ビデオゲームプログラミング

ゲームプログラミングは、ゲーム開発のサブセットであり、ビデオゲームのソフトウェア開発です。ゲームプログラミングには、特定の言語でのソフトウェアエンジニアリングとコンピュータプログラミングに関する相当のスキルと、シミュレーション、コンピュータグラフィックス、人工知能、物理学、オーディオプログラミング、入力のうち1つ以上の分野における専門知識が必要です。マルチプレイヤーゲームの場合、ネットワークプログラミングの知識が必要です（結果として得られるコードは、そのパフォーマンス特性に加えて、プレイヤーとプログラマーのどちらからもゲームのネットコードと呼ばれます）。格闘ゲームなどの一部のジャンルでは、ネットコードとその特性（レイテンシなど）がプレイヤーや批評家からゲームの品質を示す最も重要な指標の一部と見なされているため、高度なネットワークプログラミングが求められることがよくあります。大規模多人数参加型オンラインゲーム（MMOG）の場合、データベースプログラミングと高度なネットワークプログラミングに関するさらなる知識が必要です。プロのゲームプログラマーが従事することも多いが、パブリッシング会社との関係を持たない 独立系開発者のシーンも盛んに行われている。

プロのゲーム開発は通常、ゲーム デザインから始まりますが、ゲーム デザイン自体にはいくつかの起源があります。ゲーム開発プロセスは、明確なデザインを念頭に置かず、一連の実験として始まることもあります。たとえば、ゲーム デザイナーの Will Wright は、プログラマーにいくつかのアイデアを試してもらうことから、 The Simsの開発を始めました。

プログラマーは、ゲームプレイのアイデアや機能のプロトタイプを作成する必要があることがよくあります。設計ドキュメントが完成する前のプリプロダクション中に、大量のプロトタイプが作成され、設計で指定する機能を決定するのに役立つ場合があります。

プロトタイプは、事前の設計にほとんど時間をかけずに迅速に開発され、主に概念実証やアイデアのテストとして機能します。プロトタイプは完璧に動作することが期待されているわけではなく、新しい、時には風変わりなアイデアを試すために開発されます。

プログラマーの主な仕事はゲーム デザインを開発することではありませんが、プログラマーはゲーム アーティストと同様にデザインに貢献することがよくあります。ゲーム デザイナーは、ゲーム デザインのアイデアや戦略について、プロデューサーとアートおよびプログラミング リーダーの両方から意見を求めます。コピーライターや他のプログラマー、アーティストなど、リーダー以外の立場の人も貢献することがよくあります。

プログラマーはゲーム設計ドキュメントに厳密に従うことがよくあります。ゲーム開発が進むにつれて、プログラミングの制限や新しい機能が発見され、活用されるにつれて、設計ドキュメントは変更されます。

制作中、プログラマーはゲームの設計書に記述されたゲームを作成するために、大量のソース コードを作成することがあります。その過程で、設計書は制限を満たすために変更されたり、新しい機能を利用するために拡張されたりします。設計書はまさに「生きた文書」であり、その寿命はプログラマーのスケジュール、才能、機知によって大きく左右されます。

多くのプログラマーはゲームの内容についてある程度の発言権を持っていますが、ほとんどのゲームプロデューサーは、ゲームプログラミング開発の状況についてリードプログラマーからの意見を求めます。リードプログラマーは、ゲームプログラミングのあらゆる側面の状況を把握し、制限を指摘する責任があります。リードプログラマーは、プログラマーが実装したい可能性のある機能に関する提案を伝えることもあります。

今日の視覚的に豊かなコンテンツでは、プログラマーはアートスタッフと頻繁にやり取りする必要があります。これはもちろん、プログラマーの役割によって大きく異なります。たとえば、3Dグラフィックスプログラマーは、ゲームの3Dモデラーと並んで作業し、戦略や設計上の考慮事項について話し合う必要がある場合がありますが、 AIプログラマーは、アートスタッフとほとんど、あるいはまったくやり取りする必要がありません。アーティストやレベルデザイナーのタスクを支援するために、プログラマーがツールやユーティリティの開発を自発的に行ったり、依頼されたりする場合があります。^{[1] [2]}これらの多くは特定の目的のためのものであり、時間的制約（このようなツールの開発時間はゲームのスケジュールに含まれていないことが多い）や、そもそも社内専用であるため、バグが多い可能性があります。多くのゲームツールは、開発を迅速化するためにRAD言語で開発されており、ゲームの完成後に破棄されることがあります。

