ゲームプログラミングの基礎知識

前回の記事でご紹介しました、『XNAゲームプログラミング Xbox 360とWindowsのクロスプラットフォーム開発 (GAME DEVELOPERシリーズ)』というXNAによるゲームプログラミングの本を買いました。

この本は、XNAでのゲームプログラミングに関して、幅広く解説した本で、開発環境の設定から、グラフィックス、3D、サウンド、コンテンツパイプライン、ネットワーク、ゲームプログラミングのテクニックといろいろなことが解説されています。

それぞれの章の構成は、各節で1つのテーマに関して、XNAのクラスのメソッドやフィールドの解説、プログラミングの流れ、そして、ある程度まとまったところで、簡単なサンプルコードという流れになっています。

例えば、CHAPTER6の3Dグラフィックスは、頂点要素、エフェクト、行列と変換、頂点バッファ、インデックスバッファ、テクスチャ、カリングモード、アルファ合成、ユーザ定義頂点、カスタムエフェクト、レンダリングターゲット、ビューポート、モデルという構成になっています。

また、目次は、以下のようになっています。

CHAPTER1　開発の準備
CHAPTER2　ゲームの起動工程
CHAPTER3　2Dグラフィックス
CHAPTER4　入力デバイス
CHAPTER5　コンポーネント化
CHAPTER6　3Dグラフィックス
CHAPTER7　オーディオ
CHAPTER8　コンテンツパイプライン
CHAPTER9　ゲーマーサービス
CHAPTER10　ストレージ
CHAPTER11　ネットワーク
CHAPTER12　ゲーム開発テクニック

ちょっと、初心者には難しい点もあるのではないかとも思いましたが、XNAを使ったゲームプログラミングをじっくりと勉強したいという方にはお勧めの本です。

XNAを使うと、Windowsゲームだけでなく、Xbox 360やZuneで動くゲームのゲームプログラミングをすることができます。

学生の方や本業がゲームプログラマー以外の方で、自作のゲームを作ってみたいという方には、お勧めの開発環境です。


『XNAゲームプログラミング Xbox 360とWindowsのクロスプラットフォーム開発 (GAME DEVELOPERシリーズ)』（赤坂玲音著、ソフトバンククリエイティブ）

ゲームプログラミングを無料で行いたい人には、XNAはとても魅力的だと思います。

XNAでゲームプログラミングをするための本も、いろいろ出始めました。

XNAはマイクロソフトが無料で配布している、ゲーム開発用のフレームワークを持つライブラリやツールなどの総合開発環境です。
XNAを使うと、Windows用のゲームや、XBox 360のゲームを無料でプログラミングすることができます。
今まで個人では手の届かなかったコンシューマ向けゲーム機のゲームをゲームプログラミングすることも可能となりました。

XNAでのゲームプログラミングは、やはりマイクロソフトが無料で配布している、Visual C# 2005 Express Edtionを使います。

XNAにはゲームプログラミングに必要な機能や、コンテンツをXNA独自のフォーマットXNBに変換するツールやコンテンツをゲームにロードするためのライブラリが用意されていて、プログラマーはゲームを作るためのゲームプログラミングに集中することができます。


『XNA Game Studioで始めるゲームプログラミング―Windows&Xbox360対応 Ver.2.0対応』（オフィス加減著、アスキーメディアワークス）

XNAでのゲームプログラミングを解説したこの本には、XNAの仕組みから、インストールや設定の仕方、そして、2Dや3Dのゲームプログラミングのための基本的な機能の使い方から、XNAでの実際のゲームプログラミングの例や、XBox 360ゲームの作り方の例や、ネットワークゲームのゲームプログラミングの仕方まで解説されている、初心者にも非常にわかりやすい本です。

このゲームプログラミングの本の内容は、XNAについて、XNA Game Studio 2,0のインストール、新しいプロジェクトの作り方、画像の表示、アニメーション、文字の表示、キーボード、マウス、コントローラでコントロール、サウンド、3Dプログラミング、データのセーブとロード、RPGの作り方、3Dゲームの作り方、XBox 360での動かし方（XBox 360用のゲームプログラミング）、ネットワークゲームの基本とXNAによるネットワークゲームのゲームプログラミングについてとなります。

