Инновационная программа обучения по специальности “технологии компьютерных игр

В.Л. Усков

профессор, к.т.н., Dr.sc.ing., кафедра компьютерных наук и информационных систем, Бредли университет,

Бредли авеню, 1501, г. Пеория, штат Иллинойс, США,  (309) 6772460

uskov@bradley.edu

 

А.В. Усков

к.т.н., Dr.sc.ing., приглашенный профессор кафедры компьютерных наук и информационных систем, Бредли университет,

Бредли авеню, 1501, г. Пеория, штат Иллинойс, США,  (309) 6772460

uskov@bradley.edu

Аннотация

Рассмотрены цели и задачи разработанной программы по технологиям компьютерных

игр, которая предназначена для разных уровней обучения. Описаны восемь включенных в программу курсов и результаты опытного применения одного из них в учебном процессе. Приведены дальнейшие планы внедрения разработанных курсов в учебный процесс.

The paper shows the goals and objectives of developed curriculum on computer and video game technology (CGT) that is used for different program levels. Eight courses of CGT are described and the experimental results of one course are outlined. The further work on including developed courses into a learning process is defined.

Ключевые слова

технология компьютерных игр, программа, курс

computer game technology (CGT), program, course

Введение

Нужды индустрии компьютерных/видео игр

 

Воспринимаемая в 1970-1980-х годах как нечто необычное, индустрия компьютерных и видео игр выросла из нишевых рынков в господствующие. Некоторые примеры, подтверждающие это:

1)    новая перепись показывает, что количество специалистов, работающих в этой индустрии в США, повысилось на 12% по сравнению с прошлым годом. По данным Game Developer Research unit of Think Services Game Group [3], которая организует конференцию разработчиков игр (Game Developers Conference) в игровой индустрии США работает 44 400 специалистов, в 2007 году – 39 700. В Канаде также наблюдается прирост работающих на 17% (с 8 100 до 9 500);

2)    в отчете Entertainment Software Association [1] приводятся данные, что индустрии компьютерных и видео игр США в 2007 году совместно заработали $ 9.5 миллионов;

3)    пресс-релиз фирмы NPD, исследующей рынок, показывает, что в 2008 году совместные продажи программного обеспечения видео игр по всему миру на трех самых больших игровых рынках возросли на 11% [2].

Представленный анализ текущего состояния индустрии компьютерных игр ясно показывает, что в ближайшие годы возникнет необходимость в значительном количестве дизайнеров, разработчиков и программистов  компьютерных игр. Например, в соответствии с “Video and Computer Game Occupational Profiles Report” (The  Centers of Excellence for Los Angeles, Greater Silicon Valley and Bay Region) в последующие 12 месяцев ожидается увеличение спроса на должности дизайнера, программиста, художника, производителя и тестировщика игр на 50%-70%. Более того, по словам Бена Сойера (Ben Sawyer) [5] – к 2012 году в основанных интерактивных игровых сообществах будет работать порядка 600 000 разработчиков.

С другой стороны, анализ текущего статуса индустрии компьютерных игр показывает, что в ближайшие годы возникнет необходимость в значительном числе разработчиков и программистов компьютерных игр. Так, по словам  доктора Хана Рейхгельта (Dr. Han Reichgelt), декана школы вычислительной техники и технологии разработки программного обеспечения Южного политехнического государственного университета (Мариэтта, Джорджия) игровая индустрия может получить людей с навыками дизайна в области компьютерных игр, но они не могут найти программистов (12 мая, 2009 г.) [4].

По данным журнала Game Developer (апрель 2009) [6], ведущего издания индустрии видео игр, средняя зарплата в американской игровой индустрии  в 2008 году составляла 79 тысяч долларов, что на 7% больше, чем в 2007, когда было около 74 тысяч. Программисты игр – самые высокооплачиваемые специалисты наряду с лидирующими бизнесменами в индустрии компьютерных/видео игр, со средней годовой зарплатой 85 024 доллара. Опыт также имеет значение, т.к. специалисты с более, чем 6-летним опытом работы заработали на 26% больше средней годовой зарплаты. В результате, несмотря на экономический кризис, доходы работающих профессионалов игровой индустрии в 2008 году продолжали расти, отчасти благодаря повышенным ценам за более опытных профессионалов.

