Flappy Bird是13年红极一时的小游戏，其简单有趣的玩法和变态的难度形成了强烈反差，引发全球玩家竞相把玩，欲罢不能！遂选择复刻这个小游戏，在实现的过程中向大家演示Compose工具包的UI组合、数据驱动等重要思想。
Ⅰ．拆解游戏
不记得这个游戏或完全没玩过的朋友，可以点击下面的链接，体验一下Flappy Bird的玩法。
为拆解游戏，笔者也录了一段游戏过程。
反复观看这段GIF，可以发现游戏的一些规律：
- 远处的建筑和近处的土壤是静止不动的
- 小鸟一直在上下移动，伴随着翅膀和身体的飞翔姿态
- 管道和路面则不断地向左移动，营造出小鸟向前飞翔的视觉效果
通过截图、切图、填充像素和简单的PS，可以拿到各元素的图片。 
Ⅱ．复刻画面
各方卡司已就位，接下来开始布置整个画面。暂不实现元素的移动效果，先把静态的整体效果搭建好。
ⅰ．布置远近景
静止不动的建筑远景最为简单，封装到可组合函数FarBackground里，内部放置一张图片即可。
@Composable
fun FarBackground(modifier: Modifier) {
Column {
Image(
painter = painterResource(id = R.drawable.background),
contentScale = ContentScale.FillBounds,
contentDescription = null,
modifier = modifier.fillMaxSize()
)
}
}
远景的下面由分割线、路面和土壤组成，封装到NearForeground函数里。通过Modifier的fraction参数控制路面和土壤的比例，保证在不同尺寸屏幕上能按比例呈现游戏界面。
@Composable
fun NearForeground(...) {
Column( modifier ) {
// 分割线
Divider(
color = GroundDividerPurple,
thickness = 5.dp
)
// 路面
Box(modifier = Modifier.fillMaxWidth()) {
Image(
painter = painterResource(id = R.drawable.foreground_road),
...
modifier = modifier
.fillMaxWidth()
.fillMaxHeight(0.23f)
)
}
}
// 土壤
Image(
painter = painterResource(id = R.drawable.foreground_earth),
...
modifier = modifier
.fillMaxWidth()
.fillMaxHeight(0.77f)
)
}
}
将整个游戏画面抽象成GameScreen函数，通过Column竖着排列远景和前景。考虑到移动的小鸟和管道需要呈现在远景之上，所以在远景的外面包上一层Box组件。
@Composable
fun GameScreen( ... ) {
Column( ... ) {
Box(modifier = Modifier
.align(Alignment.CenterHorizontally)
.fillMaxWidth()
) {
FarBackground(Modifier.fillMaxSize())
}
Box(modifier = Modifier
.align(Alignment.CenterHorizontally)
.fillMaxWidth()
) {
NearForeground(
modifier = Modifier.fillMaxSize()
)
}
}
}
ⅱ．摆放管道
仔细观察管道，会发现一些管道具备朝上朝下、高度随机的特点。为此将管道的视图分拆成盖子和柱子两部分：
- 盖子和柱子的放置顺序决定管道的朝向
- 柱子的高度则控制着管道整体的高度 这样的话，只使用盖子和柱子两张图片，就可以灵活实现各种形态的管道。
先来组合盖子PipeCover和柱子PipePillar的可组合函数。
@Composable
fun PipeCover() {
Image(
painter = painterResource(id = R.drawable.pipe_cover),
contentScale = ContentScale.FillBounds,
contentDescription = null,
modifier = Modifier.size(PipeCoverWidth, PipeCoverHeight)
)
}
@Composable
fun PipePillar(modifier: Modifier = Modifier, height: Dp = 90.dp) {
Image(
painter = painterResource(id = R.drawable.pipe_pillar),
contentScale = ContentScale.FillBounds,
contentDescription = null,
modifier = modifier.size(50.dp, height)
)
}
管道的可组合函数Pipe可以根据照朝向和高度的参数，组合成对应的管道。
@Composable
fun Pipe(
height: Dp = HighPipe,
up: Boolean = true
) {
Box( ... ) {
Column {
if (up) {
PipePillar(Modifier.align(CenterHorizontally), height - 30.dp)
PipeCover()
} else {
PipeCover()
PipePillar(Modifier.align(CenterHorizontally), height - 30.dp)
}
}
}
}
另外，管道都是成对出现、且无论高度如何中间的间距是固定的。所以我们再实现一个管道组的可组合函数PipeCouple。
@Composable
fun PipeCouple( ... ) {
Box(...) {
GetUpPipe(height = upHeight,
modifier = Modifier
.align(Alignment.TopEnd)
)
GetDownPipe(height = downHeight,
modifier = Modifier
.align(Alignment.BottomEnd)
)
}
}
将PipeCouple添加到FarBackground的下面，管道就放置完毕了。
@Composable
fun GameScreen( ... ) {
Column(...) {
Box(...) {
FarBackground(Modifier.fillMaxSize())
// 管道对添加远景上去
PipeCouple(
modifier = Modifier.fillMaxSize()
)
}
...
