《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 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)。
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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 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 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。
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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 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。

     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。
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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 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。

     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 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:

《XNA高级编程:Xbox 360和Windows》3-8_第4张图片

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

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