android 游戏导引(3. 图形引擎之模型管理)
上一节中，我们构建了一个自己的场景世界。可以在内部绘制一些基本图元了。本来这一节要说说贴图的，想想还是休息下，放个小插曲，思考下模型的管理，游戏引擎相关的东西。这些东西跟 cocos2d 很像，可能是 iphone 下常用 cocos2d 的缘故吧， 反正成熟且成功的东西，我们拿来用就行了。
源码下载： 点我吧
1 面向对象吧
基于教程到这里的进度，我们要会议几个图元模型的话，就要显式的在 onDrawFrame 中绘制。基于面向对象的思想，我们知道我们绘制的模型仅仅是一个渲染单位而已，并且我们在 onDrawFrame 的操作只是一个opengl 访问。 因此基于接口，我们的一个渲染模型类就诞生了。
2 模型父子链:树
你也许会说，上面要渲染的模型太多的时候太散乱了。想到这里，说明你还是一个合格的程序员，有着对完美的执着。与其手动的管理，不如让程序自己管理。大家想想，如果是一个复杂的模型，比如一个人，它是有众多细小的模型构成的，比如脑袋，胳膊，腿等， 而脑袋又有鼻子，耳朵，嘴巴等构成。哈哈，这就是一个树形的结构了，看下结构特征:
- 一个父节点有0个或多个子节点
- 一个字节点最多有一个父节点
一个对象的父子关系如下:
现在游戏多采用树形模型管理，而且在 GUI 系统中也大放异彩。有了树形管理，我们可以轻易的将一种类型的鼻子安装到不同人的脑袋上，不用重复发明轮子了。
好了，现在我们的 onDrawFrame 中的形式是这样的了，右边的模型对象是一个封装好的单位，可能内部许多子节点。
3 层式屏幕管理
我们最终是要把模型绘制到屏幕上，我们思考下面问题:
- 屏幕上有众多模型需要渲染。比如一个人在草原中散步。概括讲人模型，还有草原，太阳，河流等等。
- 屏幕上的模型又可以归为不同的类别。如草原，太阳，河流这些是背景，我们控制的人是前景。
于是，层式管理来了，我们的渲染根结点称为场景 Scene, 分为不同的层 Layer, 在每一层上挂接着具体的模型。看下图就明白了，(注:来自cocos2d-python 文档)
为了向渲染 onDrawFrame 突出接口，Scene 和 Layer 也是一个渲染模型单位。
看看我们添加层式屏幕管理后的效果, 我们将所有要绘制的东西添加到一个场景中，就直接对这个场景节点 glVisit() 就可以了:
每个模型突出一个 glVisit()，这个函数的主要功能是调用自身绘制函数 draw() 然后对各个字节点逐个调用 glVisit().
