謝景明，趙聚雪，馮敬益

(1.廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院，廣州 511483； 2.廣州信息工程學(xué)校，廣州 510610)

基于私有云的移動(dòng)游戲開發(fā)仿真環(huán)境構(gòu)建

謝景明1，趙聚雪1，馮敬益2

(1.廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院，廣州 511483； 2.廣州信息工程學(xué)校，廣州 510610)

隨著新一代信息技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，高校的實(shí)驗(yàn)室管理面臨著如何快速適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)游戲開發(fā)人才的培養(yǎng)需要一個(gè)良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境來提供實(shí)踐支撐。通過對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室信息化環(huán)境建設(shè)的研究，以及對(duì)新興的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)游戲開發(fā)教學(xué)實(shí)驗(yàn)存在問題的分析，從平臺(tái)、輔助軟件、資源和效果驗(yàn)證4個(gè)角度出發(fā)，提出了綜合運(yùn)用私有云技術(shù)、游戲教學(xué)引擎技術(shù)、教學(xué)資源庫(kù)和移動(dòng)終端共享測(cè)試技術(shù)來實(shí)現(xiàn)適合高校教學(xué)的私有云移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)游戲開發(fā)仿真環(huán)境。試驗(yàn)證明，該環(huán)境架構(gòu)能夠較好地滿足移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)游戲的教學(xué)需要，是一個(gè)具有良好可擴(kuò)展性，能夠提高設(shè)備性能和效率的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)； 私有云； 游戲開發(fā)； 游戲教學(xué)引擎； 云測(cè)試

0 引 言

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展為游戲產(chǎn)業(yè)帶來了新機(jī)遇和挑戰(zhàn)，由此產(chǎn)生了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)游戲這一新的技術(shù)分支。作為近年來興起的熱點(diǎn)技術(shù)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)游戲開發(fā)給高校的軟件技術(shù)人才培養(yǎng)提出了新的要求。建設(shè)具有高性價(jià)比的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)游戲開發(fā)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，既有利于教師更好地開展教學(xué)，亦有利于學(xué)生更方便地去開展實(shí)驗(yàn)探索，從而提高學(xué)習(xí)效率。通過進(jìn)行各種類型游戲的開發(fā)實(shí)踐，學(xué)生將能從中提高動(dòng)手能力，并有助于他們自我學(xué)習(xí)能力的提高。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有一些研究將新一代信息技術(shù)運(yùn)用于高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境建設(shè)中，試圖改革實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)模式，例如：運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)搭建實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)師生共享網(wǎng)絡(luò)資源和開展基于云計(jì)算的協(xié)作學(xué)習(xí)模式實(shí)驗(yàn)[1]；通過云計(jì)算技術(shù)建設(shè)大規(guī)模開放在線課程實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，根據(jù)軟件類、硬件支持網(wǎng)絡(luò)訪問類和硬件不支持網(wǎng)絡(luò)訪問類課程實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)分別給出相應(yīng)的方案加以解決[2]；借助于“互聯(lián)網(wǎng)+”，實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)多平臺(tái)間的通用性、數(shù)據(jù)的共享性和便捷的實(shí)時(shí)互動(dòng)性，開展實(shí)驗(yàn)室預(yù)約、實(shí)驗(yàn)設(shè)備維護(hù)維修，有效地提高了實(shí)驗(yàn)室的使用效率[3]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可用于高等教育，在使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)促進(jìn)學(xué)習(xí)的過程中存在著VR教學(xué)法、資源與VR設(shè)備以及學(xué)習(xí)者體驗(yàn)三大核心要素[4]。通過多用戶虛擬環(huán)境MUVEs (multi-user virtual environments)，多名參與者能夠同時(shí)訪問虛擬教學(xué)資源，并且進(jìn)行協(xié)作交互[5]。

本文從私有云平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、游戲教學(xué)仿真引擎、實(shí)驗(yàn)測(cè)試服務(wù)平臺(tái)四個(gè)角度出發(fā)，提出了一個(gè)基于私有云的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)游戲開發(fā)仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境的構(gòu)架。

1 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)游戲開發(fā)課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)游戲開發(fā)是高校計(jì)算機(jī)專業(yè)熱衷開設(shè)的課程，但受限于師資、實(shí)驗(yàn)環(huán)境等條件，該課程在人才培養(yǎng)方面發(fā)揮的效果也受到了限制，具體體現(xiàn)如下：

(1) 師資方面。高校教師大部分缺乏企業(yè)級(jí)的游戲開發(fā)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，對(duì)行業(yè)的技術(shù)不熟悉。教師主要停留在理論層面的知識(shí)，導(dǎo)致了他們難以為學(xué)生設(shè)計(jì)合適的游戲?qū)嶒?yàn)項(xiàng)目。