内容も重要なものにしぼって、薄めですし、値段も手ごろなので、最初に読むXNAのゲームプログラミングの本としておすすめです。


『XNAゲームプログラミング Xbox 360とWindowsのクロスプラットフォーム開発』（赤坂玲音著、ソフトバンククリエイティブ）

XNAのゲームプログラミングの新しい本です。2009年2月28日発売予定で、現在予約中です。

この本は、XNAでゲームプログラミングをするために必要な、XNA Frameworkについて解説した本で、グラフィックス、サウンド、ネットワークなどのプログラミング方法を解説した本です。

まだ発売されていないので、未知数のところはありますが、『Windowsゲームプログラミング』や『C#ゲームプログラミング』でおなじみの赤坂玲音氏の書いた本なので、かなり内容には期待できそうです。


『はじめての「XNA Game Studio」 (I・O BOOKS)』（大川善邦著、工学社）

主に、XNA Game Studioによる3Dプログラミングについて解説した本です。

三角形といった基本的な3次元プリミティブの描画から、その移動や回転、3次元のCubeや球などのプリミティブの描画、そしてクォータニオンや行列といった3次元の数学の解説、Xファイルからのデータの読み込みや、テクスチャマッピングなどが解説されています。

小さなサンプルを少しずつ作っていくアプローチは、初心者にもわかりやすい構成となっています。
サンプルコードも豊富に載っていて、とても参考になります。

XNA Game Studioの基本的な使い方を理解して、3Dのゲームプログラミングの基本を身につけたい人にお勧めです。

ゲームプログラミングをWindows上で行う場合、DirectXを使う方法のほかに、OpenGLを使うという方法もあります。
OpenGLはDirectXに比べて、設計がシンプルなため、一度覚えてしまえば使い方がわかりやすいのが特徴です。
OpenGLを理解しておけば、プレイステーション3などのコンシューマ向けのゲーム機でゲームプログラミングをする際にも、大変役に立ちます。
そこで、今回は、ゲームプログラミングに役立つ、OpenGLの本を紹介したいと思います。


『MFCによるOpenGL3Dプログラミング (I・O BOOKS)』（伊藤拡著、工学社）
工学社ホームページ（MFCによるOpenGL3Dプログラミング）

Windows上で、本格的なアプリケーションやゲームをプログラミングするには、MFCなどのフレームワークを使用した方が、ずっと、効率的です。
MFCはVisual Studioの製品版でないと使用できませんが、これから、本格的なゲームプログラミングを勉強しておきたい方は、そのくらいの投資はしておいても損はないでしょう。
Visual Studio 2008 Standard Editionは、大体27,000円くらいで購入可能です。

このOpenGLの本では、MFCを使ったWindowsプログラミングで、OpenGLを使う方法が詳しく解説されています。
各章には、サンプルコードとOpenGLの関数のリファレンスとともに、OpenGLの使い方が、わかりやすく解説されていて、これからWindows上で、本格的な3Dゲームのゲームプログラミングをしたい人には、とても重宝する本です。

Visual StudioでOpenGLを使う場合の設定から、WindowsでOpenGLを使いためのプログラミングのルール、そして、三角形や立方体という簡単なプリミティブの描画方法、幾何変換、ライティング、テクスチャマッピング、フォントの解説から、OpenGLの幾何変換や投影変換で使われている数学の解説、ベクトルクラス、行列クラスの作り方などが解説されています。

付属のCD-ROMには、各章のサンプルプログラムと、ベクトルクラス、行列クラス、ビットマップファイル読み込み用のクラスのソースコードが収められています。

OpenGLを使って、本格的な3Dゲームのゲームプログラミングや本格的3Dアプリケーションを開発したい人には、心強い一冊です。


『GLUTによるOpenGL入門―「OpenGL Utility Toolkit」で簡単3Dプログラミング! (I・O BOOKS)』（床井浩平著、工学社）

本格的な3Dゲームのプログラミングをする前に、こう少し、基礎的なところから、OpenGLを勉強したいという方には、この本がお勧めです。

実際、この本は、OpenGLの本の中でも、特によく売れている本のひとつです。
著者が、大学の先生なので、学生など、初めてOpenGLのプログラミングをする人が、どんなところでつまずくかよくわかり、初心者の心をつかむのでしょう。

