Игра как двигатель прогресса

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №1 г. Анадыря»

Научно-исследовательская работа

Игра как двигатель прогресса

Подготовил:

Пирков Данил,

ученик 7-1 класса

Научный руководитель:

Лебедева Людмила Николаевна

Учитель математики и информатики.

Г. Анадырь

2023 год

Оглавление

Введение

Современный цивилизованный мир – это мир информационно-цифровых технологий. И реалии таковы, что и экономика, и политика, и индустрия отдыха, и социум теперь напрямую связаны с ними. В маленьких пластиковых коробочках со светящимися экранами заключается теперь чуть ли не вся сопутствующая жизни человека сфера – от заметок, общения, до документов и финансов.

Цифровые технологии укоротили расстояния, создали площадки для творческого самовыражения, визуализировали миры фантазий и грез, математически просчитали и создали рычаги для манипулирования социумом, сделали возможными обработку больших данных со всеми вытекающими из этого последствиями для науки и осознания человечеством своего места во Вселенной.

И немаловажную роль во всем этом имеют технологии обработки графики. Это и цифровое фото и видео, и научная визуализация результатов работы и вычислений, и маркетинговые технологии, и новые возможности для кинематографа, и игровые ресурсы, и даже новые принципы ведения военной разведки и ведения боя с помощью дронов. Не будь технологий графики, всего этого просто не существовало бы.

Да и Интернет начал бурно развиваться именно тогда, когда гипертекст, помимо возможности перехода к другим текстам по ссылкам, обрел краски, динамику, интерактив. И этого бы не произошло, если бы не революция в области алгоритмовобработки графической информации.

Сейчас компьютерная графика составляет огромный пласт всего интернет-контента. А он, в свою очередь, является наиболее привлекательным для польхзователей сети. И потому развитие технологий обработки графики является крайне важным и перспективным направлением в области развития IT- технологий, требующих создания все новых, более и более эффективных алгоритмов обработки цифрового контента.

Однако любая научная революция связана прежде всего с возникновением нестандартной идеи, нового принципа, другого взгляда на привычные вещи и другого подхода. Иногда эта идея становится плодом долгих и кропотливых мыслительных усилий. Иногда – следствием поступательного развития научной мысли в течение исторического периода. Иногда (наверное, чаще всего), следствием спонтанного озарения или незнания автором идеи установленных другими учеными границ возможного.

Но в случае революции в компьютерной графике такая идея родилась не в ходе специальных научных изысканий, а в ходе реализации вполне практичного желания - создать максимально оригинальную и достоверную компьютерную игру.

Вообще практически все в современном мире развитой цифры придумывалось и реализовывалось не умудренными годами учеными, а практически детьми или подростками, увлеченными новыми идеями и возможностями, предоставляемыми им цифрой. Потом, конечно, они выросли, стали мастодонтами IT. Но начиналось у многих все с игры.

Компьютерные игры зачастую обвиняют во многих проблемах современного общества. Возможно, это имеет обоснование. Но все же… Шахматы – это тоже игра. И баскетбол, футбол и многое другое.

Цель данной работы – показать, как создание компьютерных игр позволяет развиваться и автору программного кода, и науке, связанной с цифровыми технологиями, и самим цифровым технологиям.

Задачи:

• осветить основные вехи развития игровой индустрии;
• показать влияние развития компьютерных игр на создание новых решений в программировании;
• показать взаимосвязь между возникновением мессенджеров и созданием сетевых игр;
• показать плюсы и минусы для общества в развитии цифровой индустрии.

В связи со все возрастающим значением IT-отрасли для мирового сообщества в целом и развития России - в частности, раннее обучение программированию является крайне важным и востребованным. При этом возможность создавать свои, пусть и простые, но компьютерные игры, является сильным мотиватором учения для ребенка. Создание конкретного конечного продукта повышает интерес к программированию – достаточно сложной и высоко интеллектуальной деятельности, требующей и больших мозговых усилий, и затрат временного ресурса, и самодисциплины. В этой связи данная работа является весьма актуальной и практически полезной, так как содержит не только теоретические сведения и размышления, но и практический программный код и программный продукт.