(2) 實(shí)驗(yàn)環(huán)境方面。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)游戲的硬件條件較為缺乏，例如：不同類型的移動(dòng)終端設(shè)備和手持控制設(shè)備部署不足。與此同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)軟件方面，師生獲取完整的游戲開發(fā)相關(guān)軟件具有一定的難度。

(3) 技術(shù)方面。游戲技術(shù)涉及到的技術(shù)領(lǐng)域較廣以及行業(yè)的應(yīng)用技術(shù)較為封閉，技術(shù)更新較快，并且學(xué)習(xí)難度較大。

(4) 教學(xué)資源方面。游戲教學(xué)案例、游戲?qū)嶒?yàn)項(xiàng)目等方面的資源較為缺乏。現(xiàn)有的游戲?qū)嶒?yàn)項(xiàng)目缺乏實(shí)踐性和創(chuàng)新性，往往過于偏向理論性，脫離實(shí)際，或者難度過大，使得學(xué)生掌握起來較為困難。因此，設(shè)計(jì)既貼近實(shí)際和難度適中的，又能夠激發(fā)學(xué)生興趣和創(chuàng)新思維的游戲?qū)嶒?yàn)項(xiàng)目，已成為急需要解決的問題[6]。

構(gòu)建一個(gè)功能較為齊全的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)游戲開發(fā)實(shí)驗(yàn)室，將能在一定程度上解決上述問題。但在高校中搭建這樣一個(gè)滿足師生需求的實(shí)驗(yàn)室，將面臨著眾多的挑戰(zhàn)，綜合體現(xiàn)在以下3點(diǎn)：

(1) 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是近年來新興的信息技術(shù)，IT設(shè)備廠商和學(xué)校對(duì)于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)游戲開發(fā)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)尚處于探索階段，缺乏優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源庫(kù)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境搭建的經(jīng)驗(yàn)和成功案例；

(2) 移動(dòng)終端更新?lián)Q代速度快，不利于大規(guī)模采購(gòu)。另外一方面移動(dòng)終端較為小巧，易于攜帶，容易損壞，若直接分散到學(xué)生手中，將帶來潛在的IT資產(chǎn)安全問題，不利于實(shí)驗(yàn)室管理；

(3) 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)游戲開發(fā)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)涵蓋各類軟、硬件，能讓軟硬件協(xié)作運(yùn)轉(zhuǎn)，滿足教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和軟件測(cè)試等需求。實(shí)驗(yàn)架構(gòu)同時(shí)需要具有較高的可靠性和可擴(kuò)展性，因此搭建的復(fù)雜度較高。

山東金洲礦業(yè)集團(tuán)有限公司利用金尾礦生產(chǎn)加氣混凝土砌塊、蒸壓磚和多孔磚等建筑材料，實(shí)現(xiàn)3個(gè)黃金礦山生產(chǎn)尾礦零排放，此外，還消耗大量的庫(kù)存尾礦，每年消耗庫(kù)存尾礦12萬(wàn)t[29]。

對(duì)此，研究通過應(yīng)用私有云的虛擬仿真技術(shù)來提高實(shí)驗(yàn)室的管理水平，以便于降低移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)投入，讓高校師生更好地開展移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)游戲的教學(xué)活動(dòng)。

2 基于私有云的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)游戲開發(fā)仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境構(gòu)建

2.1總體框架

云計(jì)算的核心理念是資源的集中與共享[7]。隨著云計(jì)算的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了一種面向未來的、全新的稱為云學(xué)習(xí)(c-Learning)的學(xué)習(xí)方式[8]。云存儲(chǔ)系統(tǒng)的分類標(biāo)準(zhǔn)有多種，根據(jù)部署方式和服務(wù)對(duì)象的不同可以分為公有云、私有云和混合云3類[9]。基于私有云的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)游戲開發(fā)仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境的目標(biāo)是方便教師開展教學(xué)，能夠在實(shí)驗(yàn)室中開展Android游戲程序基礎(chǔ)課程、Android游戲?qū)嵱?xùn)課程、游戲方面的畢業(yè)設(shè)計(jì)和比賽等實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生更好地學(xué)習(xí)掌握游戲技術(shù)的開發(fā)。圖1為基于私有云的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)游戲開發(fā)仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境的架構(gòu)圖，主要包括終端電腦、私有云服務(wù)器和游戲運(yùn)行設(shè)備三部分。

圖1 基于私有云的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)游戲開發(fā)仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境

