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Process Black
Bruno Feijó, Esteban Clua e Flavio S. Corrêa da Silva
Introdução à
Ciência da Computação
com Jogos
Aprendendo a
programar com entretenimento
© 2010, Elsevier Editora Ltda.
Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei no 9.610, de 19/02/1998.
Nenhuma parte deste livro, sem autorização prévia por escrito da editora, poderá ser reproduzida ou
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quaisquer outros.
Copidesque: Adriana Kraner
Revisão: Marília Pinto de Oliveira
Editoração Eletrônica: SBNIGRI Artes e Textos Ltda.
Elsevier Editora Ltda.
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ISBN 978-85-352-3419-0
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CIP-Brasil. Catalogação-na-fonte.
Sindicato Nacional dos Editores de Livros, RJ
_________________________________________________________________________
FF332288ii Feijó, Bruno
Introdução à ciência da computação com jogos : aprendendo a
programar com entretenimento / Bruno Feijó, Esteban Clua e Flavio
S. Corrêa da Silva. – Rio de Janeiro: Elsevier, 2010.
Apêndice
ISBN 978-85-352-3419-0
1. Programação (Computadores). 2. Jogos por computador. 3. Ani-
mação por computador. 4. Computação. I. Clua, Esteban. II. Silva,
Flavio S. Corrêa da. III. Título.
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Agradecimentos
Muitas pessoas contribuíram para a realização desta obra. Em primeiro
lugar estão as nossas famílias, que se privaram do nosso convívio e da nossa
atenção durante a nossa contínua e exagerada jornada extra de trabalho. Para
eles vão os agradecimentos, literalmente infi nitos, pelos apoio, compreensão
e paciência. Bruno agradece à sua esposa Carmem e aos seus fi lhos Marcelo e
Leonardo. Esteban agradece à sua esposa Luciana. Flávio agradece à sua espo-
sa Renata e à sua fi lha Maria Clara.
Este livro não teria surgido sem o espírito inovador de Karin Breitman
(professora e pesquisadora do Departamento de Informática da PUC-Rio)
que, na qualidade de Diretora de Publicações da Sociedade Brasileira de Com-
putação, deu toda a atenção e todo o estímulo aos autores.
Agradecimentos efusivos vão para a equipe da Editora Campus Elsevier
que com rigor, competência e muita paciência nos acompanharam passo a
passo. Em especial, gostaríamos de citar André Gerhard Wolff , Vanessa Vilas
Bôas Huguenin e Silvia Barbosa Lima.
Sem a ajuda de Lucas Machado e Rodrigo Martins, o motor javaPlay não
teria sido possível. Não temos como agradecer sufi cientemente a dedicação
desses dois pesquisadores do VisionLab/PUC-Rio. Raros profi ssionais no país
têm a competência desses dois pioneiros da área de jogos digitais.
A equipe por detrás deste livro é ainda maior e a muitos devemos pala-
vras de agradecimento: Luciana Rocha Mariz Clua, por sua ajuda em design
gráfi co; Fernando Ribeiro e Pablo Bioni, pela arte nos elementos visuais dos
jogos; Anselmo Antunes Montenegro e Dante Corbucci Filho, professores do
Instituto de Computação/UFF, como consultores em Java; e Marcelo Pana-
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ro Zamith, pela ajuda no material de demonstração colocado no site. Com o
receio de não sermos sufi cientemente abrangentes e considerando o grande
número de pessoas, nos limitamos a agradecer, em bloco, a todos os nossos
alunos – nossa primeira fonte de inspiração e de colaboração na pesquisa e
no ensino – por seus permanentes questionamentos, suas incuráveis mentes
criativas e suas alegrias em aprender e ajudar.
