Uma Abordagem para o Ensino de Engenharia de Software no Desenvolvimento de Jogos Digitais

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1 Uma Abordagem para o Ensino de Engenharia de Software no Desenvolvimento de Jogos Digitais Emanuel Ferreira Coutinho 1, Carla Ilane Moreira Bezerra 2 1 Instituto UFC Virtual Universidade Federal do Ceará (UFC) Fortaleza CE Brasil 2 Universidade Federal do Ceará (UFC) Quixadá CE Brasil emanuel@virtual.ufc.br,carlailane@ufc.br Abstract. The discipline of Software Engineering is commonly taught in undergraduate courses in areas related to Computer Science. However the way in which it is taught is not often adherent to certain kinds of developments, such as digital games. The development of digital games has got peculiarities that usually are not found in books on Software Engineering, as the Game Design Document (GDD) and the platforms aware development style. In this context, this work proposes an approach to facilitate the teaching of Software Engineering for digital game development, with a focus on engineering and management activities. Finally, an evaluation of the approach is performed in a Software Engineering course. Resumo. A disciplina de Engenharia de Software é comumente ministrada em cursos de graduação de áreas relacionadas à Ciência da Computação. Porém muitas vezes a maneira na qual ela é ministrada não se adere a certo tipos de desenvolvimentos, como é o caso dos jogos digitais. O desenvolvimento de jogos digitais possui peculiaridades que normalmente não encontradas nos livros de Engenharia de Software, como o Game Design Document (GDD) e o estilo de desenvolvimento orientado à plataformas. Neste contexto, este trabalho propõe uma abordagem para facilitar o ensino de Engenharia de Software no desenvolvimento de jogos digitais, com foco nas atividades de engenharia e gestão. Ao final do trabalho, é realizada uma avaliação da abordagem na aplicação desta em uma disciplina de Engenharia de Software. 1. Introdução Engenharia de Software é uma disciplina normalmente ministrada em cursos de computação. Muitas vezes essa disciplina é ministrada de maneira tradicional, como normalmente é descrito em [Sommerville 2011] e [Pressman 2011], referências básicas geralmente adotadas nestes cursos. Porém, a maneira na qual é ministrada atualmente a disciplina de Engenharia de Software muitas vezes se adéqua apenas a ciclos de vida mais tradicionais como o cascata. O desenvolvimento de outros sistemas, por exemplo jogos digitais, não se adéqua à metodologia de ensino tradicional de Engenharia de Software. Sendo assim, uma adaptação

2 para o ensino de Engenharia de Software para o desenvolvimento de jogos digitais é necessária para a correta adequação à realidade desse tipo de desenvolvimento. Neste contexto, este artigo propõe uma abordagem para o ensino de Engenharia de Software no desenvolvimento de jogos digitais. Não é intenção deste trabalho elaborar uma metodologia para o desenvolvimento de jogos digitais que resolva todas as peculiaridades deste tipo de produto, e sim apenas facilitar o entendimento dos conceitos de Engenharia de Software de forma aplicada a esse tipo de desenvolvimento, focando apenas no ensino. O presente trabalho possui a seguinte estrutura, além desta introdução: na Seção 2, trabalhos relacionados são discutidos, a abordagem proposta é descrita na Seção 3, na Seção 4 uma avaliação da abordagem é apresentada, e finalmente na Seção 5, conclusões e trabalhos futuros são apresentados. 2. Trabalhos Relacionados Diversas ferramentas foram propostas para o ensino de alguma atividade de Engenharia de Software, mas poucas são relacionadas ao desenvolvimento de jogos digitais. Em [Sousa et al. 2012] uma ferramenta, o itestlearning, foi desenvolvida para ensinar sobre especificamente a atividade de testes. Nesta ferramenta o objetivo é o aprendizado das atividades de um processo de testes de software. Em [Morales and Nelson 2007] foi proposto um processo de desenvolvimento de jogos móveis de acordo com o processo de design de jogos. Dessa forma, o processo funciona mais como um guia de criação de jogos móveis do que um processo de desenvolvimento propriamente dito. O processo de desenvolvimento do produto integrado é composto de cinco passos, os quais são: 1) geração e avaliação de idéias; 2) desenvolvimento de modelo de negócios e caso de negócios; 3) aspectos legais; 4) projeto de pesquisa de mercado e experiência do usuário e 5) Implementação. Os testes são realizados na fase de implementação onde o software é construído. Uma lista com os dispositivos móveis relevantes para o mercado alvo é elaborada desde cedo no projeto. Dessa forma, os testes são feitos diretamente nos dispositivos móveis alvo e conduzidos por planos de teste padronizados e protocolos de testes. Outro trabalho identificado na literatura descreve o uso de desenvolvimento de jogos móveis como ferramenta motivacional para envolver os alunos no início de cursos de computação, descrevendo uma abordagem para desenvolvimento. Isso porque, segundo os autores, comparado ao desenvolvimento de jogo tradicional, a programação de jogos móveis é menos complexa, permitindo alunos com pouca experiência em programação criar jogos móveis [Kurkovsky 2009]. Em [Rodrigues et al. 2010] é apresentada uma proposta de Modelo de Processo para o desenvolvimento de jogos para aplicação na área de saúde para desenvolver um serious game para educação em higiene bucal de adulto. O modelo de processo desenvolvido se baseia na estrutura do RUP e possui um conjunto de quatro fases (Concepção, Pré- Produção, Produção e Pós-Produção) e dez disciplinas, estas divididas em sete disciplinas de criação (Análise de Mercado, Projeto Pedagógico-Educacional, Game Design, Projeto Técnico, Implementação, Teste e Distribuição) e três disciplinas de apoio (Gerência de Configuração e Mudanças, Gerência de Projeto e Ambiente).