Данный материал прошел практическую апробацию на занятиях Точки Роста. Некоторые работы участвовали в окружных конкурсах и были отмечены призовыми дипломами 1 и 2 степени.

Глава 1. Компьютерные игры и общество.

Зарождение компьютерных игр.

Влияние компьютерных игр на людей.

При этих словах, в голове образуется три образа: программисты, которые делают эти самые игры, добродушные, приятные и рассудительные пользователи, которые просто играют в игры, и вспыльчивые, агрессивные пользователи. Зачастую общественности показывают только третий тип игроков, а именно агрессивных, при чем обычное явление, включить новости или почитать газету, и увидеть там, что очередной школьник, сделал, что-то плохое и противозаконное, а виноваты во всем игры. Цель моего проекта, доказать, что не всегда игры влияют на человека отрицательно, а положительно и зачастую даже вдохновляют игроков на создание своих игр, или даже новых жанров и методов подачи игр. Примеры таких вдохновившихся это великие люди:

Стив Джобс, Илон Маск, Джон Кармак, Гейб Ньювел – все они легенды видеоигр и компьютерной индустрии.

История видеоигр началась еще в 40х годах XX века. Но взлет игровой индустрии на мировом рынке произошел только через 32 года. В 1972 году вышла первая, или лучшая на тот момент приставка – «Magnavox». Для этой приставкибыли созданысамые легендарные игры. Приставка работала на транзисторахи была очень большой. Сеанс игры проходил с помощью картриджей, которые вставлялись в приставку. В комплекте их былопорядка 15 штук. Так как консоль могла выводить только три точки на экране, наряду с картриджами в комплекте поставлялись и накладные картинки на экран телевизора - полупрозрачные фотографии, которые создавали иллюзию заднего фона. С помощью этих накладок один картридж мог выдавать разный геймплей. Например, картридж под номером 6, при одной картинке мог представлять собой игру в хоккей, а при другой картинке, игру в викторину на угадывание штатов США.Приставка могла выводить только три квадрата. Поэтому список очков игроков записывался игроком на специальных бланках, которые тоже шли в комплекте с консолью.

Все это было «костылями» для того, чтобы все работало как надо. И все последующие приставки были практически одинаковы с небольшими новшествами: на очередной Atari появится счетчик чего либо, можно будет выводить четвертый квадрат на экран, а может даже круг, но все это ничто, по сравнению с эпохой восьми битных приставок.

В приставке была оперативная память, в которой рисовалась вся графика, и восьми битныйпроцессор, который обрабатывал весь код и математику.Картриджи имели объем в 40 килобит, и для экономии памяти все спрайты приходилось рисовать на одной картинке.

Но годы шли, приставки менялись, 8 бит менялись на 16, а те на 32 бита, как незаметно в дом почти каждому человеку 90-х пробрались компьютеры, а вместе с ними и новый метод играть в игры.

Однако игровые консоли не так просто уступали свое место компьютерам. И игровая индустрия поначалу не то чтобы претерпевала большие изменения. Дело в том, что никто(!) не хотел писать игры для компьютера. Почему? Виновата в этом была Нинтендо - японская компания, которая вывела консоли на мировой рынок. Она практически не имела себе равных, и потому была фактическим законодателем мод в игровой отрасли. Политика компании не подразумевала выпуск игр для компьютеров, так как это уменьшало бы ее прибыли. Прочие изготовители приставок следовали политике флагмана игровой индустрии. Редким исключением была компанияСега, которая пыталась сделать игры под компьютер, и даже свой компьютер разрабатывала, но неудачно.

Однако монополии пришел конец. И произошло это не благодаря финансовым вливаниям, или специальной работе в этом направлении, а благодаря увлеченности отдельных людей. Энтузиастов, влюбленных в языки программирования и стремящихся сделать что-то особое, внести некие новшества и усовершенствовать старые решения.

Те, кто писал программный код, были обычными людьми. Иногда, не найдя желаемого продукта, они вдруг решались самостоятельно написать требуемое. И это было возможно и тогда, и сейчас благодаря тому, что языки программирования находятсяв свободном доступе, сообщества энтузиастов-программистов готовы делиться своим опытом. И документация по языкам доступна всем желающим.