プロのゲームテスターに​​よって実行される正式な品質保証テストプロセスは、ゲーム開発のかなり前から開始されます。高予算のタイトルは最初のプレイ可能なアルファ版からテストを開始する場合がありますが、低予算のゲームやカジュアルゲームはリリース候補が準備されるまでテストを開始しない場合があります。プログラマーの仕事は、QAチームによって発見されたエラーやバグを修正することです。^[3]

最終的なタスクには、ゲームの「磨き上げ」が含まれます。たとえば、プログラマーは、テストの最終段階で発生する可能性のある、軽微なものから壊滅的なものまで、さまざまなバグを修正します。

ゲーム開発者にはベータテスト期間を設けることがありますが、その定義は開発者によって異なります。多くの場合、ベータ版にはゲームのすべての機能が含まれていますが、いくつかのバグや不完全なコンテンツが含まれている場合があります。ゲームサーバーのストレス耐性を測定するためなど、パブリックベータ期間を設けているゲームはほとんどありません。

ゲームが完成したと判断されると、「ゴールド マスター」としてパブリッシャーに出荷されます。状況に応じて、パブリッシャーは独自の品質保証を実施するか、ゴールド マスターからゲームのプレスを開始する場合があります。

ゲームが出荷されると、ビデオ ゲームのメンテナンス フェーズが始まります。プログラマーは、できるだけ多くのバグ レポートが集まるまで待機します。開発者が十分なフィードバックを得たと判断したら、プログラマーはパッチの作成に取り掛かります。パッチの作成には数週間から数か月かかる場合がありますが、このパッチはゲームのバグや問題のほとんどを修正することを目的としています。場合によっては、パッチに追加の機能やコンテンツが含まれたり、ゲームプレイが変更されたりすることもあります。

最近のゲームのほとんどは、完成までに 1 年から 3 年かかります。開発期間はさまざまな要因によって異なりますが、ゲーム設計のごく初期の段階を除く開発のすべての段階でプログラミングが必要になります。

他のソフトウェアと同様に、ゲーム開発プログラムは、コンパイラによってソース コードから実際のプログラム (実行可能ファイルと呼ばれる) に生成されます。ソース コードはほぼすべてのテキスト エディターで開発できますが、多くのプロのゲーム プログラマーは完全な統合開発環境を使用しています。繰り返しになりますが、どの IDE を使用するかは、ターゲット プラットフォームによって異なります。

IDE に加えて、多くのゲーム開発会社は、社内で使用するために開発されたカスタム ツールを作成します。これらの中には、プロトタイプやアセット変換ツール (アートワークなどをゲームのカスタム形式に変換するプログラム) などがあります。レベル エディターなど、一部のカスタム ツールはゲームと一緒に提供される場合もあります。

ゲーム開発会社は、プログラマーが最高のツールを十分に装備できるようにするために、何千ドルも費やすことをいとわないことがよくあります。十分な装備を備えたプログラマーは、2～3 台の開発システムと複数のモニターをオフィスや個室に揃えていることもあります。

ゲームの初期設計が合意されたら、開発言語を決定する必要があります。選択は、プログラミング スタッフの言語の習熟度、ターゲット プラットフォーム、実行速度の要件、使用されるゲーム エンジン、API、ライブラリの言語など、多くの要因によって決まります。

パーソナルコンピュータの場合、言語の選択は好みの問題に過ぎない。SDLやAllegroなどの人気ライブラリの言語バインディングは広く普及しており[ 4 ^{] [5] 、現代の}コンパイル言語で書かれた慣用的なコードとのパフォーマンスの差はごくわずかである。^{[6] [7]}最も人気のある言語は通常、手続き型またはオブジェクト指向であり、コンパイラを介して実装される。たとえば、C、^[8] C++、^{[8] [9]} Javaなどである。^[10]ただし、開発者は、オペレーティングシステムとのインターフェイスや、オンラインビデオゲームのリバースエンジニアリングに対する耐性など、ドメイン固有の機能を考慮する必要がある。^[11]多くのゲームは1つの言語のみで書かれているわけではなく、2つ以上の言語を組み合わせている場合がある。たとえば、人気のゲームエンジンであるUnityには、C、C++、C#で書かれたさまざまな部分がある。^[12]

コンソールの場合、対象プラットフォームのサポートは通常、最も考慮される要素です。過去には、ストレージと処理速度の両方の点でリソースが限られていたため、コンソール用のビデオゲームはほぼアセンブリ言語で書かれていました。 ^[13]しかし、技術が進歩するにつれて、コンソールでのゲーム開発の選択肢も増えてきました。任天堂、^[14]、 マイクロソフト、ソニー^{[15]は、それぞれ}Wii U、Nintendo Switch、Xbox One、PlayStation 4コンソール用に異なるSDKを提供しています。