 

Последние программы в технологии и разработке компьютерных игр

 

Для удовлетворения нужд индустрии в области технологий и дизайна компьютерных игр и ранее упомянутого спроса на разработчиков и дизайнеров компьютерных игр многие университеты и колледжи США недавно объявили о новых основных и аспирантских программах, непрофилирующих и профилирующих программах в области технологий компьютерных игр, игрового дизайна, разработки компьютерных игр и связанных с ними областях; например:

-     магистерская программа: Университет Пенсильвании (Выпускная программа по компьютерной графике и игровой технологии);

-     бакалаврская программа (основные программы): Университет Калифорнии – Санта-Крус (Дизайн компьютерных игр), Южный политехнический государственный университет (Дизайн и разработка компьютерных игр), Университет DePaul (Разработка компьютерных игр), Университет Денвера (Разработка анимаций и игр), Дакотский государственный университет (Дизайн компьютерных игр), Университет Давенпорта (Имитации и компьютерные игры);

-     непрофилирующие программы: Калифорнийский государственный университет (Дизайн и разработка компьютерных игр), Университет Кеттеринг (Компьютерные игры).

Инновационные академические программы в области компьютерных игр

В связи с ранее упомянутыми современными направлениями и нуждами индустрии компьютерных и видео игр, а также разработкой соответствующих учебных программ на факультетах компьютерных наук и родственных институтах уважаемых университетов США, факультет департамента компьютерных наук и информационных систем (КНИС), колледж либеральных искусств и наук (КЛИН), университет Брэдли (кафедра КНИС [7] и программа интерактивных мультимедиа – ИМ), колледж Слэйн связи и изобразительных искусств в результате совместной работы в течение 10 месяцев (февраль-ноябрь 2009 года) разработали различные начальные и взаимосвязанные академические программы в сфере компьютерных игр.

Кафедра КНИС университета Брэдли разработала различные академические программы в области технологии компьютерных игр (ТКИ), а именно:

1)    непрофилирующую программу по технологии компьютерных игр (CGT Minor) для студентов других факультетов объемом 23 часа в семестре;

2)    профилирующую программу по технологии компьютерных игр (CGT Undergraduate Concentration)для студентов факультета  КНИС объемом 12 часов в семестре;

3)    профилирующую программу (CGT Graduate Concentration) для аспирантов факультета КНИС объемом 9 часов в семестре.

Программа ИМ разработала a) непрофилирующую программу по дизайну игр (ДИ) для студентов, обучающихся по другим программам, и b) профилирующую программу по дизайну игр для студентов, обучающихся по программе ИМ.

 

Цели и задачи программы по ТКИ

 

Основные цели разработанных программ по технологиям компьютерных игр:

a)  использовать возможности быстро развивающейся сферы для привлечения студентов в ВУЗ;

b) внести ценный своевременный вклад в программу обучения КНИС, в общие задачи факультета департамента КНИС, КЛИН и университета Брэдли.

Задачи учебной программы заключаются в следующем (но этим не ограничены):

1)    внедрение уникальных и инновационных программ по ТКИ на кафедре КНИС и программ ДИ в программе ИМ – единственные в своем роде двойные непрофилирующие программы в стране, которые содержат множество пересекающихся курсов, предлагаемых для обоих академических уровней;

2)    обеспечение настоящих и потенциальных студентов университета Брэдли обширными знаниями и уникальными возможностями в области компьютерных игр;

3)    сфокусировать учебную программу КНИС на появившихся технологиях в целом и на ТКИ в частности;

4)    расширить существующую учебную программу КНИС очень интересными и популярными курсами в новой сфере – технология компьютерных игр;

5)    сделать учебную программу КНИС соответствующей последним рекомендациям  профессиональных ассоциаций в области компьютерных игр;

6)    предложить список академических программ в области ТКИ и, таким образом, сделать учебную программу КНИС привлекательной для студентов университета Брэдли;

7)    создать новую инновационную аппаратуру и программное обеспечение в обучающей среде КНИС (компьютерные лаборатории).

 

Уникальность и инновационность программы по ТКИ

 

Инновационность и уникальность разработанных программ по ТКИ основана на следующих характеристиках.

Пересекающиеся курсы для студентов и аспирантов. Курсы для студентов и аспирантов по одной и той же теме ТКИ пересекающиеся, поэтому проводятся в одно и то же время и в одном месте. Т.к. уровень образования студентов и аспирантов различен, то к аспирантам есть дополнительные академические требования, которые могут включать, но не ограничиваться следующим: a) дополнительные задания для лабораторных и домашних работ; b) дополнительные задания для проектов «дизайн-и-разработка»; c) дополнительные задания для исследовательских проектов; d) дополнительное обязательное чтение и/или написание исследовательских статей; e) чтение дополнительных глав учебника и т.д. Реальная нагрузка при обучении определяется преподавателем или консультантом. В результате студентам предоставляется уникальная возможность выбрать уровень курса (введение/средний или средний/высокий) самим, и общаться, сотрудничать и обсуждать находки/решения/результаты со студентами различных уровней знаний в выбранной области.