この本では、GLUTというOpenGLでのプログラミングを簡単に行えるようにするためのライブラリを使って、OpenGLのプログラミングを解説しています。
普通、WindowsなどでOpenGLを使うときは、いろいろ面倒な初期化処理のようなものが必要なのですが、GLUTを使うと、こうした、各プラットホームのウィンドウ周りの面倒な処理をGLUTの方で行ってくれるため、初心者でも無理なくOpenGLのプログラミングを勉強することができます。
また、GLUTを使うとプラットホームに依存しないコードが書けるため、同じプログラムを、Windows上でもLinux上でもコンパイルできます。
プラットホームに依存しないため、Windowsでも、Linuxでも、Macでも好きな環境でOpenGLの勉強をすることができます。

この本では、基礎的なOpenGLのプログラミングをステップごとに順を追って、少しずつ手を加えていくことで理解することができるように書かれています。

GLUTを使って本格的な3Dゲームをプログラミングすることはちょっと無理がありますし、この本でOpenGLのすべてを知ることはできませんが、初心者の方は、この本から始めてみるのもいいと思います。

なお、この本の内容は、著者のサイトでも紹介されています。

GLUTによる「手抜き」OpenGL入門

また、こちらのサイトでも、GLUTとOpenGLを使ったプログラミングが紹介されています。

GLUTでOpenGL 3Dプログラミング

ただ、この本はA5版でかさばりませんし、値段も手ごろなので、本として持っておくことをお勧めします。


『OpenGLプログラミングガイド 原著第5版』（OpenGL策定委員会著、松田晃一翻訳、ピアソンエデュケーション）

いわずと知れた、OpenGLの正統派のプログラミング解説書です。OpenGLの標準化団体が、OpenGLの仕様に関して、詳細に解説しています。

これから、本格的に、OpenGLでのプログラミングを行いたい方は、是非手元に置いておきたい本です。
そして、時間があれば、是非一度、この本を通して読んでみることをお勧めします。

詳しくは、この本の解説ページを参考にされてください。


『OpenGLの神髄』（Paul Matz著、松田晃一翻訳、松田真梨子翻訳、ピアソンエデュケーション）

ある程度OpenGLでのプログラミング経験がある人向けの良書がこの本です。
OpenGLの最新の情報と本格的な3Dアプリケーションや3Dゲームのプログラミングをするために役立つ情報がコンパクトにまとまっています。

『OpenGLプログラミングガイド 原著第5版』を読みたいけど、厚い本を読んでいる時間がないという多忙なゲームプログラマーの方や学生さんにお勧めです。

分量が少なく、値段も、翻訳本にしては手ごろな割には、とても役立つことがたくさん書いてあります。
サンプルコードはあまり載っていませんが、この本の公式ホームページからダウンロードすることが可能です。

私も、この本を今読んでいるところですが、自分の知識の間違いに気づいたり、実際の仕事にもすぐに役に立ったり、とても重宝しているOpenGLの本です。

プログラミング初心者の方やOpenGLが初めての方にはあまりお勧めできませんが、ある程度のOpenGLを使ったゲームプログラミングや3Dアプリケーションのプログラミング経験者にはお勧めの本です。
時間的に金銭的も、大変コストパフォーマンスの高い本だと思います。



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ゲームプログラミングをWindows上で行う場合、DirectXやOpenGLなどのグラフィックスAPIを使うのが一般的です。
特に、3Dゲームのゲームプログラミングでは、これらのAPIの知識が必須といえます。
その中でも、Windowsでのゲームプログラミングでは、もともとゲームプログラミング用のAPIとして開発されたDirectXを使用するのが一般的です。

そこで、今回は、DirectX関係のゲームプログラミングの本を紹介したいと思います。


『DirectX ゲームグラフィックス プログラミング Ver. 2.1 Vista [NextCreator] (NEXT CREATOR)』（N2Factory著、ソフトバンククリエイティブ）