高水準 スクリプト言語は、コンパイルされたプログラミング言語で書かれた基礎ゲームへの組み込み拡張機能として、オリジナルの開発者とゲームを改造したい人の両方の利便性のためにますます使用されるようになっています。Luaは、APIがANSI Cで書かれており、他のアプリケーションに組み込めるように設計されているため、非常に人気のある選択肢です。 ^{[9] [16]多くの開発者が、} id SoftwareのQuakeCやEpic GamesのUnrealScriptなど、ゲーム専用のカスタム言語を作成しています。

ゲーム プログラミングにおける重要な決定は、使用するAPIとライブラリ(ある場合) のどれを使用するかです。現在、ゲーム プログラミングの主要なタスクを処理するライブラリが数多くあります。一部のライブラリは、サウンド処理、入力、およびグラフィック レンダリングを処理できます。パスファインディングなどのAIタスクを処理できるライブラリもあります。ゲーム プログラミングのほとんどのタスクを処理し、ゲーム ロジックのコーディングのみを必要とする ゲーム エンジン全体さえあります。

どの API とライブラリを選択するかは、主にターゲット プラットフォームによって異なります。たとえば、PlayStation 2開発用のライブラリはMicrosoft Windowsでは利用できない可能性があり、その逆も同様です。ただし、クロスプラットフォーム開発を可能にする、または容易にするゲーム フレームワークが存在するため、プログラマーは単一の言語でゲームをプログラムし、そのゲームをWii、PlayStation 3、Xbox 360、PSP 、Microsoft Windowsなどの複数のプラットフォームで実行できます。

今日では、グラフィックスはほとんどのゲームにおいて重要な特徴となっています。1990年代半ばまでリリースされたゲームでは2Dグラフィックスが標準でしたが、現在ではほとんどのAAAゲームが完全な3Dグラフィックスを誇っており、 Civilization IIIのように本質的に2Dであるゲームでもそうです。しかし、純粋な2Dグラフィックスはインディーズゲームでルネッサンスを経験しました。^[17]

定着したパーソナル コンピュータプラットフォームは Microsoft Windows です。販売されたPCのほぼ 90% にプレインストールされているため、現在では最大のユーザー ベースを誇っています。^[要出典] Microsoft Windows で最も人気のある 2 つの 3D グラフィックス API はDirect3DとOpenGLです。各 API の利点と弱点は、Windowsゲーム プログラマーの間で熱く議論されています。

現在、最も人気のあるコンピューティング プラットフォームは Google Android です。販売されているスマートフォンの約 80% にプリインストールされているため、Android は 2 番目に大きなユーザー ベースを持ち、その数は増加しています。Android はOpenGL ESとVulkan (API)を使用します。

DirectX はゲーム API のコレクションです。Direct3DはDirectX の 3D API です。Direct3D は、他のDirectX APIと同様に、 Microsoftから無料で入手できます。Microsoft はゲーム プログラマー向けにDirectX を開発し、API に機能を追加し続けています。DirectX の仕様は公開調停委員会によって管理されておらず、Microsoft は自由に機能を追加、削除、変更できます。Direct3D は移植可能ではなく、Microsoft Windows専用に設計されており、他のプラットフォームには対応していません (ただし、Microsoft のXbox 、Windows Phone 7.5 スマートフォン、 Pocket PCオペレーティング システムを実行するモバイル デバイスでは、Direct3D の形式が使用されています)。

OpenGL は移植可能な API 仕様です。OpenGL で記述されたコードは、互換性のある実装を持つプラットフォーム間で簡単に移植できます。たとえば、 OpenGL を使用するQuake IIは、ゲームのファンによって Windows から Linux に移植されました。OpenGL は、OpenGL Architecture Review Board (ARB) によって管理されている標準です。ARB は定期的に会合を開き、最新の 3D ハードウェアの機能に対する新しいサポートを追加して標準を更新しています。さらに、一部のビデオ ゲーム コンソール (Nintendo GameCube、Nintendo DS、PSP など) のメーカーが提供する開発ツールは、OpenGL に似たグラフィック API を使用しています。OpenGL は、常設の開発チームが存在せず、標準が公開されてから実装の開発を開始する必要があるため、機能の更新が遅れることがよくあります。OpenGL を使用することを選択したプログラマーは、一部のハードウェアの最新の 3D 機能にアクセスできますが、標準化されていない拡張機能を介してのみアクセスできます。OpenGL Architecture Review Board (ARB) がこの問題に対処するために仕様の管理をKhronos Groupに引き継いだため、状況は将来的に変わる可能性があります。 ^[18]

Microsoft Windows での開発では、入力、サウンド効果、音楽、ネットワーク、ビデオの再生に DirectX のさまざまな API を使用できます。これらのタスクを実行するための商用ライブラリは多数ありますが、DirectX は無料で利用できるため、最も広く使用されています。