3 3. Abordagem para o Ensino de Engenharia de Software no Desenvolvimento de Jogos Digitais A adaptação para o ensino de Engenharia de Software visando o desenvolvimento de jogos digitais é uma atividade que depende muito do ferramental utilizado. Características de mercado muitas vezes influenciam no processo de desenvolvimento de um tipo de software, pois muitas características dos projetos são dependentes de ferramentas, plataformas de software e hardware, e prazos de lançamento de produtos. Considerando estas restrições foi proposta neste trabalho uma abordagem para o ensino de Engenharia de Software no desenvolvimento de jogos digitais. Nesta abordagem, diversos conceitos tradicionais da Engenharia de Software podem ser trabalhados juntamente com as características inerentes ao desenvolvimento de jogos digitais. Para a construção da abordagem foi utilizado como base as atividades descritas por [Flynt and Salem 2005]. A abordagem tem o foco no ensino, portanto muitos pontos considerados importantes e comumente utilizados no desenvolvimento comercial não serão abordados. Sendo assim, as atividades da abordagem são: Especificar Requisitos, Projetar Produtos, Implementar Produtos e Testar Produtos. Atividades relacionadas à gestão também serão introduzidas na abordagem, especificamente Gerenciar Projetos e Gerenciar Configuração. A Figura 1 descreve a abordagem de maneira gráfica e ao longo do tempo. Figura 1. Visualização da abordagem proposta em alto nível A abordagem segue um modelo de ciclo de vida cascata para facilitar a adaptação à disciplina. Essa versão da abordagem é bastante simplificada em relação a um projeto de desenvolvimento de software tradicional, pois possui apenas fins didáticos. Porém, a abordagem só será aplicada após serem ministradas as aulas de ciclo de vida, modelos de processo e fases do processo. O professor atuará como cliente, mas também agirá como suporte ao processo e gestão. Espera-se com a realização dessas atividades que se possa adicionar o conhecimento de Engenharia de Software ao desenvolvimento de jogos de maneira que não mude as características da área e que possa se beneficiar da utilização de atividades básicas de Engenharia de Software. Em geral, o desenvolvimento de jogos segue um Game Design Document (GDD). Normalmente este documento possui elementos do ambiente, narrativa, tecnologia e

4 mecânica. Este, por sua vez, não é suficiente para o desenvolvimento tradicional de sistemas, aplicado pela Engenharia de Software. Então, na atividade Especificar Requisitos, os alunos devem elaborar User Stories ou requisitos funcionais em alto nível para complementar os requisitos do GDD. Como o GDD não é completo do ponto de vista de projeto, alguns elementos são adicionados para facilitar o projeto do jogo. Na atividade Projetar Produtos, um protótipo de telas ou do próprio jogo devem ser desenvolvidos, um diagrama de atividades também pode ser elaborado para facilitar a navegabilidade ou ações, e a arquitetura é descrita. Muitas vezes a arquitetura é dependente da ferramenta/plataforma de desenvolvimento utilizada no projeto, como o Unity3D 1. Nesse caso, a arquitetura acaba sendo orientada à plataforma. No caso de uma aplicação web, a arquitetura segue as tecnologias da plataforma utilizada, como java ou C#. No caso de desenvolvimento de aplicações móveis, a arquitetura também segue as características da tecnologias envolvidas, como Android ou ios. Em Implementar Produtos, o desenvolvimento dos produtos de trabalho ocorre orientado à arquitetura definida na atividade anterior, gerando o código fonte do jogo, testado de maneira individual (testes unitários), e as unidades integradas. Finalmente, na atividade Testar Produtos, os produtos desenvolvidos são testados. Os alunos realizam seus testes, e o professor testa todos os jogos desenvolvidos, a nível de testes funcionais. Para isso, casos de teste são elaborados e utilizado para realizar o aceite final do produto. Apenas duas atividades de gestão foram consideradas: Gerenciar Projetos e Gerenciar Configuração. Na atividade de Gerenciar Projetos, o professor juntamente com os alunos irá elaborar o planejamento do projeto, definindo as fases e os produtos a serem construídos. Cada projeto deverá definir datas de entrega parciais com produtos. O professor irá realizar um acompanhamento dos projetos semanalmente. Caso haja necessidade de