游戏开发世界的Lua语言

现实中的游戏开发常常面临两种互相矛盾的压力，一方面需要测试和验证新想法，另一方面又需要快速开发并且按时交付。把脚本语言集成到游戏项目中可以提升团队的开发效率，并且可以很好地扩展原生编译语言的能力。Lua在游戏开发的许多基础领域中都表现得很出色。

在游戏开发团队中，可能有许多成员都使用Lua来完成他们的工作。程序员负责将Lua整合到游戏开发环境中，通常，他们会需要编写一些Lua代码。游戏设计师是脚本语言的主要使用者，因为他们和上层的游戏设计和数据直接打交道。美术师也会经常使用Lua，进行诸如界面布局、设计和3D场景中各种模型的摆放之类的工作。

Lua是非常强大的工具，可以用来完成下面这些工作：

编辑游戏的用户界面
定义、存储和管理基础游戏数据
管理实时游戏事件
创建和维护开发者友好的游戏存储和载入系统
编写游戏的人工智能系统
创建功能原型，可以之后用高性能语言移植

1 游戏界面

游戏界面是玩家和你的游戏进行交互的媒介。游戏界面是一个游戏最基本的部分，因为它负责所有和玩家的交互工作。因为它的重要性，所以需要能够高品质、高性能地运行，并且能够被测试和持续改善，以最大化地提升用户体验。

Lua可以让界面设计师迅速创建所有主要的界面元素——进行界面布局、管理用户输入并且输出游戏数据。利用游戏程序员开发的一部分核心的界面控件和控制函数，界面设计师不仅能负责界面的美术观感还能控制游戏的交互。这不仅节省了程序员的时间，而且给了美术设计师更大的创作空间，同时还能为界面设计的测试节省出许多时间。代码清单3.2展示了使用Lua创建文本GUI控件的方法。

代码清单3.2 使用Lua创建文本GUI控件



2 管理游戏数据

管理游戏数据对于游戏开发者一直都是一种挑战。游戏数据定义了游戏世界中所有对象的参数和特性，如脉冲枪升级费用、气垫船的行驶速度等。对于数据密集型游戏来说，开发者常常利用电子表格工具来输入和保存数据，然后创建解析工具将其转换成游戏中可以使用的格式。这种方法一般用在数据密集型游戏中，如角色扮演类游戏（NPC或者非游戏玩家角色的信息以表格结构形式存储）或者策略类游戏（角色单位信息保存在数据表中）。

Lua可以让这个存储系统更为简单，它以Lua文件作为存储介质让程序使用相同的数据。通过创建一个简单的数据管理系统，变量和类型可以定义在Lua中，然后可以很容易地读取。因为不用关心整个数据处理过程，所以游戏设计师可以按照需要修改、增加和缩减游戏数据，而不需要程序员的协助。因为Lua语法的特性和在脚本中添加注释的能力，数据文件是易读的。如果需要转换工具，也非常容易开发，把Lua数据输出到Lua文件，然后在运行时载入。

Lua本身并没有可以直接访问外部数据库的能力，但可以用C++开发访问数据库的组件，然后再利用LuaGlue函数整合该组件来达到目的。

在代码清单3.3中，我们可以看到如何使用Lua示例文件来直接保存游戏数据。在这个例子中，通过使用LuaGlue函数，向由核心代码管理的数据结构中写入数据。代码清单3.3的输出可参照图3.1。

代码清单3.3 使用Lua保存美国总统选举模拟游戏(《Frontrunner》)的数据







图3.1 游戏《Frontrunner》的截图，Lua数据的实时显示

3 事件处理

通常，游戏中的绝大部分重要的处理都是由事件驱动的，要么是来自游戏角色，要么是来自游戏中那些交互的代理。这些事件可以是简单的，如用户按下了<W>键，也可以是复杂的，如两个游戏实体同时来到了某个地方。

事件驱动的编程，对于熟悉了Windows开发（事件是Windows GUI操作的基础）的用户来说不是什么陌生的技术。在C++精心开发的事件系统中，使用Lua来接收和处理这些事件，用户可以在游戏内部运行机制、高级Lua函数和用户输入之间创建清晰的反馈流程。一个简单的例子是，获取键盘输入然后向Lua事件处理器发送该事件，同时将该输入值显示出来。这个概念将一直贯穿于本书之中——事件会返回事件类型ID和驱动事件的物体ID，参照代码清单3.4。

代码清单3.4 获取按键事件的例子



4 保存和读取游戏状态

保存和读取玩家的数据是游戏开发项目中最具有挑战的事情之一。因为玩家有时需要暂时离开游戏，所以需要一种保存游戏进度的方法。玩家还需要在某种新的尝试和挑战前保存游戏状态，这样万一尝试失败了还可以恢复游戏进度。同样，在开发和测试过程中，开发者会经常需要读取特定的游戏状态来验证游戏功能或者确认bug是否已修复。

