MỤC I. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Luận văn tốt nghiệp Tìm hiểu lập trình game 3D cho di động là báo cáo được thực hiện bởi sinh viên Trần Đức Huy, lớp 09CNTT1 dưới sự hướng dẫn của ThS. Trần Uyên Trang tại Khoa Tin học, Trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng. Đề tài này giải quyết nhu cầu tìm hiểu và ứng dụng công nghệ đồ họa 3D vào việc phát triển game trên nền tảng di động, một lĩnh vực đang có tốc độ phát triển mạnh mẽ.
1.1. Bối cảnh và Tính cấp thiết
Sự bùng nổ của thị trường điện thoại thông minh (Smartphones) kéo theo nhu cầu cao về các ứng dụng giải trí, đặc biệt là game 3D. Tuy nhiên, lập trình game 3D trên di động đối diện với nhiều thách thức về hiệu suất, giới hạn tài nguyên của thiết bị và sự đa dạng của các hệ điều hành. Do đó, việc tìm hiểu một công nghệ đồ họa hiệu quả và có khả năng đa nền tảng là điều cốt yếu.
1.2. Mục tiêu Nghiên cứu
Đề tài đặt ra 3 mục tiêu chính:
- Tìm hiểu chuyên sâu về OpenGL ES 2.0 – một giao diện lập trình ứng dụng đồ họa tiêu chuẩn cho các thiết bị nhúng và di động.
- Thiết kế mô hình hệ thống game đa nền tảng – nhằm xây dựng một cấu trúc game linh hoạt, có thể triển khai trên nhiều hệ điều hành di động khác nhau.
- Thiết kế game Hoàng Sa Trường Sa – ứng dụng các kiến thức đã tìm hiểu để xây dựng một sản phẩm game 3D cụ thể trên di động.
MỤC II. CẤU TRÚC LUẬN VĂN VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN
Cấu trúc luận văn được trình bày qua 6 phần chính, dẫn dắt từ tổng quan đến chi tiết kỹ thuật và triển khai ứng dụng:
- Giới thiệu đề tài.
- Giới thiệu các công cụ cần thiết.
- Tìm hiểu lập trình OpenGL ES 2.0.
- Tìm hiểu cấu trúc của 1 game.
- Giới thiệu nội dung game (Hoàng Sa Trường Sa).
- Thiết kế hệ thống game và chuyển đổi sang di động.
Phương pháp nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát các công cụ lập trình đồ họa và thiết kế mô hình hướng đối tượng (Object-Oriented Design) để tối ưu hóa hiệu suất trên thiết bị di động.
MỤC III. CÔNG CỤ VÀ NỀN TẢNG KỸ THUẬT (OpenGL ES 2.0)
Phần cốt lõi của luận văn là nghiên cứu về OpenGL ES 2.0, một thư viện đồ họa được thiết kế cho các hệ thống nhúng và di động.
3.1. Các Công cụ Lập trình
Các công cụ và ngôn ngữ được sử dụng bao gồm:
- Ngôn ngữ: C++.
- Thư viện đồ họa: OpenGL, OpenGL ES.
- Trình biên dịch: GCC.
- Môi trường: Cygwin.
3.2. Vai trò của OpenGL ES 2.0
OpenGL ES 2.0 là một thư viện đồ họa mobile. Khác với các phiên bản trước, 2.0 sử dụng mô hình shader (chương trình xử lý đồ họa) hoàn toàn có thể lập trình được.
- Client và Server: Mô hình này tách biệt giữa OpenGL ES client (ứng dụng, chạy trên CPU) và OpenGL ES server (khung đồ họa, chạy trên GPU). Việc này giúp tận dụng tối đa sức mạnh xử lý song song của GPU để tăng tốc độ dựng hình 3D.
- Lập trình Shader: Người lập trình có thể viết các chương trình shader tùy chỉnh (Vertex Shader và Fragment Shader) để kiểm soát chính xác quá trình biến đổi hình học (Vertex Transformation) và tô màu điểm ảnh (Pixel Shading), điều này cực kỳ quan trọng để đạt được chất lượng đồ họa 3D cao và tối ưu trên di động.