replanejamento, as datas poderão ser revistas. No caso de dificuldades, o professor poderá mediar a resolução do problema, semelhante ao gerenciamento de impedimentos do SCRUM. Na atividade Gerenciar Configuração é utilizado o Dropbox como repositório de artefatos, permitindo a controle de acesso através de login/senha, compartilhamento dos artefatos, controle de versão e controle de mudanças. O produto final (jogo completo e documentação) deverá ser armazenado em pasta específica para facilitar os testes. Também deverá ser adicionado ao repositório um manual de instalação e configuração do jogo, assim como arquivos necessários. A Tabela 1 descreve cada uma das atividades de engenharia e gestão propostas de maneira resumida. 4. Avaliação da Abordagem Como estudo de caso, a abordagem foi empregada na disciplina de Engenharia de Software do curso de graduação Sistemas e Mídias Digitais (SMD) 3 da Universidade Federal do Ceará. O SMD possui a disciplina de Engenharia de Software para as habilitações de Sistemas de Informação Multimídia (SIM) e Jogos Digitais. Para a habilitação de SIM, 1 Unity3D Sistemas e Mídias Digitais -

5 Tabela 1. Resumo das atividades da abordagem proposta. Atividade Descrição Especificar Requisitos Elaborar GDD para o projeto e adicionar algum requisito complementar. Projetar Produtos Desenvolver a arquitetura jogo, orientada à plataforma de desenvolvimento. Implementar Produtos Desenvolver os produtos especificados. Testar Produtos Testar os produtos desenvolvidos conforme especificados. Gerência de Projetos Elaborar o planejamento do projeto, definindo fases e produtos a serem construídos. Gerência de Configuração Utilização do Dropbox 2 como repositório para atividades de gestão de configuração. a disciplina de Engenharia de Software é idêntica a que tradicionalmente oferecida em cursos de computação em geral. Para a habilitação em Jogos Digitais, o graduado terá perfil de: designer de jogos, desenvolvedor de jogos para computadores e consoles de video game, desenvolvedor de jogos para dispositivos móveis (celulares, tablets, etc), desenvolvedor de jogos para TV digital interativa, programador de sistemas para simulação computacional, projetista de aplicações para entretenimento eletrônico, dentre outras. A disciplina de Engenharia de Software foi ofertada no semestre para as duas habilitações. Para a habilitação de SIM a abordagem não foi aplicada, pois o foco da turma era desenvolvimento de sistemas comerciais tradicionais. Para a habilitação de jogos a turma utilizou a abordagem. Apenas 5 alunos estavam matriculados nessa disciplina, porém todos desenvolvem jogos digitais e já possuem experiência em projetos de desenvolvimento de jogos digitais em plataformas diferentes. O plano de aula da disciplina foi baseado nos cursos de Engenharia de Software e composto pelos seguitnes módulos: processos, modelos, requisitos, análise e projeto, implementação, testes, homologação, implantação, manutenção, metodologias ágeis, gerência de configuração, gerência de projeto e gerência de qualidade Aplicação da Abordagem A disciplina segue uma ementa tradicional de cursos de Engenharia de Software. Os conceitos mais utilizados foram explicados e exemplificados. Após algumas aulas os alunos já possuiam um conhecimento mínimo sobre processo de software, e então a abordagem foi apresentada. No trabalho final da disciplina, os alunos teriam que elaborar uma documentação alinhada com a abordagem e ter um jogo digital desenvolvido. A documentação consistia da elaboração de um GDD com a adição de requisitos funcionais mais formalizados, porém em alto nível, a descrição da arquitetura, casos de teste, e o executável. Os alunos teriam cerca de dois meses para cumprir todas as etapas da abordagem e também deveriam realizar acompanhamentos com o professor semanais e utilizar gerência de configuração no desenvolvimento. Na atividade Especificar Requisitos todos os alunos entregaram um GDD, vari-

