三维俄罗斯方块程序设计与实现
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密 惠 保
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资料介绍：
国内外研究状况
DirectX发展现状：
DirectX并不是一个单纯的图形API，它是由微软公司开发的用途广泛的API，它包含有Direct Graphics(Direct 3D+Direct Draw)、Direct Input、Direct Play、Direct Sound、Direct Show、Direct Setup、Direct Media Objects等多个组件，它提供了一整套的多媒体接口方案。只是其在3D图形方面的优秀表现，让它的其它方面显得暗淡无光。DirectX开发之初是为 了弥补Windows 3.1系统对图形、声音处理能力的不足，而今已发展成为对整个多媒体系统的各个方面都有决定性影响的接口。
DirectX经过这些年的不断发展，已经由DirectX 1.0发展到了DirectX 10。
DirectX 8.0
DirectX 8.0的推出引发了一场显卡革命，它首次引入了“像素渲染”概念，同时具备像素渲染引擎(Pixel Shader)与顶点渲染引擎(Vertex Shader)，反映在特效上就是动态光影效果。同硬件T&L仅仅实现的固定光影转换相比，VS和PS单元的灵活性更大，它使GPU真正成为了可 编程的处理器。这意味着程序员可通过它们实现3D场景构建的难度大大降低。通过VS和PS的渲染，可以很容易的宁造出真实的水面动态波纹光影效果。此时 DirectX的权威地位终于建成。
DirectX 9.0
2002年底，微软发布DirectX9.0。DirectX 9中PS单元的渲染精度已达到浮点精度，传统的硬件T&L单元也被取消。全新的VertexShader(顶点着色引擎)编程将比以前复杂得多， 新的VertexShader标准增加了流程控制，更多的常量，每个程序的着色指令增加到了1024条。 [资料来源：http://www.THINK58.com]
PS 2.0具备完全可编程的架构，能对纹理效果即时演算、动态纹理贴图，还不占用显存，理论上对材质贴图的分辨率的精度提高无限多；另外PS1.4只能支持 28个硬件指令，同时操作6个材质，而PS2.0却可以支持160个硬件指令，同时操作16个材质数量，新的高精度浮点数据规格可以使用多重纹理 贴图，可XXX作的指令数可以任意长，电影级别的显示效果轻而易举的实现。
VS 2.0通过增加Vertex程序的灵活性，显著的提高了老版本(DirectX8)的VS性能，新的控制指令，可以用通用的程序代替以前专用的单独着色程 序，效率提高许多倍；增加循环操作指令，减少工作时间，提高处理效率；扩展着色指令个数，从128个提升到256个。
3D游戏技术发展现状：
由于图形硬件功能的不断强大，以及图形开发接口DirectX、 OpenGL的不断发展进步，使得许多图形新技术由理论变为现实，到如今在游戏开发中运用的图像渲染技术已经层出不穷，也使得图像渲染效果逼真程度越来越接近电影的效果。
比较典型图形渲染技术
环境贴图：将周围环境的景色映射到物体表面而产生流光效果。
法线贴图：使得少量三角形的模型能够显示出多三角形模型的细节效果。
凹凸纹理：让平滑的物体表面显示凹凸的阴影效果。
软阴影（soft shadow）：产生比较真实的阴影。 think58好，好think58
高范围动态光技术：表现出真实的炫目效果。
除了这些技术，还有几种比较新的技术：动态阴影效果技术(shadow volume)
整体凹凸映射、新一代光源效果，这三项技术就是在DOOM3中应用的技术，它们让DOOM3中多光源场景如电影画面般真实。
国内外游戏技术的差距：
国内外游戏技术的差距可以从游戏引擎中体现出来。
游戏引擎就是用于控制所有游戏功能的主程序，从计算碰撞、物理系统和物体的相对位置，到接受玩家的输入，以及按照正确的音量输出声音等。
