H5游戏开发:套圈圈

2018/01/25 · HTML5 ·
游戏

原文出处: 凹凸实验室   

 

H5游戏开发:贪吃蛇

2017/09/28 · HTML5 · 1
评论 ·
游戏

原文出处:
凹凸实验室   

金沙城中心赌场 1
贪吃蛇的经典玩法有两种:

  1. 积分闯关
  2. 一吃到底

第一种是笔者小时候在掌上游戏机最先体验到的(不小心暴露了年龄),具体玩法是蛇吃完一定数量的食物后就通关,通关后速度会加快;第二种是诺基亚在1997年在其自家手机上安装的游戏,它的玩法是吃到没食物为止。笔者要实现的就是第二种玩法。

前言

虽然本文标题为介绍一个水压套圈h5游戏,但是窃以为仅仅如此对读者是没什么帮助的,毕竟读者们的工作生活很少会再写一个类似的游戏,更多的是面对需求的挑战。我更希望能举一反三,给大家在编写h5游戏上带来一些启发,无论是从整体流程的把控,对游戏框架、物理引擎的熟悉程度还是在某一个小难点上的思路突破等。因此本文将很少详细列举实现代码,取而代之的是以伪代码展现思路为主。

游戏 demo 地址:

MVC设计模式

基于贪吃蛇的经典,笔者在实现它时也使用一种经典的设计模型:MVC(即:Model
– View – Control)。游戏的各种状态与数据结构由 Model 来管理;View
用于显示 Model 的变化;用户与游戏的交互由 Control 完成(Control
提供各种游戏API接口)。

Model 是游戏的核心也是本文的主要内容;View 会涉及到部分性能问题;Control
负责业务逻辑。 这样设计的好处是: Model完全独立,View 是 Model
的状态机,Model 与 View 都由 Control 来驱动。

希望能给诸位读者带来的启发

  1. 技术选型
  2. 整体代码布局
  3. 难点及解决思路
  4. 优化点

Model

看一张贪吃蛇的经典图片。

金沙城中心赌场 2

贪吃蛇有四个关键的参与对象:

  1. 蛇(snake)
  2. 食物(food)
  3. 墙(bounds)
  4. 舞台(zone)

舞台是一个 m * n
的矩阵(二维数组),矩阵的索引边界是舞台的墙,矩阵上的成员用于标记食物和蛇的位置。

空舞台如下:

[ [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0], [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
[金沙城中心赌场 ,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0], [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0], [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0], [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0], [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0], ]

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[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
]

食物(F)和蛇(S)出现在舞台上:

[ [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0], [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
[0,0,F,0,0,0,0,0,0,0], [0,0,0,S,S,S,S,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0,S,0,0,0], [0,0,0,0,S,S,S,0,0,0],
[0,0,0,0,S,0,0,0,0,0], [0,0,0,0,S,0,0,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0], [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0], ]

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[0,0,0,S,S,S,S,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0,S,0,0,0],
[0,0,0,0,S,S,S,0,0,0],
[0,0,0,0,S,0,0,0,0,0],
[0,0,0,0,S,0,0,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
]

由于操作二维数组不如一维数组方便,所以笔者使用的是一维数组, 如下:

JavaScript

[ 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,F,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,S,S,S,S,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,S,0,0,0, 0,0,0,0,S,S,S,0,0,0,
0,0,0,0,S,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,S,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, ]

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0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,F,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,S,S,S,S,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,S,0,0,0,
0,0,0,0,S,S,S,0,0,0,
0,0,0,0,S,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,S,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
]

舞台矩阵上蛇与食物只是舞台对二者的映射,它们彼此都有独立的数据结构:

  • 蛇是一串坐标索引链表;
  • 食物是一个指向舞台坐标的索引值。

技术选型

一个项目用什么技术来实现,权衡的因素有许多。其中时间是必须优先考虑的,毕竟效果可以减,但上线时间是死的。

本项目预研时间一周,真正排期时间只有两周。虽然由项目特点来看比较适合走
3D 方案,但时间明显是不够的。最后保守起见,决定采用 2D
方案尽量逼近真实立体的游戏效果。