Люди, изменившие мир

«Люди, изменившие мир!»

Звучит громко. Но поверьте, это именно так.

Джон Кармак – пожалуй самая известная личность в видеоигровой индустрии. Человек, который привнес в мир само понятие «Death-match»- полигональный рендер 3D объектов. Ну и конечно же сама 3D-графика в играх тоже возникла благодаря ему.

Родился он 20 августа 1970г. Как все обычные дети, Кармак не любил ходить в школу.Но,как и многие необычные дети, он любил математику, физику и геометрию. А также Кармак уже с раннего детства был знаком с компьютером. Причем, не понаслышке. Тот стоял буквально в соседней комнате. Но игр на нем не было, хотя и хотелось. И это раздражало.

Джон мечтал о дорогой игрушке настолько, что однажды решился на кражу компьютера новой дорогой модели из школы. Вместе с друзьями-подростками во неурочное время Кармак пробрался в школу. Но внезапно сработала бесшумная сигнализация, ребят поймали и отправили в учебное заведение для трудных детей. Там Кармак проучился 2 года – до 16 лет, и не переставал мечтать о компьютерах. По выходу из «школы», Джон нашел работу программиста в компании со свободным графиком работы.

В это время он встретил двух друзей – Джона Рамеро и Эдриана Кармака,с которыми в 1989году и основал свою студию IDsoftware.

В том же году ужевыходит первая игра Джона – «CommanderKeen», которая использовала технологию «Adaptive tile refresh» - помогающую легко и без зависаний прокручивать игровой мир. Но не только по горизонтали, но и по вертикали.А в следующей части игры Кармак добавил картинку на фон.Да не одну, а целый графический ряд, создавая, как бы параллаксовый эффект, то есть когда задняя часть фона двигается медленнее передней. Это было революционное новшество.

Но тольконикто не торопился добавлять эту технологию в свои игры. Все дело было в картриджах, на которые можно было записать всего 40кб.Слои Кармаказанимали 10 – 15% всего места. А ведь еще нужно было вместить спрайты и звуки,и саму механику игры.

НоКармак решил и эту проблему. Он просто снижал качество самых дальних слоев и размывал их, от чего память сильно экономилась.

Кармаку в это время только исполнилось 19 лет.

Как какой-то парнишка, смог то, чего не смогли специалисты, проработавшие в отрасли годы? Думается, его успех был связан с отсутствием страха перед новым. Его студия была никому не известна. Если бы технология не получилась, его бы никто не осудил. Компания бы ничего не потеряла. А вот крупные компании не могли брать на себя такую ответственность.

И все же пик популярности ID произошел в 1991г. когда студия выпустила первую 3D игру. Хотя, скорее 2,5D игру. Почему 2,5D?Благодаря «Ray - casting» («Лучевой - каскад» или, для простоты – ЛК).

Если объяснять поверхностно, то ЛК - это метод, при котором рисуется 2д карта, и игрок на ней.Зачастую игрока принимают за квадрат, чтобы лучше считывать столкновения со стенами, из игрока пускается множество лучей, до угла равному 180° - его также называют «FOV».И как раз таки 3D-стена строится посредством замеров столкновений лучей со стенами.

Очень скоро, буквально в мае 1992 года выходит «Wolfenstein 3D». И вот там уже появилась настоящая 3D-графика. В сравнении с ней прошлая 3D игра была лишь демонстрацией возможностей. В новой Wolfenstein 3D было окружение, враги, двери и сюжет. Буквально через три года после основания никому не известная компания, основанная некогда трудным подростком, превратилась в процветающую, имеющую большой штат сотрудников и известную на весь мир.

Но это была лишь прелюдия успеха. А через год вышла DOOM - первая 3D игра с лестницами, потолком, полом, летающими противниками и тенями! В 1993 году DOOM произвел неописуемый фурор, а самое главное, почему все покупали эту игру - это бесплатное распространение первого эпизода игры. Чтобы получить его, можно было просто позвонить ребятам в подвал и получить игру. А вот за остальные приходилось платить. Попробовав и втянувшись в сюжет, люди покупали новые и новые эпизоды.

