《XNA高级编程：Xbox 360和Windows》3-8

3.8 Breakout游戏

     前面介绍了很多辅助类，现在是时候使用它们了。这里我将跳过游戏的构思阶段， Breakout 游戏只有单人模式，对手则是砖块，所以可以把它说成是 Pong 游戏缩略版本。最初 Breakout 游戏是由 Nolan Bushnell 和 Steve Wozniak 发明的，并在 1976 年由 Atari 公司发行。在这个早期版本中，它仅仅是个黑白游戏，就像 Pong 游戏一样。但为了让它更有意思，给显示器蒙了一层透明条纹来给砖块上色（如图 3-13 所示）。

图3-13

     您也将做一个这样的游戏，并使用一些 Pong 的游戏组件以及前面介绍的辅助类。 Breakout 比 Pong 游戏更加复杂，它可以设置很多级别，而且有很大的改进空间。例如， Arkanoid 就是 Breakout 游戏的克隆版本，并且在 20 世纪 80 到 90 年代有一大批的游戏都是基于这个创意，它们添加了武器系统、更好的图形特效，以及通过变换砖块的摆放位置来设置不同的级别。

     从图 3-14 中可以看到， BreakoutGame 类的结构很像上一章的 Pong 类，同时使用 SpriteHelper 类取代上一章的 sprite 操作方式，其它一些内部方法和调用也换成了对应的辅助类。例如， StartLevel 方法根据当前 level 值产生新的随机 level 值，这里就使用了 RandomHelper 类产生这些随机值。

图3-14

     注意，这个类中还包含了一些测试方法，在下一章中将对它们和辅助类做一些改进，下一章主要介绍了 BaseGame 和 TestGame 类，它们使对游戏类的处理，尤其是单元测试变得更加简单，而且更有条理。

     图 3-15 展示了接下来要做的 Breakout 游戏的总体样子，它非常有趣，肯定会比 Pong 游戏更能让人多玩几次，因为 Pong 游戏只有两个人玩的时候才比较有意思。 Breakout 游戏使用了 Pong 游戏项目中的背景素材和两个声音文件，另外还为球板（ paddle ）、球和砖块使用了一个新的素材 BreakoutGame.png ，添加过关（ BreakoutVictory.wav ）和打碎砖块（ BreakoutBlockKill.wav ）声效。

图3-15

Breakout中的单元测试

     在开始复制 / 粘贴上一章项目的代码、使用新的辅助类以及绘制新的游戏元素之前，您应该仔细考虑一下整个游戏以及可能遇到的问题。当然，您可以不用这么做，而直接开始实现游戏，但后面可能会遇到很难解决的问题，比如碰撞检测，它也是这个游戏最难的部分。单元测试可以帮助您，可以很容易地检查游戏的基本功能，帮助您组织代码，只编写真正需要的东西。就如以前一样，先从游戏最直观的部分开始，并测试它，然后添加更多的单元测试直到所有部分都完成，最后把所有部分组合起来并测试最终的游戏。

     下面是 Breakout 游戏中使用的单元测试的简单介绍，更详细的内容可以查看本章的源代码。此时还没有 TestGame 类，所以您还得像上一章那样来进行单元测试，或者作为更好的选择，查看下一章中的相关内容来做静态单元测试。此处只有三个单元测试，但它们会被反反复复地使用和修改。

• TestSounds：测试项目新增的几个声音特效，按下空格键、Alt键、Control键和Shift键来播放不同的声音。我还在播放下一个声音之前添加了一个小小的停顿，这样更容易听清楚。这个测试用来检查为这个游戏新建的XACT项目。
• TestGameSprites：这个测试最初是用来测试SpriteHelper类的，不过后来所有代码都被移到了游戏类的Draw方法中。它还用来初始化游戏中的砖块，这部分代码被移到了构造函数中。这个测试告诉您的重点并不是去写一个复杂的测试，因为该测试本身只有4行代码，重点是利用测试让您编写游戏的生活更加简单。需要的时候您可以从这些单元测试中复制一些有用的代码来用。静态单元测试没有必要像动态单元测试那样完美，因为您只在构建和测试游戏的时候使用它们。当游戏能运行之后，您将不再需要这些静态单元测试，除非后面还需要它们随时对游戏进行测试。
• TestBallCollisions：就像上一章一样碰撞检测是最有用的单元测试。此处要检测球接触屏幕边缘和球板时是否真的会发生碰撞，这部分只要使用上一章的代码并做些较小的改动就行了。然后就是更加复杂的砖块碰撞检测代码，这个稍后将详细介绍。另外，您还可以想出很多其他的方法来检测碰撞，如果愿意的话还可以对游戏进行一些改进。例如，可以试着把球发射到砖块墙的后面，看看它能否把所有的砖块都打碎。