从游戏复杂度来考虑,无须用到 Egret 或 Cocos
这些“牛刀”,而轻量、易上手、团队内部也有深厚沉淀的
CreateJS 则成为了渲染框架的首选。

另外需要考虑的是是否需要引入物理引擎,这点需要从游戏的特点去考虑。本游戏涉及重力、碰撞、施力等因素,引入物理引擎对开发效率的提高要大于学习使用物理引擎的成本。因此权衡再三,我引入了同事们已经玩得挺溜的
Matter.js。( Matter.js
文档清晰、案例丰富,是切入学习 web 游戏引擎的一个不错的框架)

蛇的活动

蛇的活动有三种,如下:

  • 移动(move)
  • 吃食(eat)
  • 碰撞(collision)

整体代码布局

在代码组织上,我选择了面向对象的手法,对整个游戏做一个封装,抛出一些控制接口给其他逻辑层调用。

伪代码:

<!– index.html –> <!– 游戏入口 canvas –> <canvas
id=”waterfulGameCanvas” width=”660″ height=”570″></canvas>

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<!– index.html –>
<!– 游戏入口 canvas –>
<canvas id="waterfulGameCanvas" width="660" height="570"></canvas>

// game.js /** * 游戏对象 */ class Waterful { // 初始化函数 init ()
{} // CreateJS Tick,游戏操作等事件的绑定放到游戏对象内 eventBinding ()
{} // 暴露的一些方法 score () {} restart () {} pause () {} resume () {}
// 技能 skillX () {} } /** * 环对象 */ class Ring { // 于每一个
CreateJS Tick 都调用环自身的 update 函数 update () {} // 进针后的逻辑
afterCollision () {} }

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// game.js
/**
* 游戏对象
*/
class Waterful {
  // 初始化函数
  init () {}
  
  // CreateJS Tick,游戏操作等事件的绑定放到游戏对象内
  eventBinding () {}
  
  // 暴露的一些方法
  score () {}
  
  restart () {}
  
  pause () {}
  
  resume () {}
  
  // 技能
  skillX () {}
}
/**
* 环对象
*/
class Ring {
  // 于每一个 CreateJS Tick 都调用环自身的 update 函数
  update () {}
  
  // 进针后的逻辑
  afterCollision () {}
}

JavaScript

// main.js // 根据业务逻辑初始化游戏,调用游戏的各种接口 const waterful
= new Waterful() waterful.init({…})

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// main.js
// 根据业务逻辑初始化游戏,调用游戏的各种接口
const waterful = new Waterful()
waterful.init({…})

移动

蛇在移动时,内部发生了什么变化?

金沙城中心赌场 3

蛇链表在一次移动过程中做了两件事:向表头插入一个新节点,同时剔除表尾一个旧节点。用一个数组来代表蛇链表,那么蛇的移动就是以下的伪代码:

JavaScript

function move(next) { snake.pop() & snake.unshift(next); }

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function move(next) {
snake.pop() & snake.unshift(next);
}

数组作为蛇链表合适吗?
这是笔者最开始思考的问题,毕竟数组的 unshift & pop
可以无缝表示蛇的移动。不过,方便不代表性能好,unshift
向数组插入元素的时间复杂度是 O(n), pop 剔除数组尾元素的时间复杂度是
O(1)。

蛇的移动是一个高频率的动作,如果一次动作的算法复杂度为 O(n)
并且蛇的长度比较大,那么游戏的性能会有问题。笔者想实现的贪吃蛇理论上讲是一条长蛇,所以笔者在本文章的回复是
—— 数组不适合作为蛇链表

蛇链表必须是真正的链表结构。
链表删除或插入一个节点的时间复杂度为O(1),用链表作为蛇链表的数据结构能提高游戏的性能。javascript
没有现成的链表结构,笔者写了一个叫
Chain 的链表类,Chain
提供了 unshfit & pop。以下伪代码是创建一条蛇链表:

JavaScript

let snake = new Chain();

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let snake = new Chain();

由于篇幅问题这里就不介绍 Chain 是如何实现的,有兴趣的同学可以移步到:

初始化

游戏的初始化接口主要做了4件事情:

  1. 参数初始化
  2. CreateJS 显示元素(display object)的布局
  3. Matter.js 刚体(rigid body)的布局
  4. 事件的绑定

下面主要聊聊游戏场景里各种元素的创建与布局,即第二、第三点。

吃食 & 碰撞

「吃食」与「碰撞」区别在于吃食撞上了「食物」,碰撞撞上了「墙」。笔者认为「吃食」与「碰撞」属于蛇一次「移动」的三个可能结果的两个分支。蛇移动的三个可能结果是:「前进」、「吃食」和「碰撞」。