MỤC IV. THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG GAME
Việc thiết kế hệ thống game được thực hiện theo kiến trúc hướng đối tượng, đảm bảo tính dễ mở rộng và bảo trì.
4.1. Cấu trúc Quản lý Trạng thái (Game State Manager)
Luận văn đã trình bày mô hình quản lý trạng thái game thông qua Game State Manager. Hệ thống này cho phép game chuyển đổi linh hoạt giữa các trạng thái khác nhau, như:
- Game State 1: Menu chính (Main Menu).
- Game State 2: Trạng thái chơi game (In-Game).
- Game State 3: Trạng thái tạm dừng/kết thúc (Pause/Game Over).
Việc sử dụng Game State Manager giúp cô lập logic của từng màn hình/trạng thái, từ đó tối ưu hóa việc tải tài nguyên và quản lý vòng đời của ứng dụng trên di động.
4.2. Thiết kế Lớp Đối tượng (Game Object Hierarchy)
Các thành phần đồ họa và logic trong game đều được xây dựng dựa trên mô hình Game Object.
- Game Object: Lớp đối tượng cơ sở, chứa các thuộc tính chung như vị trí, xoay, tỷ lệ (position, rotation, scale).
- Model và Texture: Mỗi Game Object có thể chứa các thành phần Model (mô hình 3D hình học) và Texture (kết cấu bề mặt) để dựng hình.
MỤC V. TRIỂN KHAI VÀ ỨNG DỤNG (GAME HOÀNG SA TRƯỜNG SA)
Luận văn đã ứng dụng các kiến thức đã tìm hiểu để xây dựng một game 3D cụ thể.
5.1. Nội dung Game
Game được thiết kế mang tên Hoàng Sa Trường Sa. Đây là một game chiến thuật hoặc phòng thủ với các đối tượng được chia làm 2 phe:
- Phe ta: Bao gồm Lâu đài (Castle), Đại bác (Cannon), và Thanh máu (Health bar). Lâu đài là mục tiêu phòng thủ chính. Đại bác là đơn vị tấn công để bảo vệ.
- Phe địch: Bao gồm các loại tàu địch với hành vi di chuyển khác nhau, như Tàu địch chạy ngang và Tàu địch chạy thẳng.
5.2. Chuyển đổi sang Di động (Android)
Phần triển khai đã tập trung vào việc Build cho điện thoại Android. Điều này đòi hỏi phải xử lý các vấn đề cụ thể của Android như quản lý vòng đời ứng dụng (Activity Lifecycle), tối ưu hóa việc sử dụng bộ nhớ (Memory Management) và đảm bảo khả năng tương thích với các phiên bản Android khác nhau (ví dụ: Android 2… được đề cập). Việc sử dụng OpenGL ES 2.0 cho phép chuyển đổi tương đối dễ dàng, do đây là tiêu chuẩn đồ họa được hỗ trợ rộng rãi trên nền tảng này.
MỤC VI. KẾT LUẬN VÀ Ý NGHĨA
Luận văn đã hoàn thành các mục tiêu đề ra: nắm vững nguyên lý lập trình đồ họa 3D di động thông qua OpenGL ES 2.0, thiết kế thành công mô hình hệ thống game đa nền tảng và ứng dụng để xây dựng game Hoàng Sa Trường Sa.
Sản phẩm và quy trình nghiên cứu này không chỉ là minh chứng cho khả năng ứng dụng lý thuyết vào thực tiễn của sinh viên mà còn là nền tảng để phát triển các sản phẩm game 3D chất lượng cao trên di động sau này. Đề tài mở ra hướng phát triển cho việc nghiên cứu sâu hơn về tối ưu hóa shader và kỹ thuật dựng hình nâng cao (advanced rendering techniques) trên các thiết bị di động với cấu hình đa dạng.