无论是2D游戏还是3D游戏，无论是角色扮演游戏、即时策略游戏、冒险解谜游戏或是动作射击 游戏，都有这样一段起控制作用的代码。只是经过不断的进化，如今的游戏引擎已经发展为一套由多个子系统共同构成的复杂系统，从建模、动画，到光影、粒子特效;从物理系统、碰撞检测，到文件管理、网络特性;还有专业的编辑工具和插件，几乎涵盖了开发过程中所有重要环节。
国外比较出名的游戏引擎QuakeⅡ、Unreal、Doom等，其中从单纯的画面效果来看，《虚幻》是当之无愧的佼佼者，其震撼力完全可以与人 们第一次见到《德军司令部》时的感受相比。游戏的图像发展到 《虚幻》已经达到了一个天花板的高度。
如果你去体验一下《半条命（Half-Life）2》以及《DOOM 3》，然后在回来玩国产3D游戏代表作《仙剑3》以及《轩辕剑5》，你就可以真实的感受到国内同国外的技术差距了。可以说中国游戏技术还处在起步阶段。 think58.com
游戏控制设计
俄罗斯方块要求玩家快速准确的找到适合的位置安放下落的方块，所以游戏的操作就必须简单、快捷、有效。这样玩家就不会在游戏因为自己反应不够快而结束后大骂写游戏的程序员白痴。
在二维的俄罗斯方块中，只有方块的移动控制和变形控制。而在三维的俄罗斯方块中，我们还需加入对游戏视角的控制，而且方块的变形控制也比二维中复杂。
3.1.1按键设定
游戏的按键设置如下 ：
1．A、S、D三个键分别控制方块绕X、Y、Z轴旋转
2．方向键控制方块的前后左右移动
3．Q、E键为视角控制键
4．P为暂停键
这样玩家左手无名指、中指、食指分别放在键盘A、S、D三个键上时， Q、W键分别在中指和食指上方位置，可以很方便的到达。最为关键的是这五个键是cs游戏中最常用的键，上手很容易。
3.1.2 视角控制
在游戏中，我们对视角控制做了比较严格的设定，视角只能左右旋转，并且以90度为单位旋转，也就是说视角只有四个方向。这样设定的原因有以下三点：1. 操作的简洁性，简单而有效，玩家可以快速反应。
2．操作的准确性，灵活的视角往往让玩家难以控制其准确性，从而造成失误。
3．灵活的视角或多方位视角会给移动的控制带来极大不便。
[来源：http://think58.com]
DirectX发展现状：
DirectX并不是一个单纯的图形API，它是由微软公司开发的用途广泛的API，它包含有Direct Graphics(Direct 3D+Direct Draw)、Direct Input、Direct Play、Direct Sound、Direct Show、Direct Setup、Direct Media Objects等多个组件，它提供了一整套的多媒体接口方案。只是其在3D图形方面的优秀表现，让它的其它方面显得暗淡无光。DirectX开发之初是为 了弥补Windows 3.1系统对图形、声音处理能力的不足，而今已发展成为对整个多媒体系统的各个方面都有决定性影响的接口。
DirectX经过这些年的不断发展，已经由DirectX 1.0发展到了DirectX 10。
DirectX 8.0
DirectX 8.0的推出引发了一场显卡革命，它首次引入了“像素渲染”概念，同时具备像素渲染引擎(Pixel Shader)与顶点渲染引擎(Vertex Shader)，反映在特效上就是动态光影效果。同硬件T&L仅仅实现的固定光影转换相比，VS和PS单元的灵活性更大，它使GPU真正成为了可 编程的处理器。这意味着程序员可通过它们实现3D场景构建的难度大大降低。通过VS和PS的渲染，可以很容易的宁造出真实的水面动态波纹光影效果。此时 DirectX的权威地位终于建成。
DirectX 9.0
2002年底，微软发布DirectX9.0。DirectX 9中PS单元的渲染精度已达到浮点精度，传统的硬件T&L单元也被取消。全新的VertexShader(顶点着色引擎)编程将比以前复杂得多， 新的VertexShader标准增加了流程控制，更多的常量，每个程序的着色指令增加到了1024条。 [资料来源：http://www.THINK58.com]