私有云平臺(tái)是整個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的核心，負(fù)責(zé)連接軟、硬件資源以及提供高性能的處理服務(wù)，具體分為游戲教學(xué)資源服務(wù)、游戲開發(fā)環(huán)境服務(wù)、軟件測(cè)試服務(wù)。實(shí)驗(yàn)資源管理器、游戲仿真教學(xué)軟件、移動(dòng)游戲測(cè)試云平臺(tái)是運(yùn)行在私有云平臺(tái)上的主要實(shí)驗(yàn)支撐軟件。其中實(shí)驗(yàn)資源管理器主要管理軟件開發(fā)工具和教學(xué)資源案例庫(kù)2種類型的資源(見表1)。

表1 實(shí)驗(yàn)資源管理器管理的資源

私有云服務(wù)器提供基礎(chǔ)的云架構(gòu)服務(wù)，提供師生用戶權(quán)限管理、消息服務(wù)、實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用程序服務(wù)、云服務(wù)應(yīng)用、云手機(jī)資源訪問等。通過私有云資源服務(wù)應(yīng)用管理平臺(tái)提供統(tǒng)一的訪問入口。用戶在經(jīng)過認(rèn)證登陸之后，可以使用上述的資源。

硬件環(huán)境涉及到平板、手機(jī)等手持終端設(shè)備、無人機(jī)、智能玩具等被控制的游戲設(shè)備、PC機(jī)、私有云服務(wù)器。為了滿足測(cè)試的需要，手持終端設(shè)備和游戲設(shè)備通過USB HUB、WiFi等多種方式連接到云平臺(tái)上。這些不同類型的移動(dòng)終端，用于共享給學(xué)生進(jìn)行程序運(yùn)行與測(cè)試，以便于學(xué)生查看游戲在不同終端上的運(yùn)行效果。

2.2向?qū)降挠螒蚪虒W(xué)仿真引擎

游戲引擎提供了游戲開發(fā)的主要技術(shù)框架，使開發(fā)者能夠?qū)⒅饕Ψ旁谟螒虻目赏嫘院蛢?nèi)容上[10]。成熟的商業(yè)游戲引擎功能強(qiáng)大，學(xué)習(xí)周期長(zhǎng)，而且它們需要的花費(fèi)較高，往往可以達(dá)到幾十萬(wàn)甚至幾百萬(wàn)。教學(xué)中需要功能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于實(shí)驗(yàn)的游戲引擎，而現(xiàn)有的商用游戲引擎一般來說規(guī)模龐大，軟件體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜[11]。

(1) 提供一個(gè)基本的游戲開發(fā)框架；

(2) 在步驟1基礎(chǔ)上可創(chuàng)建各種3D對(duì)象；

(3) 在步驟2基礎(chǔ)上對(duì)所創(chuàng)建的3D對(duì)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)屬性調(diào)整；

(4) 在步驟3基礎(chǔ)上將結(jié)果輸出到電腦屏幕上；

(5) 在步驟3基礎(chǔ)上提供不同類型的3D游戲開發(fā)模板庫(kù)；

(6) 將步驟3或者5的程序代碼編譯成特定硬件平臺(tái)的可執(zhí)行文件；

(7) 云服務(wù)器將可執(zhí)行文件部署到不同類型的游戲硬件平臺(tái)(電腦、手機(jī)、街機(jī)、掌上游戲機(jī))上，在不同類型的游戲硬件平臺(tái)上顯示3D游戲效果。

圖2 向?qū)降挠螒蚪虒W(xué)仿真引擎處理流程示例

上述步驟中步驟3是很重要的一步，它降低了游戲開發(fā)的難度，用戶可以通過可視化的方法調(diào)整游戲?qū)ο?，并自?dòng)生成相關(guān)的源代碼，此步驟的詳細(xì)操作為①在用戶界面中獲取用戶錄入3D屬性參數(shù)；②從系統(tǒng)中調(diào)用相關(guān)的資源文件和參數(shù)文件；③讀取顯卡，將3D效果顯示在電腦屏幕上；④在步驟3基礎(chǔ)上可以選擇將錄入的3D屬性參數(shù)保存到存儲(chǔ)器上；⑤在步驟3基礎(chǔ)上可以選擇自動(dòng)生成程序源代碼，并對(duì)關(guān)鍵的代碼進(jìn)行突出標(biāo)記。

2.3云移動(dòng)端測(cè)試平臺(tái)