}
}
ⅲ．放置小鸟
小鸟通过Image组件即可实现，默认情况下放置到布局的Center方位。
@Composable
fun Bird( ... ) {
Box( ... ) {
Image(
painter = painterResource(id = R.drawable.bird_match),
contentScale = ContentScale.FillBounds,
contentDescription = null,
modifier = Modifier
.size(BirdSizeWidth, BirdSizeHeight)
.align(Alignment.Center)
)
}
}
视觉上小鸟呈现在管道的前面，所以Bird可组合函数要添加到管道组函数的后面。
@Composable
fun GameScreen( ... ) {
Column(...) {
Box(...) {
...
PipeCouple( ... )
// 将小鸟添加到远景上去
Bird(
modifier = Modifier.fillMaxSize(),
state = viewState
)
}
}
}
至此，各元素都放置完了。接下来着手让小鸟，管道和路面这些动态元素动起来。
Ⅲ．状态管理和架构
Compose中Modifier#offset()函数可以更改视图在横纵方向上的偏移值，通过不断地调整这个偏移值，即可营造出动态的视觉效果。无论是小鸟还是管道和路面，它们的移动状态都可以依赖这个思路。
那如何管理这些持续变化的偏移值数据？如何将数据反映到画面上？
Compose通过State驱动可组合函数进行重组，进而达到画面的重绘。所以我们将这些数据封到ViewState中，交由ViewModel框架计算和更新，Compose订阅State之后驱动所有元素活动起来。除了个元素的偏移值数据，State中还要存放游戏分值，游戏状态等额外信息。
data class ViewState(
val gameStatus: GameStatus = GameStatus.Waiting,
// 小鸟状态
val birdState: BirdState = BirdState(),
// 管道组状态
val pipeStateList: List = PipeStateList,
var targetPipeIndex: Int = -1,
// 路面状态
val roadStateList: List = RoadStateList,
var targetRoadIndex: Int = -1,
// 分值数据
val score: Int = 0,
val bestScore: Int = 0,
)
enum class GameStatus {
Waiting,
Running,
Dying,
Over
}
用户点击屏幕会触发游戏开始、重新开始、小鸟上升等动作，这些视图上的事件需要反向传递给ViewModel处理和做出响应。事件由Clickable数据类封装，再转为对应的GameAction发送到ViewModel中。
data class Clickable(
val onStart: () -> Unit = {},
val onTap: () -> Unit = {},
val onRestart: () -> Unit = {},
val onExit: () -> Unit = {}
)
sealed class GameAction {
object Start : GameAction()
object AutoTick : GameAction()
object TouchLift : GameAction()
object Restart : GameAction()
}
前面说过，可以不断调整下Offset数据使得视图动起来。具体实现可以通过LaunchedEffect启动一个定时任务，定期发送一个更新视图的动作AutoTick。注意：Compose里获取ViewModel实例发生NoSuchMethodError错误的话，记得按照官方构建的版本重新Sync一下。
setContent {
FlappyBirdTheme {
Surface(color = MaterialTheme.colors.background) {
val gameViewModel: GameViewModel = viewModel()
LaunchedEffect(key1 = Unit) {
while (isActive) {
delay(AutoTickDuration)
gameViewModel.dispatch(GameAction.AutoTick)
}
}
Flappy(Clickable(
onStart = {
gameViewModel.dispatch(GameAction.Start)
}...