DirectXの本では、最も信頼の置ける一冊です。DirectXの3Dグラフィックス機能である、DirectX Graphicsについて、わかりやすく、丁寧に解説されている本です。
DirectX9のダウンロードとインストールから、VisualC++ 2005 Express Editionでの設定の仕方に始まり、DirectX Graphicsの初期化、バーテックスバッファを使用した図形の描画、テクスチャマッピング、3Dゲームのゲームプログラミングには必須の3Dグラフィックスの数学、キーフレームアニメーションクラスの作り方、そして、各種エフェクトの実装の仕方まで、解説されている本です。
このゲームプログラミングに役立つ本を読めば、VisualC++ 2005 Express Editionを使って、無料で、すぐにゲームプログラミングが始められます。

ただ、この本では、シェーダプログラミングには触れられていないため、注意が必要です。

また、解説は、C++で、サンプルコードは、本のほうには、必要最低限しか載っていないので、付属CD-ROMに収録されたサンプルプログラムを参考にしながらの勉強になります。
コードは、簡単なゲームグラフィックスクラスのような形でまとめられています。

なお、ゲームプログラミングで必要になる、グラフィックス以外の機能、例えば、サウンドやインプットデバイス、ネットワークなどは、他のDirectXの本を参考にしてゲームプログラミングをする必要があります。

あと、VisualC++ 2008 Express EditionでDirectXを設定する方法は、もっと簡単で、こちらのサイトに、図解で解説されています。
DirectX SDKのダウンロードとインストール
VisualStudioにDirectX9を設定する


『DirectXシェーダプログラミング 仕組みからわかるゲームエフェクトテクニック [NEXT CREATOR] 』（N2Factory著、ソフトバンククリエイティブ）

『DirectX ゲームグラフィックス プログラミング Ver. 2.1 Vista [NextCreator] (NEXT CREATOR)』の続編で、こちらは、DirectXのシェーダプログラミングに関して詳細に解説されている本です。
今のゲームプログラミングでは、様々なエフェクトを行うのにシェーダプログラミングを行うのも一般的になっているため、初めて、シェーダプログラミングに挑戦したい方は、この本を参考にされるといいと思います。
3Dゲームで使われるグラフィックスボードの構造とDirectXのそこでの処理の流れから、わかりやすく解説されているので、入門者向けといえます。
また、サンプルも豊富で、わかりやすいと思います。


『書籍版 DirectX9実践プログラミング (I・O BOOKS)』（第二I O編集部編集、工学社）

こちらも、DirectX9の解説で、グラフィックス機能以外にも、ゲームプログラミングに必要となる、オーディオ、入力などについても、DirectXについて解説した本です。
どちらかというと、リファレンス的な内容の本ですが、エラーになる処理など、気をつけなければいけないことなども親切に解説されているため、DirectXでゲームプログラミングをしたい人は、是非手元においておきたい本です。
こちらも、サンプルコードは、付属CD-ROMに収められたものを見ながらということになると思います。
なお、言語はやはり、C++での解説になります。


『DirectX9 DirectX Graphics (I・O BOOKS) 』（第二I O編集部編集、工学社）

このゲームプログラミングの本は、『書籍版 DirectX9実践プログラミング (I・O BOOKS) 』の中から、DirectX Graphicsについて、やはりリファレンス的に、さらに詳しく解説した本です。
やはり、エラーになるので気をつけなければいけない点なども、詳細に解説されていますので、DirectXで3Dゲームのゲームプログラミングをしたい人は是非手元においておきたい本です。
また、この本では、シェーダプログラミングに関しても触れられています。


『DirectX10 3Dプログラミング―「Direct3D 10」の基礎知識と使い方 (I・O BOOKS) 』（第二I O編集部編集、工学社）

数少ない、DirectX10の3Dプログラミングに関する本です。DirectX10はWindows Vistaでしか使えませんが、Windows Vistaで最先端の3Dプログラミングを行ってみたい人には、お勧めの本です。
なお、Windows Vistaでは、DirectX9も使用できます。