6 ando apenas o artefato de requisito complementar, que foram casos de uso e lista de requisitos em alto nível, geralmente uma lista com requisitos funcionais e não funcionais. Em Projetar Produtos, os alunos entregaram a arquitetura do jogo, composta por diagramas arquiteturais com visões diferentes (visão em camadas, visão de implantação, etc). Muitas vezes foi totalmente orientada à plataforma de desenvolvimento. Adicionalmente, diagramas de classe foram elaborados para todos os jogos. Diagramas de sequência, atividades e telas foram desenvolvidos em alguns jogos. Na atividade Implementar Produtos, os códigos fonte foram desenvolvidos e realizados testes de unidade. Como a maioria dos jogos era dependente da plataforma utilizada pelos alunos, as tecnologias (linguagem de programação, componentes e padrões) também eram limitadas ao que a plataforma fornecia. Em Testar Produto, um pacote de instalação do jogo foi produzido. A exceção de uma aplicação Android para celular, todos foram disponibilizados para instalação na web. Casos de teste foram elaborados para que o professor avaliasse o jogo, assim como manuais de instalação e configuração. As atividades de gestão foram realizadas durante as aulas ou por . Estas atividades demandaram um esforço maior no início da disciplina para o planejamento de tarefas, quais produtos seriam desenvolvidos e os prazos de entrega. Em paralelo o ambiente de desenvolvimento foi preparado e disponibilizado no ambiente de gestão de configuração. O Dropbox foi utilizado por todos os alunos durante a disciplina. O acompanhamento do projeto foi orientado à produtos e tarefas, e realizado a cada aula, com identificação de problemas, e os devidos ajustes realizados conforme necessidade. Alguns alunos necessitaram de um acompanhamento mais rígido, pois tiveram dificuldade em cumprir os prazos estabelecidos e dificuldade na elaboração de alguns artefatos. Porém, essas dificuldades foram resolvidas com a elaboração de artefatos alternativos que descreviam aspectos estáticos e dinâmicos do jogo. A Figura 2 exibe alguns jogos desenvolvidos pelos alunos durante a disciplina. Figura 2. Jogos desenvolvidos na disciplina 4.2. Dificuldades e Lições Aprendidas A experiência de utilizar uma abordagem adaptada ao desenvolvimento de jogos digitais permitiu identificar diversos benefícios e dificuldades conforme os itens descritos a seguir: Atividades da Engenharia de Software: O desenvolvimento de jogos baseado em um GDD é mais narrativo do que gráfico. Assim, alguns aspectos da Engenharia de Software são perdidos. Alguns alunos trabalham em empresas de desenvolvimento de jogos, e não se sentiram confortáveis com alguns artefatos, como casos de uso e cronogramas. No início da disciplina os alunos sentiram dificuldades em relação aos modelos de ciclo de vida. Devido aos alunos serem usuários

7 de ferramentas de desenvolvimento de jogos, com foco em programação, eles não entendiam a utilidade da documentação de requisitos funcionais e não funcionais. Uma dificuldade que os alunos tiveram foi a descrição da arquitetura dos jogos quando mudava a plataforma das quais eles estavam acostumados a desenvolver. Uma prática comum no deenvolvimento de jogos são testes parciais ( beta ou demo ). Percebeu-se que o processo de implantação de um jogo pode ser ajustado como ocorre atualmente em muitas plataformas de desenvolvimento de jogos. Os alunos se identificaram com esta atividade, pois já haviam trabalhado anteriormente. A distribuição através de uma mídia física ou de um download, com as atualizações obtidas através da internet também foram situações descritas pelos próprios alunos. Tais atividades serão exploradas em turmas posteriores. Experiência Docente: Uma dificuldade de aplicação da disciplina foi a pouca experiência do professor em desenvolvimento jogos digitais, apesar do professor possuir experiência no ensino de Engenharia de Software e Desenvolvimento de Sistemas. Livros para Engenharia de Software tradicional, como Sommerville [Sommerville 2011] e Pressman [Pressman 2011], adotados nos cursos de computação descrevem um processo de desenvolvimento específico para jogos digitais, nem situações de jogos como exemplos ou artefatos comumente utilizados no desenvolvimento de jogos, como o GDD. Apenas um livro específico para Engenharia de Software para jogos foi encontrado, que foi adotado na disciplina [Flynt and Salem 2005]. Por outro lado, com a experiência de aplicação da abordagem, foi possível adquirir uma quantidade razoável de artefatos utilizados no processo de desenvolvimento de exemplos de jogos digitais, como: arquiteturas, modelos de desenvolvimento, requisitos e GDD. Um benefício da abordagem foi a conclusão de que o GDD não é suficiente para o desenvolvimento, pois diversos aspectos não estavam claros ou não existiam no