Технология «Death-match»используется и по сей день.

Все мы, дети, играем в сетевые игры.У всех нас есть мессенджеры, и все мы знаем, во что играют школьники перед уроками. И пошло именно после игры DOOM, ведь именно в ней появилась сетевая игрa. Но если сейчас мы играем друг с другом на расстоянии, даже из разных городовто в 93 году приходилось играть вместе в одной квартире, или даже комнате. Это работало так: в идеале для совместной игры нужно минимум 3 компьютера – два компьютера, это игроки, а третий сервер. На сервере передаются все переменные, код, текстуры, и всё то, что должно происходить на экране игроков. Игрок делает действие, действие передается на сервер, сервер передает действие на другие компьютеры. И для хорошей игры, для быстрой передачи действий, необходимо было подключать все компьютеры к серверу через провод. Но в 1994 году, на презентации DOOMII, стеснительный парень из Техаса, подошел к Джону Рамеро и сказал: «Здравствуйте, я знаю, вы человек занятой, но в ваш дез матч не поиграешь с другом в другом городе…» «И?», - спросил Рамеро. «Ну в общем, я смог это сделать». Парни пошли в подвал, Техасец запустил сервер на компьютере, позвонил своему другу из Техаса, узнал его IP адрес, и через пару минут, все трое задорно играли в DOOM.

Технология, которая была изобретена тем парнем, сейчас используется в мессенджерах, браузерах и интернет-магазинах. Всем этим мы пользуемся каждый день. И все благодаря тому эпизоду истории, когда фанат подошел к кумиру с просьбой, «посмотреть», какая у него технология.

Джон Кармак выложил исходный код DOOMII в сеть, что послужило увеличению количества компьютерных игр. Все они были в большой степени модами или клонамиDOOM.

Конечно, есть и обратная сторона успеха DOOM. 20 апреля 1999г. в школе Колумбайн, произошла всем известная трагедия –массовая бойня в школе. Все СМИ писали о том, что во всем виноваты игры. На самом деле, только спустя годы, после данного события, выяснилось, что у этих парней была долгая, и ужасная депрессия. А видеоигры, в частности DOOM, стали ножницами, которые разрезали связь между реальностью и игрой

Но пока всего этого не произошло, Джон Кармак программировал новую игру, с новой технологией: QuakeI. Quake – это первая игра с технологией полигонального рендеринга 3д объектов, то есть 3д объект делится на треугольники, которые называются полигонами. Чем больше этих полигонов, тем качественнее объект, но тем труднее обрабатывать процессору, каждый полигон. Код этой игры, также был выложен для общего пользования, и тут наступил переломный момент, все начали брать этот код на вооружение, также поступил и молодой талантливый программист из Майкрософт, Гейб Ньювел.

Он попросил у ID движок Quake, и до 1998г. команда Valve, (так они себя назвали), делала свой движок GSC – GoldSource. Движок, с уникальной физикой, интеллектом врагов и дружелюбных персонажей. Игра на этом движке вышла в том же, 1998г. Это был Half-Life. Буквально переводится, как «Полу жизнь», но это физический термин, и переводится, как «Период полу распада». И на физике, была завязана почти половина игры. Каждый объект был интерактивный, и с каждым ботом в игре можно было взаимодействовать. Эта игра заложила большой и прочный фундамент для создания фильмов или мультфильмов с 3D графикой. И в 1999г. вышел первый мультфильм, полностьюнарисованный в 3D – «История Игрушек».

Технологии двух людей, Джона Кармака и Гейба Ньювела, заложили фундамент, на котором до сих пор стоит дом компьютерных технологий.

Еще один пример успеха – студия Pixar, которую знают все без исключения. Начинала она в стенах Apple, под руководством Стива Джобса. В 1998г., основываясь на технологиях Джона Кармака и Гейба Ньювела, был нарисован мультфильм про игрушечного барабанщика и малыша, который играл этой игрушкой. Этот мультфильм стал родоначальником всех их 3D мультиков. Все последующие годы люди из Pixar совершенствовали свой движок, и диктовали моду в мультипликации.

Глава 2. Описание программных продуктов.