『DirectX 9 シェーダプログラミングブック』（今給黎隆著、毎日コミュニケーションズ）

プログラマブルシェーダを使って、本格的なシェーダプログラミングをしたい人のために、詳細に、ゲームプログラミングで必要になる、様々なエフェクトなどのシェーダプログラミングを実際のサンプルコードと理論的な解説を交えて解説した本格的なシェーダプログラミングの本です
著者は、実際にゲーム会社でゲームプログラミングを行っているゲームプログラマです。
シェーダプログラミングに本格的にチャレンジしてみたいという方は、こちらの本がお勧めです。



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ゲームプログラミングの本の中でも上級者向けのものに、『Game Programming Gems 日本語版』のシリーズがあります。最新刊は、『Game Programming Gems7 日本語版』です。
このシリーズは、ゲームプログラミングをより高度なものにするための、様々なテクニックやアルゴリズムなどが紹介されています。
一種の論文集、テクニック集という意味合いの強いゲームプログラミングの本です。

例えば、最新刊の『Game Programming Gems7 日本語版』は、以下のような内容になっています。


『Game Programming Gems 7 日本語版』（Scott Jacobs著、加藤諒編集、中本浩翻訳、ボーンデジタル）

この本には、ゲームプログラミングのテクニックとして、プログラミング一般、数学と物理、人工知能、オーディオ、グラフィックス、ネットワークとマルチプレイヤー、スクリプトとデータ駆動型システムといったセクションでゲームプログラミングに必要になる様々なテクニックを紹介しています。

例えば、グラフィックスでは、高度な粒子堆積、高性能再分割サーフェイス、高度なデカールシステム、グラフタルインポスタによるアートベースのレンダリングなどが扱われています。
数学と物理では、投影空間による幾何学計算の精度の改善方法、複雑な衝突を簡単にする方法、三角スプライン法などのゲームプログラミングのテクニックやアルゴリズムを紹介しています。
また、AIでは、AIアルゴリズムの複雑さを管理する方法、クローニングで面白いエージェントを作り出す方法など様々なアルゴリズムやテクニックが紹介されています。


また、第一巻目の『Game Programming Gems 日本語版』は、以下のような内容です。

『Game Programming Gems』（Mark DeLoura著、川西裕幸著、狩野智英著、ボーンデジタル）

このゲームプログラミングの本は、40人近くの優れたゲームプログラマによって書かれた、ゲームプログラミングに必要になる60以上のテクニックやアルゴリズムがまとめられています。
四元数（クォータニオン）の扱いや、ポリゴンの扱いに関する20以上のテクニック、水面の動きのシミュレーションの数学的解説などゲームプログラミングに必要なたくさんのテクニックやアルゴリズム、数学的解説などがなされています。
このシリーズをはじめて買う人は、まずは、第1巻のこの本から検討されるといいと思います。


その他にも、グラフィックスボードのGPUに渡すプログラムであるGPUプログラミング（頂点シェーダやフラグメントシェーダ（ピクセルシェーダ））に関するテクニック集である『GPU Gems 日本語版』のシリーズも人気の高い、高度なゲームプログラミングのテクニックを扱った本（論文集）です。

現在、以下の3冊が出ています。

『GPU Gems 日本語版―リアルタイムグラフィックスプログラミングのテクニック、ヒント、トリック』（Randima Fernando翻訳、中本浩著、ボーンデジタル）
『GPU Gems 2 日本語版 ?ハイパフォーマンス グラフィックスとGPGPUのためのプログラミング テクニック?』（Matt Pharr編さん、Randima Fernando編さん、中本浩著 、ボーンデジタル）
『GPU Gems 3 日本語版』（Hubert Nguyen著、加藤諒編集、中本浩翻訳、ボーンデジタル)


また、3Dゲームのゲームプログラミングで使用するリアルタイムの3DCG技術のうち、リアルタイムレンダリングについてまとめた良書、『リアルタイムレンダリング 第2版』もあります。

『リアルタイム レンダリング 第2版』（Tomas Akenine-Moller著、Eric Haines著、加藤諒編集、秋山謙一編集、川西裕幸翻訳、ボーンデジタル)