Объедененная база разработанных курсов. Программы по ТКИ основаны на базе разработанных курсов (таблица 1). Хорошо продуманные и хорошо сформированные курсы, которые направлены на предоставление студентам основательной базы, обширных знаний и достаточных навыков программирования в области компьютерных игр в общем и в сфере технологии компьютерных игр в частности. В результате студентам предоставляется уникальная возможность выбрать несколько соответствующих их интересам курсов из разработанного фонда курсов и, таким образом, удовлетворить их собственные нужды и интересы в области компьютерных игр. Более того, у студентов есть возможность переходить с одной программы в другую.

Образовательная парадигма «обучение действием». Неотъемлемые компоненты курсов в программах по ТКИ: a) домашние задания, b) лабораторные работы, c) задания для проектов «дизайн-и-разработка» и исследований, основаны на образовательной парадигме «обучение действием» (learning-by-doing). Это обеспечивает студентов прочными теоретическими знаниями и выдающимся полезным опытом и навыками.

Командный подход и подход дипломного проекта. Студенты должны работать в междисциплинарных командах (включая дизайнеров игр и разработчиков компьютерных игр) и закончить реальный дипломный проект (от потенциальных заказчиков) по концептам создания дизайна и разработке компьютерных игр, интегрированным игровым движкам, программному обеспечению, созданию сюжета, визуальным и звуковым эффектам.

 

Программы по ТКИ: обучающий материал и разработанные курсы

 

Материал всех разработанных курсов программы по ТКИ (таблица 1) основан на рекомендациях ведущих профессиональных организаций и сообществ в области технологии и дизайна компьютерных игр: International Game Developers Association (IGDA), Digital Games Research Association (DGRA), the Association for Computing Machinery (ACM) и the Institute for Electrical and Electronic Engineers (IEEE). Как предусмотрено упомянутыми профессиональными сообществами, разработанные курсы покрывают основные темы сферы дизайна и технологии компьютерных игр, включая основы компьютерной графики, графические примитивы, графический интерфейс пользователя, трансформации, виртуальную реальность, виртуальные миры, 3D изображения, основы теории и дизайна компьютерных игр, концепции и технологии программирования компьютерных игр, среды и структуры компьютерных игр, концептуализация, балансирование мультимедиа, дизайн и модификация игрового движка, скелетная анимация, управление сценами, средства и программы, механизмы определения коллизий, разработка прототипов, командная работа и дипломный проект

 

Таблица 1

Список курсов по ТКИ

 

Идентифи-катор курса

Название курса

Описание курса

CIS 451/551

Проектирование компьютерных игр

Игровой процесс, создание сюжета, проблемы, интерфейс и информационный дизайн, и взаимодействия мира. Создание сцен, включая правила игры, сбалансированность, социальное взаимодействие и интеграцию интерактивных мультимедиа. Тестирование игр и документация дизайна.

CIS 452/552

Модификация компьютерных игр

Аспекты разработки программного обеспечения и программирования компьютерных игр, модификация игровых сред и моделирование виртуальной реальности, включая циклы событий, потоки выполнения, выявление коллизий, многопоточность, анализ выполнения, многопользовательские игры и организацию сети.

CIS 453/553

Создание концептов и сюжетов

Процесс разработки интерактивности и сюжета. Студенты будут работать индивидуально и в маленьких группах, изучая как писать, предварительно отображать, представлять и создавать их интерактивные испытания, сюжеты и игры.

CIS 455/555

Компьютерная графика

Введение в теорию и реализацию компьютерной графики с приложениями 2D и 3D графики в компьютерных играх, включая 2D и 3D графические примитивы и объекты, OpenGL, графические преобразования, синтез изображений, визуализацию и освещение, визуальные среды.

CIS 456/556

Программирова-ние движков компьютерных игр

Передовые техники и технологии для программирования движков компьютерных игр, многопользовательские игры, визуальные среды и моделирование виртуальной реальности.

CIS 457/557

Цифровая анимация

Лабораторный курс для исследования компьютерного моделирования и анимации. Обзор теории, истории и практики, включающий создание качественных печатаемых моделей, а также моделирование и анимацию для повременного видео/аудио сопровождения.

CIS 458/558

Проектирование звука

Теоретическое и практическое проектирование звука. Композиция музыки, запись звука, студийное прослушивание, эстетический анализ музыки, электронная генерация звука. Цифровые технологии игр, обработка 3D звука и порожденной аудио структуры. Смешивание в нелинейных средах и окончательная сборка.

CIS 459/559

Проект разработки компьютерной игры

Разработка игр, включая проектирование игр высокого уровня, разработку программного обеспечения и основы производства игр. Интеграция аудио, визуального изображения, создание сюжетов, программирования и проектирования. Проект выполняется междисциплинарными командами.