))
}
} ViewModel收到Action后开启协程，计算视图的位置、更新对应State，之后发射出去。
class GameViewModel : ViewModel() {
fun dispatch(...) {
response(action, viewState.value)
}
private fun response(action: GameAction, state: ViewState) {
viewModelScope.launch {
withContext(Dispatchers.Default) {
emit(when (action) {
GameAction.AutoTick -> run {
// 路面，管道组以及小鸟移动的新State获取
...
state.copy(
gameStatus = GameStatus.Running,
birdState = newBirdState,
pipeStateList = newPipeStateList,
roadStateList = newRoadStateList
)
}
...
})
}
}
}
}
Ⅳ．路面动起来
如果画面上只放一张路面图片，更改X轴Offset的话，剩余的部分会没有路面，无法呈现出不断移动的效果。
思前想后，发现放置两张路面图片可以解决：一张放在屏幕外侧，一张放在屏幕内侧。游戏的过程中同时同方向移动两张图片，当前一张图片移出屏幕后重置其位置，进而营造出道路不断移动的效果。
@Composable
fun NearForeground( ... ) {
val viewModel: GameViewModel = viewModel()
Column( ... ) {
...
// 路面
Box(modifier = Modifier.fillMaxWidth()) {
state.roadStateList.forEach { roadState ->
Image(
...
modifier = modifier
...
// 不断调整路面在x轴的偏移值
.offset(x = roadState.offset)
)
}
}
...
if (state.playZoneSize.first > 0) {
state.roadStateList.forEachIndexed { index, roadState ->
// 任意路面的偏移值达到两张图片位置差的时候
// 重置路面位置，重新回到屏幕外
if (roadState.offset <= - TempRoadWidthOffset) {
viewModel.dispatch(GameAction.RoadExit, roadIndex = index)
}
}
}
}
}
ViewModel收到RoadExit的Action之后通知路面State进行位置的重置。
class GameViewModel : ViewModel() {
private fun response(action: GameAction, state: ViewState) {
viewModelScope.launch {
withContext(Dispatchers.Default) {
emit(when (action) {
GameAction.RoadExit -> run {
val newRoadState: List =
if (state.targetRoadIndex == 0) {
listOf(state.roadStateList[0].reset(), state.roadStateList[1])
} else {
listOf(state.roadStateList[0], state.roadStateList[1].reset())
}
state.copy(
gameStatus = GameStatus.Running,
roadStateList = newRoadState
)
}
})
}
}
}
}
data class RoadState (var offset: Dp = RoadWidthOffset) {
// 移动路面
fun move(): RoadState = copy(offset = offset - RoadMoveVelocity)
// 重置路面
fun reset(): RoadState = copy(offset = TempRoadWidthOffset)
}
Ⅴ．管道动起来
设备屏幕宽度有限，同一时间最多呈现两组管道就可以了。和路面运动的思路类似，只需要放置两组管道，就可以实现管道不停移动的视觉效果。
具体的话，两组管道相隔一段距离放置，游戏中两组管道一起同时向左移动。当前一组管道运动到屏幕外的时候，将其位置重置。
那如何计算管道移动到屏幕外的时机？
画面重组的时候判断管道偏移值是否达到屏幕宽度，YES的话向ViewModel发送管道重置的Action。
@Composable
fun PipeCouple(
modifier: Modifier = Modifier,
state: ViewState = ViewState(),
pipeIndex: Int = 0
) {
val viewModel: GameViewModel = viewModel()
val pipeState = state.pipeStateList[pipeIndex]
Box( ... ) {
//从State中获取管道的偏移值，在重组的时候让管道移动
GetUpPipe(height = pipeState.upHeight,
modifier = Modifier
.align(Alignment.TopEnd)
.offset(x = pipeState.offset)
)
GetDownPipe(...)
if (state.playZoneSize.first > 0) {
...