如果使用Lua保存用户的核心游戏数据，就可以用Lua作为保存和读取当前游戏状态的系统。在Lua中，游戏进度文件是简单的可执行的Lua代码的文本文件。程序员或者设计师可以通过进度文件来获取当前游戏的状态（也可以修改），读取游戏进度就和执行Lua脚本一样简单。利用Lua标准的输入/输出函数，编写一个函数来保存游戏数据到可执行的Lua脚本中是最直接的方法。这个系统的优点是可以让设计师在开发过程中，根据游戏数据的增长和删减来编辑并修改这个函数（不需要特别的读取函数）。在开发的最后阶段，还可以利用脚本编译函数来为游戏数据加密。

5 人工智能

人工智能（AI）在如今的游戏中非常关键——玩家需要精明的、有挑战性的对手，感觉就像真人一样。游戏开发者明白真实世界的AI不是说完全模仿人如何玩和反应，而是为玩家创造这种感觉。多年来，开发者一直在争论计算机对手“作弊”（计算机对手可以比玩家访问更多的游戏数据）的优缺点。这种争论最好用在别的时间和地方。不过，几乎所有的开发者都同意，比起AI模拟，AI行为的玩家感知更为重要。

就开发AI判定来说，Lua是一种非常高效的工具。有许多人工智能组件，如路径寻找，最好留给底层语言来实现。路径寻找（计算机控制的物体在虚拟世界中的路径寻找）是一个数据运算量很大的工作，计算机需要反复测试可能的路径来寻找最短或者最直接的路径。（路径寻找最好整合到上层的LuaGlue函数中以便控制相关参数，但还是会在后面的章节中介绍一种Lua的实现。）另一个例子是用最大最小值方法实现的移动判定，一般被用在计算机象棋游戏中，预测之后几步的移动并尝试计算出最优的移动步骤。一般来说，“能思考的函数”都需要大量的数学计算，如导航树或者尝试错误法运算最好都留给底层代码。依赖有限的数据集合和参数的人工智能才更适合Lua的特点。Lua的优点是设计师可以编写简单的模型来试错，并快速验证和迭代想法而不需要麻烦程序员。想要利用Lua高效率实现AI，需要很仔细地设计函数（C函数），让Lua脚本可以访问和交互游戏数据。使用Lua作为事件管理系统同样可以让AI设计师能应对游戏开发中的变更，开发出灵活反应的AI系统。

在代码清单3.5中，用户可以看到使用Lua来评估可能的竞选旅行目的地，评估的依据是这个州的选举人票数量和这个州的支持率。

代码清单3.5 评估虚拟的美国总统候选人应该去哪个州的Lua人工智能函数



6 快速构建原型

商业化的游戏必须为玩家提供高性能的体验，掉帧和处理延迟的现象在如今竞争激烈的市场中是绝不允许的。程序概要分析（Profiling）是行之有效的确定性能瓶颈的方法，但必须在所有功能都开发完成并正确工作的前提下才能进行。原型开发和性能改善一般是不能同时进行的。

Lua是构建可移植的核心游戏功能原型的不错工具。因为Lua可以整合原生语言开发的组件，所以移植单独的Lua函数到C++，对于其他Lua函数来说是不需要变更的。它可以让设计师在构建原型时，如果碰到有高性能需求的函数就可以让程序员用底层语言来实现。因为程序的算法结构已经有了，所以C函数和LuaGlue调用都可以高性能、无缝地集成在项目中。

7 小结

在游戏开发领域，Lua和C++是一个功能十分强大的组合。对于GUI开发、事件管理、数据保存和获取、游戏进度保存和载入以及人工智能这些游戏开发工作，需要能够快速地构建原型、测试和迭代设计，而这些正是Lua所擅长的。在核心底层语言开发的项目中，频繁的变更会导致系统的不稳定，并让开发者不能专注于更重要的开发任务。使用Lua环境分担这些工作，可以让设计师和程序员快速而安全地使用脚本来设计、测试和实现游戏功能。

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本文节选自《Lua游戏开发实践指南》，原书名：Game Development with Lua，作者：Paul Schuytema & Mark Manyen，译者：田剑。

本书是资深lua游戏开发工程师10余年工作经验和智慧的结晶，lua语言创始人亲自作序推荐，是lua游戏开发领域最具实战意义和代表性的著作之一。它不仅详细讲解了在游戏开发中使用lua的各种技术细节、方法技巧和最佳实践，而且讲解了如何使用lua作为主要工具将游戏设计转化为代码实现的过程。此外，它还重点阐述了lua语言的核心要素。最重要的是，本书包含大量精心设计的案例，并附赠了完整的源代码，可操作性极强。

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