Школьников, мечтающих повторить судьбу Кармака, миллионы. Они есть во всех странах. И даже я заинтересовался этим вопросом. Уже сейчас я написал и нарисовал 7 игр,3 программы и три Телеграмм-бота. Заработал 5000 рублей. и буду продолжать дальше.

Познакомимся с программными продуктами поближе. Многие из игр сделаны на Scratch, две на Python и еще две на Unity с#.

1. Программа № 1:Zip архиватор. Написано на Python 3

Эту программу, я написал в июне 2022 года. Она переносит файл в заданную папку или диск, и архивирует его. Изначально, программа не имела интерфейса, но затем, используя библиотеку Tkinter, я написал интерфейс для этой программы.

Программа № 2: Прогноз погоды.

Эта программа была написана, в том же июне 2022 года, тоже на Python, но на этот раз, у программы с самого начала был интерфейс. Позже я доработал ее, и превратил в телеграмм бота, о чем позднее.Бот показывает не только погоду, но и фотографию города, его описание. Использована библиотека – telebot.

Программа № 3: Пересчет СНИЛС-ов.

Эту программу, я делал зимой 2023 года, для офиса. На вход подается два файла: TXT и CSV, из txt и csv файла, нужно было достать СНИЛС-ы, и сравнить их. Те СНИЛС-ы, которые не существуют в txt файле, но существуют в csv файле, нужно было записать в отдельный список, с чем я успешно справился.

Телеграмм Бот № 2: Поиск игры по названию.

Этот телеграмм бот искал описание игры и ее скриншоты по названию, которое ввел пользователь. Бот был написан на Python, библиотека –telebot.

Телеграмм Бот № 3: Игра в города.

Этого телеграмм бота, я написал зимой 2023 года. Этот бот играл в города, в него была введена база данных всех городов России, а это 1220 городов.

Игра № 1: Пять Ночей у Тако псов 1.

Эта игра была сделана на Scratch в 2020г. хотя начал я ее делать в 2019г. Игра представляет собой кликер. По сюжету в нейнужно защищаться от роботов, и следить за электричеством, которое подозрительно быстро заканчивалось. Механика дверей, камер и аниматроников была написана с нуля, и движок этой игры был использован для последующей игры. Игру я опубликовал на GameJolt.

Игра № 2: Пять Ночей у Тако псов 2.

Эта игра была сделана на движке прошлой, но была добавлена новая механика.В игре появился новый анимароник, от которого не защититься дверью. Но теперь в игреможно смотреть за двери, выбегать и светить в него фонариком.

Игра полностью завершена.

Игра № 3: Пять Ночей у Тако псов 3: Финал.

В этой игре я отошел от привычного мне геймплея. Я поместил игрока на склад, где он должен был перебирать коробки. Те, что с мусором – отправлялись в мусор, а те, что с запчастями – дальше на склад. Если игрок ошибался, он проигрывал. Также никуда не ушли роботы, точнее ушли, и их осталось двое. Первый – кот, он просто появлялся на камерах, и если приходил слишком близко, то его нужно было ударить током. Второй это Пес, он появлялся на служебных камерах, и приближался к трансформатору, и если не успеть ударить его током, то выключится электричество, а в частности и электрошокер, это все нужно было восстанавливать.

Игра № 4: StarWars – spaceshooter.

Эту игру я уже писал на Python, с библиотекой pygame. Эта игра, по сути, космическая стрелялка. Мы управляем космическим кораблем, а на нас с верху экрана, и есть два типа врагов – обычный корабль и убер корабль, обычный корабль, имеет одну жизнь, и наносит урон в 1 единицу, а убер корабль, имеет 5 жизней, и наносит урон в 3 единицы. Также есть босс, который появляется под конец первой части игры. Во второй части игры мы играем внутри босса,

И под конец второй части игры, сзади нас появляются три вражеских игрока, от снарядов которых мы должны уклоняться, и в конце выпустить гранату в отсек с двигателем босса.

Игра № 5: DOOM 2d.

Эту игру я делал также на Python – pygame. Эта игра, по сути, является адаптацией игры DOOM в 2d пространстве. Это платформер с 4 главами, и множеством пушек.

Игра № 6: DOOM 2dinUnityc#.