// 移动到屏幕外的时候发送重置Action
if (pipeState.offset < - playZoneWidthInDP) {
viewModel.dispatch(GameAction.PipeExit, pipeIndex = pipeIndex)
}
}
}
}
ViewModel收到PipeExit的Action后发起重置管道数据，并将更新发射出去。
class GameViewModel : ViewModel() {
private fun response(action: GameAction, state: ViewState) {
viewModelScope.launch {
withContext(Dispatchers.Default) {
emit(when (action) {
GameAction.PipeExit -> run {
val newPipeStateList: List =
if (state.targetPipeIndex == 0) {
listOf(
state.pipeStateList[0].reset(),
state.pipeStateList[1]
)
} else {
listOf(
state.pipeStateList[0],
state.pipeStateList[1].reset()
)
}
state.copy(
pipeStateList = newPipeStateList
)
}
})
}
}
}
}
但相比路面，管道还具备高度随机、间距固定的特性。所以重置位置的同时记得将柱子的高度随机赋值，并给另一根柱子赋值剩余的高度。
data class PipeState (
var offset: Dp = FirstPipeWidthOffset,
var upHeight: Dp = ValueUtil.getRandomDp(LowPipe, HighPipe),
var downHeight: Dp = TotalPipeHeight - upHeight - PipeDistance
) {
// 移动管道
fun move(): PipeState =
copy(offset = offset - PipeMoveVelocity)
// 重置管道
fun reset(): PipeState {
// 随机赋值上面管道的高度
val newUpHeight = ValueUtil.getRandomDp(LowPipe, HighPipe)
return copy(
offset = FirstPipeWidthOffset,
upHeight = newUpHeight,
// 下面管道的高度由差值赋值
downHeight = TotalPipeHeight - newUpHeight - PipeDistance
)
}
}
需要留意一点的是，如果希望管道组出现的节奏固定，那么管道组之间的横向间距（不是上下管道的间距）始终需要保持一致。为此两组管道初始的Offset数据要遵循一些规则，此处省略计算的过程，大概规则如下。
val FirstPipeWidthOffset = PipeCoverWidth * 2
// 第二组管道的offset等于
// 屏幕宽度 加上 三倍第一组管道offset 的一半
val SecondPipeWidthOffset = (TotalPipeWidth + FirstPipeWidthOffset * 3) / 2
val PipeStateList = listOf(
PipeState(),
PipeState(offset = (SecondPipeWidthOffset))
)
Ⅵ．小鸟飞起来
不断调整小鸟图片在Y轴上的偏移值可以实现小鸟的上下移动。但相较于路面和管道，小鸟的需要些特有的处理：
- 监听用户的点击事件，向上调整偏移值实现上升效果
- 在上升和下降的过程中，调整小鸟的
Rotate角度，以演示运动的姿态 - 在触碰到路面的时刻，发送
HitGround的Action停止游戏
@Composable
fun GameScreen(...) {
...
Column(
modifier = Modifier
.fillMaxSize()
.background(ForegroundEarthYellow)
.run {
pointerInteropFilter {
when (it.action) {
// 监听点击事件，触发游戏开始或小鸟上升
ACTION_DOWN -> {
if (viewState.gameStatus == GameStatus.Waiting)
clickable.onStart()
else if (viewState.gameStatus == GameStatus.Running)
clickable.onTap()
}
...
}
false
}
}
) { ... }
}
小鸟根据State的Offset数据开始移动和调整姿态，同时在触地的时候告知ViewModel。因为下降的偏移值误差可能导致触地的那刻小鸟位置发生偏差，所以在小鸟下落到路面的临界点后需要手动调整下Offset值。
@Composable
fun Bird(...) {
...
// 根据小鸟上升或下降的状态调整小鸟的Roate角度
val rotateDegree =
if (state.isLifting) LiftingDegree
else if (state.isFalling) FallingDegree
else PendingDegree
Box(...) {
var correctBirdHeight = state.birdState.birdHeight
if (state.playZoneSize.second > 0) {
...
val fallingThreshold = BirdHitGroundThreshold
// 小鸟偏移值达到背景边界时发送落地Action
if (correctBirdHeight + fallingThreshold >= playZoneHeightInDP / 2) {
viewModel.dispatch(GameAction.HitGround)
// 修改下offset值避免下落到临界位置的误差
correctBirdHeight = playZoneHeightInDP / 2 - fallingThreshold
}
}
Image(
...