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Os Autores
Bruno Feijó possui graduação em Engenharia Aeronáutica pelo
ITA, mestrado em simulação dinâmica pela PUC-Rio e doutorado em CAD
(Computer-Aided Design) pela University of London. Atualmente é professor
associado do DI (Departamento de Informática) da PUC-Rio, no Grupo de
Computação Gráfi ca e Entretenimento Digital, e Coordenador do VisionLab/
PUC-Rio – Laboratório de Visualização, TV/Cinema Digital, Games e Produ-
ção de Conteúdo Digital. É pioneiro em 3 áreas de pesquisa em Informática
no país: CAD, Animação e Jogos. Foi um dos criadores da Comissão Especial
da SBC em Jogos e Entretenimento Digital e foi o seu primeiro Presidente. Ele
também é um dos fundadores do SBGames (Simpósio Brasileiro de Jogos e
Entretenimento Digital). Foi o idealizador da Rede Brasileira de Visualização
(RBV) ligada ao MCT. Também foi um dos principais colaboradores na ideali-
zação do curso profi ssionalizante do Núcleo de Pesquisa em Educação, criado
pelo Instituto Oi Futuro. Na pós-graduação do Departamento de Informática
da PUC-Rio, da qual já foi Coordenador, ministra cursos de jogos, animação
e efeitos especiais. Na graduação do DI/PUC-Rio, da qual já foi Coordenador,
tem ministrado os cursos de introdução à ciência da computação por cerca de
15 anos.
Esteban Clua possui graduação em Computação pela USP, mestrado
pela PUC-Rio e doutorado também pela PUC-Rio. Atualmente é professor
do Instituto de Computação da UFF e coordenador geral do UFF Media Lab,
além de atuar na pós-graduação dessa universidade. Atua especialmente na
área de Computação Gráfi ca em tempo real, Games, Realidade Virtual, GPUs,
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visualização e simulação. É membro do conselho administrativo da ABRA-
GAMES, membro da Comissão Especial de Jogos e Entretenimento Digital
da SBC e um dos pioneiros na área de pesquisa científi ca em jogos e entrete-
nimento digital. Também é um dos criadores do SBGames e um grande entu-
siasta da área de jogos digitais.
Flávio S. Correa da Silva possui graduação em Engenharia de Pro-
dução pela USP, mestrado pela Politécnica da USP e doutorado em Inteligên-
cia Artifi cial pela University of Edinburgh. Atualmente é professor associado
da USP, revisor do Journal of Information Technology Research e membro do
corpo editorial da Applied Intelligence (Boston).
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Prefácio
Estamos vivendo a revolução do mundo digital, onde ter noções de
programação é tão essencial quanto saber o básico da matemática, da física,
da economia, e quem sabe até dos primeiros socorros médicos... Até mesmo
artistas e designers já perceberam que programar está na essência das novas
mídias. Se você abriu este livro, muito provavelmente você ou é um fi ssurado
por jogos, ou é um estudante, ou é um educador, ou pelo menos é um curioso
incorrigível (uma das maiores qualidades do novo profi ssional criativo). Em
qualquer desses casos, você deve estar buscando uma introdução à arte de pro-
gramar que esteja mais próxima das novas demandas do mundo digital e que
seja menos maçante para acompanhar. Você também pode estar procurando
uma introdução à arte de desenvolver jogos digitais, quer porque você almeja
ser um profi ssional da área, quer porque lhe disseram que o jogo digital é uma
aplicação onde convergem os maiores desafi os da computação (um jogo tem
que ser multimídia, visualmente elaborado, distribuído, artifi cialmente inte-
ligente ... e tudo isso rodando em tempo real). Como educador, muito pro-
vavelmente você deve estar buscando um texto mais leve e estimulante para
a geração de jovens Y. Este livro pretende atender a todas essas expectativas.
Muita coisa mudou desde que a primeira linguagem de programação de
alto nível foi lançada há mais de 50 anos. Desde então, as linguagens e os para-
digmas de programação têm evoluído constantemente. Linguagens caem em
desuso e novas surgem. E qual a melhor linguagem para aprender no momen-
to? Essa é uma pergunta que vem sendo formulada desde o momento em que
surgiram duas linguagens diferentes e os primeiros cursos de computação; e
provavelmente continuará a ser feita até o dia em que não precisaremos mais
dos computadores... Muito difi cilmente haverá um consenso na resposta a essa
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pergunta, mesmo entre os mais conceituados cientistas de computação do país.