Breakout的级别

     因为 Breakout 要使用的很多东西在 Pong 游戏里都是现成的，所以可以跳过那些相似的或者完全相同的实现代码，您要关注的是 Breakout 游戏里的那些新的变量：

///   <summary>
///  How many block columns and rows are displayed?
///   </summary>
const   int  NumOfColumns  =   14 ,NumOfRows  =   12 ;

///   <summary>
///  Current paddle positions, 0 means left, 1 means right.
///   </summary>
float  paddlePosition  =   0.5f ;

///   <summary>
///  Level we are in and the current score.
///   </summary>
int  level  =   0 , score  =   - 1 ;

///   <summary>
///  All blocks of the current play field. If they are
///  all cleared, we advance to the next level.
///   </summary>
bool [,] blocks  =   new   bool [NumOfColumns, NumOfRows];

///   <summary>
///  Block positions for each block we have, initialized in Initialize().
///   </summary>
Vector2[,] blockPositions  =   new  Vector2[NumOfColumns, NumOfRows];

///   <summary>
///  Bounding boxes for each of the blocks, also precalculated and checked
///  each frame if the ball collides with one of the blocks.
///   </summary>
BoundingBox[,] blockBoxes  =   new  BoundingBox[NumOfColumns, NumOfRows];

     首先定义砖块的最大列数和行数，以决定砖块数量的最大值，在第一级的时候不会填满砖块，只使用砖块最大数量的 10% 。球板位置的计算也比 Pong 游戏中的简单一些，因为这里只有一个玩家。还要保存当前游戏的级别以及得分，这些在 Pong 游戏中是没有的。在 Pong 游戏中每个玩家只有三条命，当三条命都没了游戏就结束了。而在 Breakout 中，玩家从第一级开始，可以不断地向上升级，直到输了球为止。这里分数不会非常高，也不用处理任何游戏字体，所以级数和分数就直接在窗口的标题栏上进行更新。

     接下来定义砖块，最重要的一个数组就是 blocks ，它会告诉您当前使用哪个砖块。 Blocks 在每一级开始之前初始化，而 blockPositions 和 blockBoxes 只在游戏类的构造函数中初始化一次，其中 blockPositions 用来计算渲染砖块的中心位置， blockBoxes 用来确定砖块的碰撞检测的边界盒（ bounding box ）。要注意的是，这些数据都没有使用屏幕坐标系统，所有的位置数据在 0-1 范围内， 0 代表左边或者顶部， 1 代表右边或者底部。这种方式可以使游戏独立于分辨率，而且使渲染碰撞检测更加容易。

     级别是在 StartLevel 方法中产生的，这个方法在游戏开始以及升级的时候被调用：

void  StartLevel()
{
     //  Randomize levels, but make it more harder each level
     for  ( int  y  =   0 ; y  <  NumOfRows; y ++ )
         for  ( int  x  =   0 ; x  <  NumOfColumns; x ++ )
            blocks[x, y]  =  RandomHelper.GetRandomInt( 10 )  <  level + 1 ;
     //  Use the lower blocks only for later levels
     if  (level  <   6 )
         for  ( int  x  =   0 ; x  <  NumOfColumns; x ++ )
            blocks[x, NumOfRows  -   1 ]  =   false ;
     if  (level  <   4 )
         for  ( int  x  =   0 ; x  <  NumOfColumns; x ++ )
            blocks[x, NumOfRows  -   2 ]  =   false ;
     if  (level  <   2 )
         for  ( int  x  =   0 ; x  <  NumOfColumns; x ++ )
            blocks[x, NumOfRows  -   3 ]  =   false ;
     //  Halt game
    ballSpeedVector  =  Vector2.Zero;
     //  Wait until user presses space or A to start a level.
    pressSpaceToStart  =   true ;
     //  Update title
    Window.Title  =
         " XnaBreakout - Level  "   +  (level + 1 )  +   "  - Score  "   +  Math.Max( 0 , score);
}  //  StartLevel

     在第一个 for 循环里，根据当前级别重新设置砖块数组的值。在第 1 级中， level 等于 0 ，只使用 10% 的砖块。 RandomHelper.GetRandomInt(10) 方法返回值在 0-9 范围内，小于 1 的概率只有 10% 。在第 2 级，这个概率就上升到 20% ，当到达第 10 级或者更高，那就是 100% 了。实际上游戏没有上限，只要想玩就可以一直玩下去。

     然后清除底下三行的砖块，这样游戏开始的几级就会容易一些。在第三级的时候，会移除 2 行，在第 5 级的时候就只移除 1 行，到了 7 级以后所有的行都显示出来。

     和 Pong 游戏不同的是，在新游戏开始的时候球并不马上运动，球停留在球板上，直到用户按下空格键或者 A 键才开始运动。然后球朝着一个随机方向离开球板，在砖块、屏幕边缘以及球板之间来回运动，当所有的砖块都被打碎了玩家就赢了，或者玩家没有接到球而输了。