documento, como exemplo as atividades de testes. Outra dificuldade foi encontrar exemplos de modelagem de jogos que seguissem aspectos mínimos da Engenharia de Software. Os exemplos foram construídos pelos próprios alunos ao longo do semestre. Identificação com RAD e Metodologias Ágeis: Os alunos não se interessaram no início por modelos de ciclo de vida. Porém ao estudarem o modelo de ciclo de vida Rapid Application Development (RAD), perceberam que era o que eles mais consideraram alinhado para o desenvolvimento de jogos devido a sua natureza de equipes multidisciplinares trabalhando em paralelo maneira independente, não necessariamente somente equipes de desenvolvimento, e ao final, uma fase para a integração. Normalmente exemplos de equipes são: programação, arte, design e som. As metodologias ágeis, especificamente o SCRUM, se justificam na colaboração ao desenvolvimento de jogos pela natureza prática do desenvolvimento de jogos e pela divisão de tarefas que podem ser distribuídas em pequenos incrementos (sprints). Uma dificuldade foi a utilização de fases e ciclos de desenvolvimento durante o trabalho, o que não ocorreu. Pretende-se adaptar a abordagem para que em futuras versões ela suporte o desenvolvimento com ciclos. Abordagem de Desenvolvimento: Muitos dos itens citados anteriormente foram identificados devido a aplicação da abordagem proposta. O maior benefício da abordagem foi o conhecimento por parte do professor de práticas comuns ao desenvolvimento de jogos, e para os alunos, conceitos de Engenharia de Software aplicados a jogos digitais, que eles normalmente utilizam, mas de maneira dife-

8 rente, seja com uma ferramenta, seja com um artefato de nomenclatura diferente. Ao final da disciplina foi realizada uma pequena discussão sobre a abordagem. Os alunos, que a princípio não estavam confortáveis com a utilização dos conceitos, se mostraram mais flexíveis na utilização das práticas pois perceberam a aplicabilidade de diversos conceitos, desde que orientados à realidade do desenvolvimento de jogos. 5. Conclusão Este trabalho propôs uma abordagem para o ensino de Engenharia de Software no desenvolvimento de jogos digitais. Essa necessidade se dá devido ao fato de que certos tipos de aplicações necessitam de uma adaptação das práticas da Engenharia de Software para que possam ter a devida utilidade, eficiência e produtividade. Foi realizado uma avaliação da abordagem, mas ainda de forma limitada aos alunos de uma turma de Engenharia de Software do curso de Sistemas e Mídias Digitais, cujo foco foi o desenvolvimento de jogos. Como primeira avaliação e primeira versão da abordagem o resultado foi satisfatório em relação ao desempenho dos alunos, porém ainda são necessários vários ajustes para que a abordagem tenha um melhor desempenho. O fato de ter sido a primeira vez em que a disciplina foi ofertada no curso teve um impacto nos objetivos da disciplina, que deverão ser ajustados em novas versões da abordagem. Como trabalhos futuros é necessário refinar e praticar mais as atividades definidas na abordagem. A utilização de metodologias ágeis de forma mais presente na abordagem também pode colaborar com o aumento no desempenho na turma. A utilização de ferramentas pelos alunos no auxílio tanto do projeto quanto da gestão é outro trabalho futuro a ser executado. Por fim, a aplicação da abordagem em outras turmas de Engenharia de Software. Referências Flynt, J. P. and Salem, O. (2005). Software Engineering for Game Developers. Thomson/Course Technology. Kurkovsky, S. (2009). Engaging students through mobile game development. In Proceedings of The 2009 Technical Symposium on Computer Science Education (SIGCSE 2009), Chattanooga, TN. Morales, C. and Nelson, D. (2007). Mobile 3D Games: From Start to Market. Charles River Media. Pressman, R. (2011). Engenharia de Software. McGraw-Hill Interamericana do Brasil, 7a. edition. Rodrigues, H. F., Machado, L. S., and Valença, A. M. G. (2010). Definição e aplicação de um modelo de processo para o desenvolvimento de serious games na Área de saúde. In Proceedings of the CSBC Workshop de Informática Médica, Belo Horizonte, MG. Sommerville, I. (2011). Engenharia de Software. Addison Wesley, 9a. edition. Sousa, V., Bezerra, C. I. M., Coutinho, E. F., and Santos, I. S. (2012). itest learning: Um jogo para o ensino do planejamento de testes de software. In CBSoft SBES - FEES 2012, Natal - RN.