回头看一下蛇移动的伪代码:

JavaScript

function move(next) { snake.pop() & snake.unshift(next); }

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function move(next) {
snake.pop() & snake.unshift(next);
}

代码中的 next
表示蛇头即将进入的格子的索引值,只有当这个格子是0时蛇才能「前进」,当这个格子是
S 表示「碰撞」自己,当这个格子是 F表示吃食。

好像少了撞墙?
笔者在设计过程中,并没有把墙设计在舞台的矩阵中,而是通过索引出界的方式来表示撞墙。简单地说就是
next === -1 时表示出界和撞墙。

以下伪代码表示蛇的整上活动过程:

JavaScript

// B 表示撞墙 let cell = -1 === next ? B : zone[next]; switch(cell) {
// 吃食 case F: eat(); break; // 撞到自己 case S: collision(S); break;
// 撞墙 case B: collision(B): break; // 前进 default: move; }

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// B 表示撞墙
let cell = -1 === next ? B : zone[next];
switch(cell) {
// 吃食
case F: eat(); break;
// 撞到自己
case S: collision(S); break;
// 撞墙
case B: collision(B): break;
// 前进
default: move;
}

一、CreateJS 结合 Matter.js

阅读 Matter.js 的 demo 案例,都是用其自带的渲染引擎
Matter.Render。但是由于某些原因(后面会说到),我们需要使用 CreateJS
去渲染每个环的贴图。

不像 Laya 配有和 Matter.js 自身用法一致的 Render,CreateJS
需要单独创建一个贴图层,然后在每个 Tick 里把贴图层的坐标同步为 Matter.js
刚体的当前坐标。

伪代码:

JavaScript

createjs.Ticker.addEventListener(‘tick’, e => { 环贴图的坐标 =
环刚体的坐标 })

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createjs.Ticker.addEventListener(‘tick’, e => {
  环贴图的坐标 = 环刚体的坐标
})

使用 CreateJS 去渲染后,要单独调试 Matter.js
的刚体是非常不便的。建议写一个调试模式专门使用 Matter.js 的 Render
去渲染,以便跟踪刚体的运动轨迹。

随机投食

随机投食是指随机挑选舞台的一个索引值用于映射食物的位置。这似乎很简单,可以直接这样写:

JavaScript

// 伪代码 food = Math.random(zone.length) >> 0;

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// 伪代码
food = Math.random(zone.length) >> 0;

如果考虑到投食的前提 ——
不与蛇身重叠,你会发现上面的随机代码并不能保证投食位置不与蛇身重叠。由于这个算法的安全性带有赌博性质,且把它称作「赌博算法」。为了保证投食的安全性,笔者把算法扩展了一下:

JavaScript

// 伪代码 function feed() { let index = Math.random(zone.length)
>> 0; // 当前位置是否被占用 return zone[index] === S ? feed() :
index; } food = feed();

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// 伪代码
function feed() {
let index = Math.random(zone.length) >> 0;
// 当前位置是否被占用
return zone[index] === S ? feed() : index;
}
food = feed();

上面的代码虽然在理论上可以保证投食的绝对安全,不过笔者把这个算法称作「不要命的赌徒算法」,因为上面的算法有致命的BUG
—— 超长递归 or 死循环。

为了解决上面的致命问题,笔者设计了下面的算法来做随机投食:

JavaScript

// 伪代码 function feed() { // 未被占用的空格数 let len = zone.length –
snake.length; // 无法投食 if(len === 0) return ; // zone的索引 let index
= 0, // 空格计数器 count = 0, // 第 rnd 个空格子是最终要投食的位置 rnd =
Math.random() * count >> 0 + 1; // 累计空格数 while(count !==
rnd) { // 当前格子为空,count总数增一 zone[index++] === 0 && ++count;
} return index – 1; } food = feed();

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// 伪代码
function feed() {
// 未被占用的空格数
let len = zone.length – snake.length;
// 无法投食
if(len === 0) return ;
// zone的索引
let index = 0,
// 空格计数器
count = 0,
// 第 rnd 个空格子是最终要投食的位置
rnd = Math.random() * count >> 0 + 1;
// 累计空格数
while(count !== rnd) {
// 当前格子为空,count总数增一
zone[index++] === 0 && ++count;
}
return index – 1;
}
food = feed();