modifier = Modifier
.size(BirdSizeWidth, BirdSizeHeight)
.align(Alignment.Center)
.offset(y = correctBirdHeight)
// 将旋转角度应用到小鸟，展示飞翔姿态
.rotate(rotateDegree)
)
}
}
Ⅶ．碰撞和实时分值
动态的元素都实现好了，下一步开始安排碰撞算法，并将实时分值同步展示到游戏上方。
仔细思考，发现当管道组移动到小鸟飞翔区域的时候，计算小鸟是否处在管道区域即可判断是否产生了碰撞。而当管道移动出小鸟飞翔范围的时候，即可判定小鸟成功穿过了管道，开始计分。
如下图所示当管道移动到小鸟飞翔区域的时候，红色部分为危险地带，绿色部分才是安全区域。
@Composable
fun GameScreen(...) {
...
Column(...) {
Box(...) {
...
// 添加实时展示分值的Text组件
ScoreBoard(
modifier = Modifier.fillMaxSize(),
state = viewState,
clickable = clickable
)
// 遍历两个管道组，检查小鸟的穿过状态
if (viewState.gameStatus == GameStatus.Running) {
viewState.pipeStateList.forEachIndexed { pipeIndex, pipeState ->
CheckPipeStatus(
viewState.birdState.birdHeight,
pipeState,
playZoneWidthInDP,
playZoneHeightInDP
).also {
when (it) {
// 碰撞到管道的话通知ViewModel，安排坠落
PipeStatus.BirdHit -> {
viewModel.dispatch(GameAction.HitPipe)
}
// 成功通过的话通知ViewModel计分
PipeStatus.BirdCrossed -> {
viewModel.dispatch(GameAction.CrossedPipe, pipeIndex = pipeIndex)
}
}
}
}
}
}
}
}
@Composable
fun CheckPipeStatus(...): PipeStatus {
// 管道尚未移动到小鸟运动区域
if (pipeState.offset - PipeCoverWidth > - zoneWidth / 2 + BirdSizeWidth / 2) {
return PipeStatus.BirdComing
} else if (pipeState.offset - PipeCoverWidth < - zoneWidth / 2 - BirdSizeWidth / 2) {
// 小鸟成功穿过管道
return PipeStatus.BirdCrossed
} else {
val birdTop = (zoneHeight - BirdSizeHeight) / 2 + birdHeightOffset
val birdBottom = (zoneHeight + BirdSizeHeight) / 2 + birdHeightOffset
// 管道移动到小鸟运动区域并和小鸟重合
if (birdTop < pipeState.upHeight || birdBottom > zoneHeight - pipeState.downHeight) {
return PipeStatus.BirdHit
}
return PipeStatus.BirdCrossing
}
}
ViewModel收到碰撞HitPipe和穿过管道CrossedPipe的Action后进行坠落或计分的处理。
class GameViewModel : ViewModel() {
private fun response(action: GameAction, state: ViewState) {
viewModelScope.launch {
withContext(Dispatchers.Default) {
emit(when (action) {
GameAction.HitPipe -> run {
// 撞击到管道后快速坠落
val newBirdState = state.birdState.quickFall()
state.copy(
// 并将游戏Status更新为Dying
gameStatus = GameStatus.Dying,
birdState = newBirdState
)
}
GameAction.CrossedPipe -> run {
val targetPipeState = state.pipeStateList[state.targetPipeIndex]
// 计算过分值的话跳过，避免重复计分
if (targetPipeState.counted) {
return@run state.copy()
}
// 标记该管道组已经统计过分值
val countedPipeState = targetPipeState.count()
val newPipeStateList = if (state.targetPipeIndex == 0) {
listOf(countedPipeState, state.pipeStateList[1])
} else {
listOf(state.pipeStateList[0], countedPipeState)
}
state.copy(
pipeStateList = newPipeStateList,
// 当前分值累加
score = state.score + 1,
// 最高分取最高分和当前分值的较大值即可
bestScore = (state.score + 1).coerceAtLeast(state.bestScore)
)
}
})
}
}
}
}当小鸟碰撞到了管道，立刻将下落的速度提高，并将Rotate角度加大，营造出快速坠落的效果。
@Composable
fun Bird(...) {
...