PS 2.0具备完全可编程的架构，能对纹理效果即时演算、动态纹理贴图，还不占用显存，理论上对材质贴图的分辨率的精度提高无限多；另外PS1.4只能支持 28个硬件指令，同时操作6个材质，而PS2.0却可以支持160个硬件指令，同时操作16个材质数量，新的高精度浮点数据规格可以使用多重纹理 贴图，可XXX作的指令数可以任意长，电影级别的显示效果轻而易举的实现。
VS 2.0通过增加Vertex程序的灵活性，显著的提高了老版本(DirectX8)的VS性能，新的控制指令，可以用通用的程序代替以前专用的单独着色程 序，效率提高许多倍；增加循环操作指令，减少工作时间，提高处理效率；扩展着色指令个数，从128个提升到256个。
3D游戏技术发展现状：
由于图形硬件功能的不断强大，以及图形开发接口DirectX、 OpenGL的不断发展进步，使得许多图形新技术由理论变为现实，到如今在游戏开发中运用的图像渲染技术已经层出不穷，也使得图像渲染效果逼真程度越来越接近电影的效果。
比较典型图形渲染技术
环境贴图：将周围环境的景色映射到物体表面而产生流光效果。
法线贴图：使得少量三角形的模型能够显示出多三角形模型的细节效果。
凹凸纹理：让平滑的物体表面显示凹凸的阴影效果。
软阴影（soft shadow）：产生比较真实的阴影。 think58好，好think58
[资料来源：www.THINK58.com]
高范围动态光技术：表现出真实的炫目效果。
除了这些技术，还有几种比较新的技术：动态阴影效果技术(shadow volume)
整体凹凸映射、新一代光源效果，这三项技术就是在DOOM3中应用的技术，它们让DOOM3中多光源场景如电影画面般真实。
国内外游戏技术的差距：
国内外游戏技术的差距可以从游戏引擎中体现出来。
游戏引擎就是用于控制所有游戏功能的主程序，从计算碰撞、物理系统和物体的相对位置，到接受玩家的输入，以及按照正确的音量输出声音等。
无论是2D游戏还是3D游戏，无论是角色扮演游戏、即时策略游戏、冒险解谜游戏或是动作射击 游戏，都有这样一段起控制作用的代码。只是经过不断的进化，如今的游戏引擎已经发展为一套由多个子系统共同构成的复杂系统，从建模、动画，到光影、粒子特效;从物理系统、碰撞检测，到文件管理、网络特性;还有专业的编辑工具和插件，几乎涵盖了开发过程中所有重要环节。
国外比较出名的游戏引擎QuakeⅡ、Unreal、Doom等，其中从单纯的画面效果来看，《虚幻》是当之无愧的佼佼者，其震撼力完全可以与人 们第一次见到《德军司令部》时的感受相比。游戏的图像发展到 《虚幻》已经达到了一个天花板的高度。
如果你去体验一下《半条命（Half-Life）2》以及《DOOM 3》，然后在回来玩国产3D游戏代表作《仙剑3》以及《轩辕剑5》，你就可以真实的感受到国内同国外的技术差距了。可以说中国游戏技术还处在起步阶段。 think58.com
[资料来源：http://THINK58.com]
游戏控制设计
俄罗斯方块要求玩家快速准确的找到适合的位置安放下落的方块，所以游戏的操作就必须简单、快捷、有效。这样玩家就不会在游戏因为自己反应不够快而结束后大骂写游戏的程序员白痴。
在二维的俄罗斯方块中，只有方块的移动控制和变形控制。而在三维的俄罗斯方块中，我们还需加入对游戏视角的控制，而且方块的变形控制也比二维中复杂。
3.1.1按键设定
游戏的按键设置如下 ：
1．A、S、D三个键分别控制方块绕X、Y、Z轴旋转
2．方向键控制方块的前后左右移动
3．Q、E键为视角控制键
4．P为暂停键
这样玩家左手无名指、中指、食指分别放在键盘A、S、D三个键上时， Q、W键分别在中指和食指上方位置，可以很方便的到达。最为关键的是这五个键是cs游戏中最常用的键，上手很容易。
3.1.2 视角控制
在游戏中，我们对视角控制做了比较严格的设定，视角只能左右旋转，并且以90度为单位旋转，也就是说视角只有四个方向。这样设定的原因有以下三点：1. 操作的简洁性，简单而有效，玩家可以快速反应。
2．操作的准确性，灵活的视角往往让玩家难以控制其准确性，从而造成失误。
3．灵活的视角或多方位视角会给移动的控制带来极大不便。
[来源：http://think58.com]