохождением уровня. Бросьте вызов 20 этапам с 3 уровнями сложности!
1024 Moves
Это удивительная трехмерная головоломка, в которой вам предстоит переместить куб через сетку плиток и достичь финиша. Избегайте дыр, перемещайте различные объекты и попробуйте пройти все уровни менее чем за 1024 хода.
Spacecraft
Spacecraft — интересная игра, в которой вам нужно собрать как можно больше жетонов с планет Солнечной системы. Вы должны оставаться на трассе, уклоняться от препятствий и астероидов и эффективно тратить жетоны, чтобы пройти все уровни.
