时空幻境|如何实现时间倒流的魔法

前言

时空幻境是一款很有趣的独立游戏，游戏最大的一个特点是可以让时间倒流，回到前面的位置，灵活运用时间倒退的功能，触发各种机关，完成关卡。

关于时间倒流的思考

如何让游戏内的时间倒退，这是一个有趣的问题，在第一次这个游戏的时候，还是蛮震惊的，或许是第一次遇到这种类型的游戏，时间倒退的机制让人眼前一亮，当时并没有多想，现在从程序的角度思考，如何实现这一机制呢？

命令模式

使用命令模式来实现是一种可能的方法。

命令模式：将请求封装成对象，以便使用不同的请求、日志、队列等来参数化其他对象。命令模式也支持撤销操作。

定义看起来有些晦涩，其实并不难理解。在做游戏的时候，我们会将玩家的输入操作转换为游戏内的一个动作。比如按↑跳跃之类的。命令模式定义了一个Comand基类，而其他操作都会继承这个基类，并实现execute()和undo()，大概是这样的：

class Command {
public:
    //GameActor 是对应游戏中的“游戏对象”类
    virtual void execute(GameActor& actor) = 0;
    virtual void undo(GameActor& actor) = 0;
};

class JumpCommand : Command {
public:
    virtual void execute(GameActor& actor) {
        actor.jump();
    }
    virtual void undo(GameActor& actor) {
        actor.undoJump();
    }
};

这样我们就把游戏内对象的动作封装到了Command类中，控制一个角色就相当于执行一系列Command命令。这样做的好处是，我们可以记录用户的操作，把命令保存在一个stack中，当时间倒退的时候，只需要取出一个个Command命令，然后执行undo操作就可以了。

命令模式的好处是实现完各种命令以后，实现时间倒退，前进，加速减速就很简单了，只要不断执行execute或者undo就好了。缺点也很明显，这些命令并不好实现……

在时空幻境中，主角的动作其实比较少，只有跑跑跳跳，还是比较好实现的，但是也有很多其他的物体，这些物体也在运动，并可能与主角进行交互，所以如果用命令模式，实现起来还是相当复杂的。

备忘录模式

另一种方式比较暴力，就是备忘录模式，也就是保存游戏状态。

备忘录模式（Memento）：在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态，这样以后就可将该对象恢复到原先保存的状态。

这个模式不用多说，就是每一帧将当前世界的状态做一个快照保存下来，然后当时间倒退的时候直接读取状态就好了。这种方法的好处就是：很好写，速度快。缺点当然就是比较耗费内存。

究竟有多么消耗内存呢？其实可以大概计算一下，假设一个关卡中有20个需要记录状态的游戏对象，每个对象大概需要6~7个属性（位置，移动速度和其他属性等，这里不太确定，不过我觉得需要的属性应该不多），出了位置以外，其他属性应该并不需要很高的精度，可以进行优化，不过这里还是先按照8个字节来算。那么游戏运行1个小时大概需要的内存就是：
一帧需要的内存 = 2068 = 960（byte）**
一秒如果设定为60帧，那么内存消耗 = 960 * 60 = 57600 （byte）
** 一个小时的内存消耗 = 57600 * 3600 / 1024 / 1024 = 197 （MB）**

接近200MB的消耗！这确实非常多，但是也并非不可行。还是有很多优化方案的，比如减少保存属性的字节。或者采用增量的保存方式，不是没帧都去保存所有值，而是保存改变值，这样会节省大量无效的内存，因为大部分时间，玩家可能是站在某个地方傻傻不动的。

利用上面的方法应该可以剩下一大半内存，另外，应该很少有人在一个章节玩一个小时，大概10~20分钟基本都可以完成了。实际上这个数字还算比较理想的了。