     最后，更新窗口的标题栏来显示到目前为止玩家的级数和得分。在这个简单的版本中，玩家每打碎一个砖块只得到 1 分，达到 100 分就非常棒了。但就如我之前所说的，游戏没有限制，尽量取得更高的分数来体验游戏的快乐。

游戏循环

     Pong 游戏中的循环非常简单，包含了大部分的用户输入以及碰撞检测代码。 Breakout 的循环就稍微复杂一些，因为这里要处理球的两种不同状态。一种状态是球静止在球板上，等待用户按下空格键来开始游戏；另一种状态是游戏开始之后，此时要检测球与屏幕边缘、球板和砖块之间的碰撞。

     Update 方法中的大部分结构都和上一章的很像，处理第二个玩家的代码被去掉了，同时也增加了一些新的代码：

//  Game not started yet? Then put ball on paddle.
if  (pressSpaceToStart)
{
    ballPosition  =   new  Vector2(paddlePosition,  0.95f   -   0.035f );
     //  Handle space
     if  (keyboard.IsKeyDown(Keys.Space)  ||
        gamePad.Buttons.A  ==  ButtonState.Pressed)
    {
        StartNewBall();
    }  //  if
}  //  if
else
{
     //  Check collisions
    CheckBallCollisions(moveFactorPerSecond);
     //  Update ball position and bounce off the borders
    ballPosition  +=  ballSpeedVector  *
        moveFactorPerSecond  *  BallSpeedMultiplicator;
     //  Ball lost?
     if  (ballPosition.Y  >   0.985f )
    {
         //  Play sound
        soundBank.PlayCue( " PongBallLost " );
         //  Show lost message, reset is done above in StartNewBall!
        lostGame  =   true ;
        pressSpaceToStart  =   true ;
         //  Play sound
        soundBank.PlayCue( " PongBallLost " );
         //  Game over, reset to level 0
        level  =   0 ;
        StartLevel();
         //  Show lost message
        lostGame  =   true ;
    }  //  if
     //  Check if all blocks are killed and if we won this level
     bool  allBlocksKilled  =   true ;
     for  ( int  y  =   0 ; y  <  NumOfRows; y ++ )
         for  ( int  x  =   0 ; x  <  NumOfColumns; x ++ )
             if  (blocks[x, y])
            {
                allBlocksKilled  =   false ;
                 break ;
            }  //  for for if
     //  We won, start next level
     if  (allBlocksKilled  ==   true )
    {
         //  Play sound
        soundBank.PlayCue( " BreakoutVictory " );
        lostGame  =   false ;
        level ++ ;
        StartLevel();
    }  //  if
}  //  else

     首先检查是否已经开始游戏了，如果没有，重设球的位置，把它放在球板中心。然后检查用户是否按下了空格键或者 A 键，如果按下就开始游戏（随机设置 ballSpeedVector 的值并把球向砖块发射出去）。

     其中最重要的一个方法就是 CheckBallCollisions ，这个方法稍后再介绍。然后就像 Pong 游戏那样更新球的位置，并检查是否没有接到球。如果没有接到球，游戏结束，玩家可以从第 1 级重新开始。

     最后，检查是否所有砖块都被打碎了，如果是，则播放胜利的音效，此时屏幕上出现“ You Won! ”信息（在 Draw 方法中），按下空格键就可以进入下一级了。

绘制游戏

     使用 SpriteHelper 类以后 Draw 方法变得更加简洁了：

protected   override   void  Draw(GameTime gameTime)
{
     //  Render background
    background.Render();
    SpriteHelper.DrawSprites(width, height);
     //  Render all game graphics            
    paddle.RenderCentered(paddlePosition,  0.95f );
    ball.RenderCentered(ballPosition);
     //  Render all blocks
     for  ( int  y  =   0 ; y  <  NumOfRows; y ++ )
         for  ( int  x  =   0 ; x  <  NumOfColumns; x ++ )
             if  (blocks[x, y])
                block.RenderCentered(blockPositions[x, y]);
     if  (pressSpaceToStart  &&
        score  >=   0 )
    {
         if  (lostGame)
            youLost.RenderCentered( 0.5f ,  0.65f ,  2 );
         else
            youWon.RenderCentered( 0.5f ,  0.65f ,  2 );
    }  //  if
     //  Draw all sprites on the screen
    SpriteHelper.DrawSprites(width, height);
     base .Draw(gameTime);
}  //  Draw(gameTime)