Não existe a situação ideal de que podemos aprender os conceitos da ciência da
computação sem nos incomodarmos com as idiossincrasias e as complexidades
de uma particular linguagem. Talvez o Lisp seja a que mais tenha se aproxima-
do deste ideal (sua qualidade é atestada pelo fato de ser a segunda mais antiga
linguagem do planeta ainda viva). Mas o Lisp está longe de ser uma opção para
as novas demandas do mundo digital. A linguagem C já está distante dos novos
paradigmas de programação. C++ é muito efi ciente, especialmente no mundo
dos jogos 3D, mas além de estar se tornando antiga, não é uma linguagem de
fácil aprendizado. Neste livro optamos pela linguagem Java por várias razões.
Primeiro, o Java possibilita aplicações em uma grande variedade de plataformas:
internet nos servidores, PCs, celulares e sistemas embarcados. Segundo, o Java
roda em mais de um sistema operacional (Windows, Linux, ...) e conta com um
bom ambiente de desenvolvimento gratuito (NetBeans). Terceiro, o Java é uma
linguagem orientada a objetos – um paradigma atual de programação. Quarto,
Java é o ponto de partida para a programação da internet – a invenção que de-
terminará o futuro da computação. Quinto, a próxima geração de linguagens
orientadas a objetos será a evolução natural do Java (como já o é a linguagem
C#). Sexto, Java serve muito bem para desenvolver jogos 2D – o tipo de aplica-
ção que estamos usando neste livro.
Independente da escolha do Java, este livro procura, antes de mais nada,
apresentar os conceitos e os bons hábitos da arte de programar. Dessa manei-
ra, o livro está organizado em duas partes. A primeira parte se concentra na
programação procedimental estruturada (capítulos 2 a 6) e a segunda parte é
dedicada aos paradigmas de orientação orientada a objetos e de programação
guiada a eventos (capítulos 7 a 9). Introduzir o conceito de orientação a ob-
jetos não é uma tarefa fácil, mas é indispensável no cenário atual da ciência
da computação. Este livro procura ir trazendo esse novo conceito aos poucos,
sem pretender esgotar o assunto, nem aspirar ser usado como um livro de
referência. Este é um livro didático que funciona como ponto de partida para
os modernos conceitos em ciência da computação. O projeto deste livro inclui
uma terceira parte, disponível na internet, que pode sustentar um curso mais
avançado e/ou pode dar continuidade a uma especialização na área de desen-
volvimento de jogos:
www.inf.puc-rio.br/livroicc
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A melhor maneira de usar este livro é implementar cada exemplo citado
no texto e fazer os exercícios no fi nal de cada capítulo. Um motor de jogo 2D,
chamado javaPlay, foi especialmente desenvolvido para este livro. O javaPlay
é conciso, didático, mas tem uma estrutura profi ssional, moderna e com pos-
sibilidade de ser usado com efi ciência pela indústria. O javaPlay é apresen-
tado em várias versões de graus crescentes de complexidade: Mini (a versão
minimalista, para começar), Versão 00 (a versão intermediária) e Versão 0 (a
versão-base mais completa). A Versão 1 deverá ser a que o leitor mais dedica-
do certamente criará.
Os apêndices complementam o estudo e servem de referência. Reco-
mendamos, em especial, que sejam feitos os projetos de jogos do Apêndice B.
Os amantes de desenvolvimento de jogos acharão muito interessante o Apên-
dice A. Os Apêndices C e D servem de referência para o motor de jogo java-
Play.
Este é um livro texto para um primeiro curso de introdução à ciência da
computação, usando a criação de jogos digitais como instrumento de apren-
dizado e motivação. Esta obra é organizada em uma sequência de tópicos que
correspondem a um curso de 64 horas, em blocos de 4h/semana (16 semanas,
ao total). Sugestões de sequência de assuntos e material de suporte ao profes-
sor e ao aluno podem ser encontrados na página Web citada anteriormente.
Uma possível sequência para 16 semanas pode ser:
semana 1: apresentação e cap.1
semana 2: cap.2
semana 3: cap.3
semanas 4 a 6: cap.4
semana 7: cap.5
semana 8: cap.6
semanas 9 a 11: cap.7
semanas 12 a 14: cap.8
semanas 15 e 16: cap.9
Uma outra sequência de aprendizado pode ser proposta através de dois
cursos, com mais tempo para elaborar os conceitos:
Curso I – Programação Procedimental Estruturada
Cap. 1 ao Cap. 5
Cap.6 como preparação ao Curso II
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