Опытное применение курсов по ТКИ: результаты и дальнейшие планы

Все разработанные академические программы по ТКИ планируется использовать с 2010 года. Однако, с целью проверки предлагаемых подходов и стратегий обучения кафедра КНИС использовала в учебном процессе отдельные курсы, как предметы по выбору в рамках программы “Компьютерные науки и информационные системы”. Далее описываются результаты опытного применения одного из них.

 

Опытное применение курса «Модификация компьютерных игр» в учебном процессе в 2009 году

 

Опытное применение курса планировалось начать с сентября 2009 года, предусмотрев 15 рабочих мест. Однако, в связи с популярностью предложенного курса класс был заполнен в течение пяти минут после открытия регистрации желающих изучать курс в начале апреля 2009 года, т.е. почти на пять месяцев ранее начала преподавания курса. Это наилучший показатель того, что курс необходим студентам и отвечает их требованиям.

Занятия проходили каждую неделю в течение трех академических часов. Все 15 занятий проводились в компьютерной лаборатории с использованием передового оборудования и программного обеспечения в области ТКИ. При обучении применялась образовательная парадигма “изучение действием”. Первые четыре недели рассматривались различные парадигмы, обзоры и подходы к модификации компьютерных игр, существующие компьютерные средства и т.д. Следующие 11 недель были посвящены пошаговой модификации инструмента Quake 3  в среде компьютерной лаборатории с таким важным компонентом, как выполнение упражнений “hands-on” и разработкой программного обеспечения. Каждая существенная модификация выполнялась как отдельная лабораторная работа. Целью заключительной работы являлось всеобъемлющее изменение существующего компьютерного средства и презентация разработанной компьютерной игры.

Для оценки текущих успехов студентов, определения их ожиданий, идей и мыслей по дальнейшему улучшению заданий и программы курса было использовано формирующее и итоговое оценивание. Мнение студентов о курсе оказалось очень высоким – средние оценки находятся в диапазоне от 4.4 до 5.0 по пятибалльной шкале (5.0 – наивысшая оценка) – при оценивании тем курса, его организации, лекций, лабораторных работ, заданий, проектов и т.д.

 

Дальнейшие планы

 

Разработанные академические программы по ТКИ планируется полностью внедрить в учебный процесс, начиная с 2010 года, предлагая студентам перечисленные в таблице 1 курсы.  Выпускники программ по ТКИ получат основательные знания по многим, связанным с технологиями, темам разработки программного обеспечения компьютерных игр и современного программирования, таким как передовые средства для разработки программного обеспечения, различные методы и технологии разработки компьютерных игр, моделирование виртуальной реальности, модификация средств компьютерных игр, циклы событий и потоки выполнения, визуализация и анимация в 3D графике, выявлений коллизий, многопоточность, анализ выполнения, многопользовательские игры, компьютерная графика, 2D и 3D графические примитивы и атрибуты, язык OpenGL, алгоритмы заполнения, изогнутые поверхности, алгоритмы отсечения, процедуры 3D обзора, геометрические преобразования, программное обеспечение компьютерной графики, представления 3D объектов, алгоритмы видимых поверхностей, синтез изображений, прослеживание лучей, освещение, сглаживание, методы анимации, разработка 3D приложений, визуализации и освещения, виртуальная реальность и виртуальные среды.

На основе результатов: а) начального предложения всех разработанных курсов в рамках программы ТКИ; в) детального анализа мнений студентов -  наиболее популярные курсы для удобства студентов также будут предложены в интерактивном режиме и в смешанном режиме.

Литература

1.       2008 Entertainment Software Association Annual Report / Интернет –http://www.theesa.com/facts/pdfs/ESA_EF_2008.pdf  (дата обращения: 12.01.2010)

2.       2008 Video Game Software Sales Across Top Global Markets Experience Double-Digit Growth / Интернет –http://www.npd.com/press/releases/press_090202.html (дата обращения: 12.01.2010)

3.       Census confirms the rise in video game industry jobs / Интернет –http://games.venturebeat.com/2008/10/28/census-confirms-the-rise-in-video-game-industry-jobs/ (дата обращения: 12.01.2010)

4.       4.  Computer game design and development added to SPSU’s expanding list of academic degree programs / Интернет –                 http://advancement.spsu.edu/cgi-bin/MySQLdb?MYSQL_VIEW=/news/view_one.txt&newsid=835 (дата обращения: 21.01.2010)

5.       DigitalMill / Интернет – http://www.dmill.com/ (дата обращения: 21.01.2010)

6.       Game Developer Magazine, April 2009 issue / Интернет http://www.gdmag.com/archive/apr09.htm (дата обращения: 21.01.2010)

7.       The Department of Computer Science and Information Systems, College of Liberal Arts, Bradley University / Интернет – http://cs.bradley.edu (дата обращения: 21.01.2010)