Эта таже DOOM 2d, написанная на python, только перенесённая на c#, доработанная и улучшенная.В плане геймплея и графики, эта игра еще не готова, но как только она будет готова, я выложу ее на все тот же GameJolt.

Игра № 7: Portal 2d.

И вот моя последняя и самая сложная игра – Portal 2d. Написана она на c#. Самое сложное в этой игре – сохранение инерции при проходе через портал, хотя, кто знает, может инерция и не будет сохранятся, а может она будет увеличиваться или уменьшаться, мы точно не знаем, никто не знает. Порталы – это, грубо говоря, две червоточины – черная дыра, которая все всасывает, и белая дыра, которая все выталкивает. Сохранение инерции при проходе через портал – это особенность игры. Для меня это было легко. Мы берем скорость падения игрока, которая уже вписана в движок Unity, и преобразуем ее в скорость игрока. Все! Готово. Но эта игра была очень сложной, если учитывать, какие игры я делал сначала. Сейчас эта игра готова на 30%. В я делаю эту игру для телефонов и компьютеров.

Заключение

История учит, что игры – это то, что двигает прогресс.

Мы рассмотрели две стороны медали этого. На одной - прогресс и технологии, а на другой – социальные проблемы. Но вызваны они не столько играми, сколько изменением парадигмы мышления у современных людей. И если бы не желание сбежать от бесполезности, обыденности и бесперспективности, игры не получили бы такого распространения. Но вместе с этим, возможно, мы не получили многих мощных графических технологий.

Начало нашего века можно назвать самыми успешными годами для видеоигр. До 2012 года вышло их очень много и все они имеют значение не только для программистов или людей работающих в IT. Технологии ID или Valve легли в основу 3D моделирования, инженерного программного конструирования, и многого другого. И все это произошло благодаря юным друзьям-программистам, которые просто любили играть и создавать.

Самыезначимыеигры 2000х. и 2010х. – это DOOM3, Half-Life 2, Portal 1 - 2, Counter-Strike, left for dead 1 – 2, CS: GO, и Call of Duty MW 1 – 3.

Каждая из этих игр привнесла, что-то не только в мир видеоигр, но и в мир теоретической физики. Также многие игры из этого списка сейчас используются военными, чтобы обучать новобранцев стрельбе. Серия игр Portal привнесла в мир теоретической физики теорию о порталах, червоточинах. По порталам из игры Portal, было написано много теорий, некоторые из которых до сих пор рассматриваются физиками-теоретиками, как основные.

DOOM-3 – сделал динамичное освещение, которое сейчас используется в фильмах, планировке зданий, мультфильмах, создании 3D моделей.

LeftforDead, Counter-Strike и CS: GO, доработали механику сетевых игр, и установили определенный стандарт для серверов крупных сетевых игр.

Half-Life2 пере изобрела физику, звук, интерактивность объектов, ИИ персонажей в игре. Все это сейчас используется в кинематографе. Например, помогает создать массовку, или звук в кафе.

Немалую роль сыграли и стратегии, такие как: StarCraft 1 – 2, Dune и WorldofWarcraft. Именно в них начали зарождаться технологии нейросети, которые сейчас выполняют все то, чему человек учится годами – рисование, написание стихов и даже создание простейших программ или игр. Все это пошло именно от видеоигр, от людей, которые горели мечтой, и умели создавать. Но из-за того, что в этот период выходили в большинстве своем «стрелялки», конечно имелись и негативные социальные последствия.

Так же в некоторых странах, с появлением видеоигр, немного ухудшилась успеваемость в школе. Но потом она снова «взлетела», а физика и математика – стали самыми популярными предметами в школе. Когда задаешься вопросом: «А как сделана эта игра?», и получаешь ответ: «физика, математика, логика и код», затем смотришь на зарплату, тех кто делает игры, конечно, начинаешь с уважением относиться к названным предметам и углубленно изучать их.

Я – не исключение. И, хотя сейчас я не зарабатываю миллионы, и программирую только ради удовольствия, я понимаю, что делаю вклад в свое будущее.

Список использованных источников

#1047;аглавная_страница

#1047;аглавная_страница