val rotateDegree =
if (state.isLifting) LiftingDegree
else if (state.isFalling) FallingDegree
else if (state.isQuickFalling) DyingDegree
else if (state.isOver) DeadDegree
else PendingDegree
}
Ⅷ．结束分值和重新开始
结束和实时两种分值功能有交叉，统一封装到ScoreBoard可组合函数中，根据游戏状态自由切换。
游戏结束时展示的信息较为丰富，包含本次分值、最高分值，以及重新开始和退出两个按钮。为了方便视图的Preview和提高重组性能，我们将其拆分为单个分值、按钮、分值仪表盘和结束分值四个部分。
Compose的Preview功能很好用，但要留意一点：其Composable函数里不要放入ViewModel逻辑，否则会渲染失败。我们可以拆分UI和ViewModel逻辑，在保证Preview能顺利进行的同时能复用视图部分的代码。
@Composable
fun ScoreBoard(...) {
when (state.gameStatus) {
// 开始的状态下展示简单的实时分值
GameStatus.Running -> RealTimeBoard(modifier, state.score)
// 结束的话展示丰富的仪表盘
GameStatus.Over -> GameOverBoard(modifier, state.score, state.bestScore, clickable)
}
}
// 包含丰富分值和按钮的Box组件
@Composable
fun GameOverBoard(...) {
Box(...) {
Column(...) {
GameOverScoreBoard(
Modifier.align(CenterHorizontally),
score,
maxScore
)
Spacer(...)
GameOverButton(modifier = Modifier.wrapContentSize().align(CenterHorizontally), clickable)
}
}
}
丰富分值和按钮的可组合函数的分别实现。
// 展示丰富分值，包括背景边框、当前分值和最高分值
@Composable
fun GameOverScoreBoard(...) {
Box(...) {
// Score board background
Image(
painter = painterResource(id = R.drawable.score_board_bg),
...
)
Column(...) {
LabelScoreField(modifier, R.drawable.score_bg, score)
Spacer(
modifier = Modifier
.wrapContentWidth()
.height(3.dp)
)
LabelScoreField(modifier, R.drawable.best_score_bg, maxScore)
}
}
}
// 重新开始和退出按钮
@Composable
fun GameOverButton(...) {
Row(...) {
// 重新开始按钮
Image(
painter = painterResource(id = R.drawable.restart_button),
...
modifier = Modifier
...
.clickable(true) {
clickable.onRestart()
}
)
Spacer(...)
// 退出按钮
Image(
painter = painterResource(id = R.drawable.exit_button),
...
modifier = Modifier
...
.clickable(true) {
clickable.onExit()
}
)
}
}
再监听重新开始和退出按钮的事件，发送Restart和Exit的Action。Exit的响应比较简单，直接关闭Activity即可。
setContent {
FlappyBirdTheme {
Surface(color = MaterialTheme.colors.background) {
val gameViewModel: GameViewModel = viewModel()
Flappy(Clickable(
...
onRestart = {
gameViewModel.dispatch(GameAction.Restart)
},
onExit = {
finish()
}
))
}
}
}
Restart则要告知ViewModel去重置各种游戏数据，包括小鸟位置、管道和道路的位置、以及分值，但最高分值数据应当保留下来。
class GameViewModel : ViewModel() {
private fun response(action: GameAction, state: ViewState) {
viewModelScope.launch {
withContext(Dispatchers.Default) {
emit(when (action) {
GameAction.Restart -> run {
state.reset(state.bestScore)
}
})
}
}
}
}
data class ViewState(
...
// 重置State数据，最高分值除外
fun reset(bestScore: Int): ViewState =
ViewState(bestScore = bestScore)
}
Ⅸ．最终效果
给复刻好的游戏做个Logo：采用小鸟的Icon和特有的蓝色背景作成的Adaptive Icon。
从点击Logo到游戏结束再到重新开始，录制一段完整游戏。
复刻的效果还是比较完整的，但仍然有不少可以优化和扩展的地方：
- 比如增加简易模式的选择。可以从小鸟的升降幅度、管道的间隔、管道移动的速度、连续出现的组数等角度入手
- 增加翅膀扇动的姿态。实现的话也不难，比如将小鸟的翅膀部分扣出来，在飞翔的过程中不断地来回Rotate一定角度
Canvas自定义描画。部分视图元素采用的是图片，其实也可以通过Canvas来实现，顺道强化一下Compose的描画使用
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