コンソール プログラミングの場合、コンソール メーカーはグラフィックスのレンダリングやゲーム開発のその他のタスクのための機能を提供します。コンソール メーカーは完全な開発システムも提供しており、このシステムがなければ、そのシステム向けのゲームを合法的に販売したり開発したりすることはできません。サード パーティの開発者は、これらのタスクの 1 つ以上での開発を容易にしたり、クロスプラットフォーム開発機能などの特別な利点を提供したりするツールキットやライブラリも販売しています。

プログラミングの観点から見ると、あらゆるゲームの中心的なコンポーネントはゲーム ループです。ゲーム ループにより、ユーザーの入力の有無に関係なく、ゲームをスムーズに実行できます。

従来のソフトウェア プログラムのほとんどは、ユーザー入力に応答し、入力がなければ何もしません。たとえば、ワード プロセッサは、ユーザーが入力すると単語やテキストをフォーマットします。ユーザーが何も入力しないと、ワード プロセッサは何もしません。一部の機能は完了するまでに長い時間がかかる場合がありますが、すべてユーザーがプログラムに何かを実行するように指示することで開始されます。

一方、ゲームはユーザーの入力に関係なく動作を継続する必要があります。ゲーム ループはこれを可能にします。非常に単純化されたゲーム ループは、疑似コードで次のようになります。

while (ユーザーは終了しません)
    ユーザー入力を確認する
    AIを実行する
    敵を動かす
    衝突を解決する
    グラフィックを描く
    音を再生する
終了しながら

ループはゲーム開発が進むにつれて改良され、修正されることもあるが、ほとんどのゲームはこの基本的な考え方に基づいている。^[19]

ゲーム ループは、開発対象のプラットフォームによって異なります。たとえば、DOSや多くのコンソール向けに作成されたゲームは、利用可能な処理リソースを制限なく独占して利用できます。ただし、Microsoft Windows などの最新の PC オペレーティング システム向けのゲームは、プロセス スケジューラの制約内で動作する必要があります。一部の最新ゲームでは複数のスレッドが実行されるため、たとえば、キャラクター AI の計算をゲーム内のスムーズな動きの生成から切り離すことができます。これにはオーバーヘッドが (わずかに) 増加するという欠点がありますが、ハイパースレッディングまたはマルチコアプロセッサやマルチプロセッサ プラットフォームでは、ゲームがよりスムーズかつ効率的に実行される可能性があります。コンピュータ業界は、より多くのスレッドを実行できるコア数の多いCPUに重点を置いているため、これはますます重要になっています。Xbox 360やPlayStation 3などのコンソールでは、すでにプロセッサごとに複数のコアがあり、コアごとに複数のスレッドを実行しています。

趣味人がプログラミングできるプラットフォームとして広く利用できるのは、Android、iOS、Windows、Mac、Linuxなどのコンシューマー向けオペレーティングシステムだけです。これは、ゲームコンソールの開発には数千ドルもかかる特別な開発システムが必要になるためです。多くの場合、これらはコンソールの製造元から入手する必要があり、プロのゲーム開発スタジオにのみ販売またはリースされます。ただし、Microsoftはかつて、Microsoft WindowsとXbox 360の両方で動作するゲーム開発フレームワークXNAを配布していました。XNAは廃止されましたが、MonoGameやSharpDXなどの他のプロジェクトは、ゲームコーディングに同じアクセスを可能にしようとしています。最近では、Androidがモバイル開発者に最も人気のある趣味人向けプラットフォームです。^[20]一部の趣味人は、特にハンドヘルドシステムや改造コンソール用の自家製ゲームも開発しています。

ソフトウェア エンジニアリングの学生の中には、プログラミング言語やオペレーティング システムを学習するための練習としてゲームをプログラミングする人もいます。

趣味人の中には、Adobe Animate、Unity、Android Studio、pygame、Adventure Game Studio、Roblox Studio、GameMaker Studio、Godot、Unreal Engine、Pixel Game Maker MV、Constructなど、ゲーム開発に役立つソフトウェア パッケージを使用する人もいます。

• ゲームトピックのリスト

• ゲーム開発の主要リソースであるGameDev.net
• 国際ゲーム開発者協会 (IGDA)
• ソフトウェア エンジニア向けのゲーム開発は、受賞歴のある MIT ゲーム ラボのメンターによる指導を受けながら MIT が提供する 5 日間の短期コースです。
• 元ゲームプログラマーのゲーム開発業界での経験
• ゲーム業界のベテラン、トム・スローパーのゲームプログラミングに関するアドバイス

• 2D ゲーム開発 wiki
• ゲーム開発 Wiki -GDwiki