云測(cè)試通常是一種對(duì)于負(fù)載測(cè)試和一般測(cè)試的新方式，這種測(cè)試能夠有效利用云計(jì)算資源提高測(cè)試能力并且降低測(cè)試成本[13]。目前在國(guó)內(nèi)外都有提供移動(dòng)云測(cè)試的平臺(tái)，如國(guó)內(nèi)的百度移動(dòng)云測(cè)試中心、iTestin以及國(guó)外的uTest、Perfecto Mobile[14]。本項(xiàng)目采用OpenStack來搭建云移動(dòng)端測(cè)試平臺(tái)。OpenStack是由Rackspace和美國(guó)國(guó)家航空航天局共同開發(fā)的云計(jì)算開源框架，可以提供虛擬化、云存儲(chǔ)和鏡像服務(wù)[15]。在部署時(shí)，按照Keystone, Glance, Nova, Swift, Dashboard的順序安裝配置OpenStack[16]。在云移動(dòng)端測(cè)試平臺(tái)上，提供主流的軟件測(cè)試管理工具和自動(dòng)化測(cè)試工具，為游戲項(xiàng)目的測(cè)試提供統(tǒng)一的管理和工具，例如：軟件測(cè)試管理工具HP ALM(Application Lifecycle Management)、功能測(cè)試工具QTP(Quicktest Professional)、性能測(cè)試工具LR(LoadRunner)、移動(dòng)測(cè)試工具Appium。

在架構(gòu)設(shè)計(jì)中，移動(dòng)端設(shè)備被放到實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備保管箱中，讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問移動(dòng)端設(shè)備來完成相關(guān)的測(cè)試部署工作。有兩種方式提供給用戶連接游戲終端設(shè)備，一種是通過Hypervisor將連接在USB Hub上的不同型號(hào)的游戲終端設(shè)備加載到不同的虛擬機(jī)上，另外一種是通過IP來連接在WiFi上的游戲終端設(shè)備。圖3所示為云測(cè)試平臺(tái)的運(yùn)行流程圖，該平臺(tái)既能執(zhí)行自動(dòng)化測(cè)試也能開展手工測(cè)試。

圖3 云測(cè)試平臺(tái)運(yùn)行流程

3 結(jié) 語(yǔ)

本架構(gòu)已經(jīng)在試驗(yàn)實(shí)踐中證明了能夠教好地滿足師生的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)要求，實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)室資源的高效管理。其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)為：

(1) 通過分層來實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性。對(duì)于硬件部分，將存儲(chǔ)器、交換機(jī)、USB集線器、WiFi路由器等進(jìn)行分層管理，可以根據(jù)系統(tǒng)用戶數(shù)量的變化，來新增硬件設(shè)備或者減少設(shè)備。對(duì)于軟件部分，將云服務(wù)管理軟件、課程實(shí)驗(yàn)資源庫(kù)、向?qū)降挠螒蚪虒W(xué)仿真引擎、測(cè)試軟件等組織起來，可以根據(jù)需要改變軟件的配置。

(2) 通過云服務(wù)來提高系統(tǒng)的性能。教學(xué)資源庫(kù)的分布式應(yīng)用，提高了用戶訪問資源的并發(fā)性，方便用戶能夠快速訪問到系統(tǒng)的教學(xué)資源案例和應(yīng)用軟件。

(3) 通過云服務(wù)來提高系統(tǒng)的效率。將移動(dòng)終端統(tǒng)一放置，用戶可以遠(yuǎn)程進(jìn)行訪問，最大化資源共享，并且較好地解決了移動(dòng)設(shè)備的管理問題。

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TheConstructionofMobileGameDevelopmentSimulationEnvironmentBasedonPrivateCloud

XIEJingming1,ZHAOJuxue1,FENGJingyi2

(Information Engineering Institute, Guangzhou Panyu Polytechnic College, Guangzhou 511483, China; 2.Guangzhou Information Engineering Vocational School, Guangzhou 510630, China)

Nowadays, new generation information technologies are evolving rapidly.In colleges laboratory management faces on a great challenge of suiting the development.Furthermore, training mobile game developers requires an excellent experimental environment.However, there are a lot of problems in experiment course of mobile game development.In order to solve those problems, technologies such as private cloud computing, game engineer, teaching resources management and cloud testing are combined together to build a simulation framework of mobile game development, which is suitable to the demands of colleges.It has been proved that this framework can satisfy the requirements of mobile game teaching dur to its higher reliability, extendibility and performance.

mobile Internet; private cloud; game development; game teaching engineer; cloud testing

TP 391.41

A

1006-7167(2017)10-0131-04

2016-12-22

廣州市屬高?？蒲兄攸c(diǎn)項(xiàng)目(2012A164)：基于Android的3D游戲引擎研究與實(shí)現(xiàn)

謝景明(1977-)，男，廣東湛江人，博士，高級(jí)工程師，軟件技術(shù)教研室主任，研究方向：游戲引擎，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)。Tel.: 13802985585;E-mail:xiejm@gzpyp.edu.cn