この本では、グラフィックス ・レンダリング・パイプライン、座標変換、ビジュアル表現、テクスチャ処理、高度なライティングとシェーディング、イメージベースレンダリング、高速化アルゴリズム、パイプラインの最適化、ポリゴンテクニック、曲線と曲面、交差テスト手法、衝突検出、グラフィックスハードウェア、線形代数の基本知識、三角法の基本知識という内容が網羅されているので、3Dゲームを開発したい人には、3Dゲームのゲームプログラミングに必須の3DCG（3次元コンピュータグラフィックス）の教科書としてまさにぴったりだと思います。


こうした高度なゲームプログラミングの本は1万円以上するものばかりですが、高度なゲームプログラミングをできるようになりたい人は、これらの上級者向けの本も、是非読んでおきたいものです。



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ゲームプログラミングのAIの本

ゲームプログラミングでは、AI（人工知能）の知識が必要になることもあります。AIを使うとプレイヤーの操作に応じて、キャラクターが学習してプレイヤーに対する動きを変えるなど、より楽しいゲームをゲームプログラミングできます。

こうしたゲームプログラミングで必要になるAIを扱う本として、例えば、『ゲーム開発者のためのAI入門』という本があります。

このゲームプログラミングのAIの本では、ファジー理論、ベイズ法、遺伝的アルゴリズム、ニューラル・ネットワークなどのAIの分野がわかりやすく解説されています。

『ゲーム開発者のためのAI入門』（デイビッド・M. ボーグ、グレン シーマン、David M. Bourg、Glenn Seemann著、クイープ訳、オライリー・ジャパン）


また、『実例で学ぶゲームAIプログラミング』というゲームプログラミングのAIの本では、実際のサンプルコードを豊富に交えながら、ゲームプログラミングで使うAIについて解説しているのが特徴です。

『実例で学ぶゲームAIプログラミング』（Mat Buckland著、松田晃一訳、オライリー・ジャパン）


『強くなるロボティック・ゲームプレイヤーの作り方 〜実践で学ぶ強化学習〜』という本もあります。
こちらは、強化学習の理論と実際のプログラミングに関することが解説されています。
AIである強化学習の数学的な背景、プログラミングの仕方、最新の動向などが紹介されいます。
ゲームプログラミングをする人だけでなく、エージェントのプログラミングやロボットの研究をする学生などにも役に立つ内容です。

『強くなるロボティック・ゲームプレイヤーの作り方 ~実践で学ぶ強化学習~』（八谷大岳、杉山将著、毎日コミュニケーションズ）


ゲームプログラミングの数学の本（１）
ゲームプログラミングの数学の本（２）

ゲームプログラミングの本 ― 上級編

『コンピュータゲームの数学』（山北篤著、新紀元社）


この本は、日本人の書いた本で、一時期とても売れました。

このゲームプログラミングの数学の本も、前半は、3Dゲームのゲームプログラミングで必要になる、座標、ベクトル、行列といった幾何変換の解説で、後半が衝突判定などの解説になります。

このゲームプログラミングの数学の本も、初心者にやさしい本で、幾何変換は座標系の考え方の基本的な解説から始まっています。

前半の幾何変換は簡単な数式による解説が中心で、後半の衝突判定は、主に実際のソースコードのサンプルを使っての解説が中心になります。

日本人が書いた本ですが、とてもわかりやすいと評判の本です。



『3Dグラフィックスのための数学 (I・O BOOKS)』（大川善邦著、工学社）


この本も日本人の書いた、3Dゲームのゲームプログラミングに必要になる数学を解説した本です。

著者は、大阪大学名誉教授、日本大学の非常勤講師です。

内容は、やはり、大きく分けて、幾何変換と衝突判定になり、ベクトル、行列、変換、3次元空間の幾何学、3D空間におけるオブジェクト、シューティングゲームの数学、バウンディングオブジェクトの衝突検知、ダイナミックな衝突検知となります。

この本の特徴は、練習問題と解答が随所に設けられていて、ゲームプログラミングの数学の教科書や自習用の参考書に向いている点です。

難点は、誤植、計算間違いが多いところらしいので、他の本と合わせて読んだほうがいいかもしれません。

内容の割には、手ごろな価格なのも特徴だと思います。

3時間で完全理解！！ Javaで学ぶCG数学カンタン講座

ゲームプログラミングの数学の本（１）

ゲームプログラミングのAIの本

ゲームプログラミングの本 ― 上級編