     首先渲染背景。这里不必先清空背景，因为背景纹理会填充整个游戏背景。为了确保其他所有游戏元素都能在背景之上渲染出来，要在渲染其他元素之前先把背景画出来。

     接下来画球板和球，因为使用了 SpriteHelper 类中的 RenderCentered 方法，这个操作就很简单了。这个方法有三个重载版本，如下所示：

public   void  RenderCentered( float  x,  float  y,  float  scale)
{
    Render( new  Rectangle(
        ( int )(x  *   1024   -  scale  *  gfxRect.Width / 2 ),
        ( int )(y  *   768   -  scale  *  gfxRect.Height / 2 ),
        ( int )(scale  *  gfxRect.Width),
        ( int )(scale  *  gfxRect.Height)));
}  //  RenderCentered(x, y)

public   void  RenderCentered( float  x,  float  y)
{
    RenderCentered(x, y,  1 );
}  //  RenderCentered(x, y)

public   void  RenderCentered(Vector2 pos)
{
    RenderCentered(pos.X, pos.Y);
}  //  RenderCentered(pos)

     RenderCentered 方法接收一个 Vector2 类型的参数，或者两个 float 类型的参数，并按照 1024×768 的分辨率按比例缩放计算位置。然后， SpriteHelper 类的 DrawSprites 方法再把所有的游戏元素从 1024×768 的分辨率按比例缩放到当前的屏幕分辨率。这听起来很复杂，但它用起来很方便。

     接下来渲染本级中的所有砖块，这也很简单，因为砖块的位置已经在构造函数中计算好了。下面是初始化砖块位置的代码：

//  Init all blocks, set positions and bounding boxes
for  ( int  y  =   0 ; y  <  NumOfRows; y ++ )
     for  ( int  x  =   0 ; x  <  NumOfColumns; x ++ )
    {
        blockPositions[x, y]  =   new  Vector2(
             0.05f   +   0.9f   *  x  /  ( float )(NumOfColumns  -   1 ),
             0.066f   +   0.5f   *  y  /  ( float )(NumOfRows  -   1 ));
        Vector3 pos  =   new  Vector3(blockPositions[x, y],  0 );
        Vector3 blockSize  =   new  Vector3(
            GameBlockRect.X / 1024.0f , GameBlockRect.Y / 768 ,  0 );
        blockBoxes[x, y]  =   new  BoundingBox(
            pos  -  blockSize / 2 ,
            pos  +  blockSize / 2 );
    }  //  for for

其中变量 blockBoxes 用于存储砖块的边界盒数据，用于碰撞检测，这个稍后介绍。位置计算也很简单， x 坐标范围从 0.05 到 0.95 ，也可以把常量 NumOfColumns 的值改成 20 ，这样就会有更多的砖块。

     最后，如果玩家升级了或者输了，就会在屏幕上渲染对应的消息。然后，调用 SpriteHelper 类的 DrawSprites 方法渲染所有的游戏元素输出到屏幕上。看看对应的单元测试中是如何渲染砖块、球板和游戏信息的，我就是从单元测试开始的，然后才去实现游戏。

碰撞检测

     Breakout 游戏中的碰撞检测要比 Pong 游戏稍微复杂一点，因为 Pong 游戏中只要检测与挡板和屏幕边缘的碰撞。这里最复杂的部分就是，当球撞击砖块的时候能正确地反弹回来。完整的检测代码请查看本章的源代码。

     像上一个游戏一样，这里也有球、屏幕边缘和球板等元素。只有砖块是新的元素，并且为了检测每一个碰撞，每一帧都要检测所有这些砖块。图 3-16 是撞击砖块的碰撞检测示意图：

图3-16

     仔细看一下砖块的碰撞检测代码。屏幕边缘和球板的碰撞检测与 Pong 游戏中的基本上一样，而且可以使用 TestBallCollisions 单元测试来检查。而在检测砖块的碰撞时，要检测所有砖块，看看球的边界盒是否和砖块的边界盒发生了碰撞。实际的游戏代码还要稍微复杂一些，因为要检测撞上了边界盒的哪一边，球要向哪个方向反弹。不过其余代码和整体思想都是一样的。

//  Ball hits any block?
for  ( int  y  =   0 ; y  <  NumOfRows; y ++ )
     for  ( int  x  =   0 ; x  <  NumOfColumns; x ++ )
         if  (blocks[x, y])
        {
             //  Collision check
             if  (ballBox.Intersects(blockBoxes[x, y]))
            {
                 //  Kill block
                blocks[x, y]  =   false ;
                 //  Add score
                score ++ ;
                 //  Update title
                Window.Title  =
                     " XnaBreakout - Level  "   +  (level  +   1 )  +   "  - Score  "   +  score;
                 //  Play sound
                soundBank.PlayCue( " BreakoutBlockKill " );
                 //  Bounce ball back
              ballSpeedVector  =   - ballSpeedVector;
                 //  Go outa here, only handle 1 block at a time
                 break ;
            }  //  if
        }  //  for for if