这个算法的平均复杂度为 O(n/2)。由于投食是一个低频操作,所以
O(n/2)的复杂度并不会带来任何性能问题。不过,笔者觉得这个算法的复杂度还是有点高了。回头看一下最开始的「赌博算法」,虽然「赌博算法」很不靠谱,但是它有一个优势
—— 时间复杂度为 O(1)。

「赌博算法」的靠谱概率 = (zone.length – snake.length) /
zone.length。snake.length
是一个动态值,它的变化范围是:0 ~ zone.length。推导出「赌博算法」的平均靠谱概率是:

「赌博算法」平均靠谱概率 = 50%

看来「赌博算法」还是可以利用一下的。于是笔者重新设计了一个算法:

新算法的平均复杂度可以有效地降低到 O(n/4),人生有时候需要点运气 : )。

二、环

本游戏的难点是要以 2D 去模拟 3D,环是一点,进针的效果是一点,先说环。

环由一个圆形的刚体,和半径稍大一些的贴图层所组成。如下图,蓝色部分为刚体:

金沙城中心赌场 4

伪代码:

JavaScript

class Ring { constructor () { // 贴图 this.texture = new
createjs.Sprite(…) // 刚体 this.body = Matter.Bodies.circle(…) } }

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class Ring {
  constructor () {
    // 贴图
    this.texture = new createjs.Sprite(…)
    // 刚体
    this.body = Matter.Bodies.circle(…)
  }
}

View

在 View 可以根据喜好选择一款游戏渲染引擎,笔者在 View 层选择了 PIXI
作为游戏游戏渲染引擎。

View 的任务主要有两个:

  1. 绘制游戏的界面;
  2. 渲染 Model 里的各种数据结构

也就是说 View
是使用渲染引擎还原设计稿的过程。本文的目的是介绍「贪吃蛇」的实现思路,如何使用一个渲染引擎不是本文讨论的范畴,笔者想介绍的是:「如何提高渲染的效率」。

在 View 中显示 Model 的蛇可以简单地如以下伪代码:

上面代码的时间复杂度是
O(n)。上面介绍过蛇的移动是一个高频的活动,我们要尽量避免高频率地运行
O(n) 的代码。来分析蛇的三种活动:「移动」,「吃食」,「碰撞」。
首先,Model 发生了「碰撞」,View 应该是直接暂停渲染 Model
里的状态,游戏处在死亡状态,接下来的事由 Control 处理。
Model
中的蛇(链表)在一次「移动」过程中做了两件事:向表头插入一个新节点,同时剔除表尾一个旧节点;蛇(链表)在一次「吃食」过程中只做一件事:向表头插入一个新节点

金沙城中心赌场 5

如果在 View 中对 Model 的蛇链表做差异化检查,View
只增量更新差异部分的话,算法的时间复杂度即可降低至 O(1) ~ O(2)
。以下是优化后的伪代码:

三、刚体

为什么把刚体半径做得稍小呢,这也是受这篇文章
推金币
里金币的做法所启发。推金币游戏中,为了达到金币间的堆叠效果,作者很聪明地把刚体做得比贴图小,这样当刚体挤在一起时,贴图间就会层叠起来。所以这样做是为了使环之间稍微有点重叠效果,更重要的也是当两个紧贴的环不会因翻转角度太接近而显得留白太多。如图:

金沙城中心赌场 6

为了模拟环在水中运动的效果,可以选择给环加一些空气摩擦力。另外在实物游戏里,环是塑料做成的,碰撞后动能消耗较大,因此可以把环的
restitution 值调得稍微小一些。

需要注意 Matter.js
中因为各种物理参数都是没有单位的,一些物理公式很可能用不上,只能基于其默认值慢慢进行微调。下面的
frictionAir 和 restitution 值就是我慢慢凭感觉调整出来的:

JavaScript

this.body = Matter.Bodies.circle(x, y, r, { frictionAir: 0.02,
restitution: 0.15 })

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this.body = Matter.Bodies.circle(x, y, r, {
  frictionAir: 0.02,
  restitution: 0.15
})

Control

Control 主要做 3 件事:

  1. 游戏与用户的互动
  2. 驱动 Model
  3. 同步 View 与 Model

「游戏与用户的互动」是指向外提供游戏过程需要使用到的 APIs 与
各类事件。笔者规划的 APIs 如下:

name type deltail
init method 初始化游戏
start method 开始游戏
restart method 重新开始游戏
pause method 暂停
resume method 恢复
turn method 控制蛇的转向。如:turn(“left”)
destroy method 销毁游戏
speed property 蛇的移动速度

事件如下:

name detail
countdown 倒时计
eat 吃到食物
before-eat 吃到食物前触发
gameover 游戏结束

事件统一挂载在游戏实例下的 event 对象下。

「驱动 Model 」只做一件事 —— 将 Model
的蛇的方向更新为用户指定的方向

「同步 View 与 Model 」也比较简单,检查 Model 是否有更新,如果有更新通知
View 更新游戏界面。

四、贴图

环在现实世界中的旋转是三维的,而 CreateJS
只能控制元素在二维平面上的旋转。对于一个环来说,二维平面的旋转是没有任何意义的,无论如何旋转,都只会是同一个样子。

想要达到环绕 x 轴旋转的效果,一开始想到的是使用 rotation +
scaleY。虽然这样能在视觉上达到目的,但是 scaleY
会导致环有被压扁的感觉,图片会失真:

金沙城中心赌场 7

显然这样的效果是不能接受的,最后我采取了逐帧图的方式,最接近地还原了环的旋转姿态:

金沙城中心赌场 8

金沙城中心赌场 9

注意在每个 Tick 里需要去判断环是否静止,若非静止则继续播放,并将贴图的
rotation 值赋值为刚体的旋转角度。如果是停止状态,则暂停逐帧图的播放:

JavaScript

// 贴图与刚体位置的小数点后几位有点不一样,需要降低精度 const x1 =
Math.round(texture.x) const x2 = Math.round(body.position.x) const y1 =
Math.round(texture.y) const y2 = Math.round(body.position.y) if (x1 !==
x2 || y1 !== y2) { texture.paused && texture.play() texture.rotation =
body.angle * 180 / Math.PI } else { !texture.paused && texture.stop() }
texture.x = body.position.x texture.y = body.position.y

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// 贴图与刚体位置的小数点后几位有点不一样,需要降低精度
const x1 = Math.round(texture.x)
const x2 = Math.round(body.position.x)
const y1 = Math.round(texture.y)
const y2 = Math.round(body.position.y)
if (x1 !== x2 || y1 !== y2) {
  texture.paused && texture.play()
  texture.rotation = body.angle * 180 / Math.PI
} else {
  !texture.paused && texture.stop()
}
  
texture.x = body.position.x
texture.y = body.position.y

结语

下面是本文介绍的贪吃蛇的线上
DEMO 的二维码:

金沙城中心赌场 10

游戏的源码托管在:

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金沙城中心赌场 11

五、舞台

舞台需要主要由物理世界、背景图,墙壁,针所组成。

1. 物理世界

为了模拟真实世界环在水中的向下加速度,可以把 y 方向的 g 值调小:

JavaScript

engine.world.gravity.y = 0.2

1
engine.world.gravity.y = 0.2

左右重力感应对环的加速度影响同样可以通过改变 x 方向的 g 值达到:

JavaScript

// 最大倾斜角度为 70 度,让用户不需要过分倾斜手机 // 0.4
为灵敏度值,根据具体情况调整
window.addEventListener(‘deviceorientation’, e => { let gamma =
e.gamma if (gamma < -70) gamma = -70 if (gamma > 70) gamma = 70
this.engine.world.gravity.x = (e.gamma / 70) * 0.4 })

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// 最大倾斜角度为 70 度,让用户不需要过分倾斜手机
// 0.4 为灵敏度值,根据具体情况调整
window.addEventListener(‘deviceorientation’, e => {
  let gamma = e.gamma
  if (gamma < -70) gamma = -70
  if (gamma > 70) gamma = 70
  this.engine.world.gravity.x = (e.gamma / 70) * 0.4
})

2. 背景图

本游戏布景为游戏机及海底世界,两者可以作为父容器的背景图,把 canvas
的位置定位到游戏机内即可。canvas 覆盖范围为下图的蓝色蒙层:

金沙城中心赌场 12

3. 墙壁

因为环的刚体半径比贴图半径小,因此墙壁刚体需要有一些提前位移,环贴图才不会溢出,位移量为
R – r(下图红线为墙壁刚体的一部分):

金沙城中心赌场 13

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