4 游戏引擎
一个游戏引擎的设计遵循的原则是: 逻辑要和渲染分离，尽量将opengl 最小程度封装在底层，上层使用尽量不要触及底层api，尽量让核心代码原理android系统的api。组件最小集合应该包含下面几种:
- 图形引擎，我们上述讨论的就是
- 事件分派系统，手机应用是基于触摸事件的，所以独立出来(事实上，也是一个调度器)
- 时间调度器，游戏除了触摸时间还有自身的时间事件，如动画
其他的可能用到的组件有碰撞检测系统，输入系统，寻路算法等等。
游戏引擎的丰富会在以后的教程中逐步增设，今天这一节算是个开头，弄了个简单的图形引擎，也会在接下来随着需求的需要丰富其功能和接口。为了便于从 android 相关代码中解脱出来，添加一个 GameSystem 单件类:
public class GameSystem {
private static GameSystem instance_ = new GameSystem();
public static GameSystem getInstance() { return instance_; }
// 场景
private GlObject runningScene_= null;
private int width = 0; // opengl的场景尺寸
private int height = 0;
public void setWindowSize(int width, int height)
{
this.width = width;
this.height = height;
}
public int getWindowWidth() { return this.width; }
public int getWindowHeight() { return this.height; }
// 设定场景
public void setScene(GlObject scene){ runningScene_ = scene; }
//
public void glVisit(GL10 gl) {
if (runningScene_ != null)
runningScene_.glVisit(gl);
}
}
我们将其插入到 android 代码的三个地方:
- Activity 的 onCreate 方法中，设定WindowSize: setWindowSize. 设定初始场景 setScene
- Renderer 的 onDrawFrame 方法中，来访问GameSystem 的游戏场景 glVisit
5 代码实现
在屏幕中除了上面的接口以外，增加的是坐标点，存储的是相对坐标，相对于父节点而言，用于描述模型的位置。这个坐标点不要理解为顶点数组中的顶点坐标。 可以这样理解，你将画笔移动到坐标点处，然后在此处依据顶点数组来绘制。代码较长，省略了一些，可以下载源码。
public class GlObject {
protected GlObject parent = null; // 父节点
protected LinkedList<GlObject> children = new LinkedList<GlObject>();// 字节点
private boolean visible = true; // 可访问（对 gl）
float x = 0;
float y = 0;
// 父子链管理
public void addChild(GlObject obj) {
children.add(obj);
obj.parent = this;
}
public void removeChild(GlObject obj) {
obj.parent = null;
children.remove(obj);
}
public void setParent(GlObject p) {
if (parent != null) parent.removeChild(this);
p.addChild(p);
}
public GlObject getParent() { return parent; }
// 坐标
float getX() { return x; }
float getY() { return y; }
void setXY(float x, float y) {
this.x = x;
this.y = y;
}
// visible
public void setVisible(boolean v) { visible = true; }
public boolean getVisible() { return visible; }
// 外部gl访问接口
public void glVisit(GL10 gl) {
if (!visible) return;
gl.glPushMatrix();
gl.glTranslatef(x, y, 0);
this.draw(gl);
for (GlObject child : children)
child.glVisit(gl);
gl.glPopMatrix();
}
// 绘制自身:子类重写此方法
public void draw(GL10 gl) {}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//// 一些常用的图元绘制
// 绘制正方形
public static void drawQuater(GL10 gl, float left, float top, float right,float bottom) {
// 略
}
// 绘制三角形
public static void drawTriangle(GL10 gl, float oneX, float oneY,float twoX, float twoY, float threeX, float threeY) {
// 略
}
// 绘制扇形
public static void drawArc(GL10 gl, float length, float startAngle,float sweepAngle) {
// 略
}
// 绘制直线
public static void drawLine(GL10 gl, float oneX, float oneY, float twoX,float twoY) {
// 略
}
}
6 绘制一个 android 机器人
代码还是以前的，绘制图元，只不过经过本章的洗礼，代码封装性和扩展性上有了进步。一个机器人有下面的结构组成:
- 身体
- 头
- 脸
- 眼睛 * 2
- 天线
- 腿 * 2
- 胳膊 * 2
- 设定 GameSystem 的初始游戏场景:
public class GlGame extends Activity {
/** Called when the activity is first created. */
@Override
public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
// 。。。。略
// 初始化游戏系统:
// ... 屏幕大小
{
DisplayMetrics dm = new DisplayMetrics();
getWindowManager().getDefaultDisplay().getMetrics(dm);
GameSystem.getInstance().setWindowSize(dm.widthPixels, dm.heightPixels);
}
// ...设定初始场景
GameSystem.getInstance().setScene(new AndroidScene());
//..... setContentView 代码
}
}
2. 添加一个场景类 AndroidScene 作为我们的画布，我们将会在其上绘制机器人
public class AndroidScene extends GlObject{
AndroidRobot robot = new AndroidRobot();
public AndroidScene(){
super();
// 在屏幕中心绘制
robot.setXY(GameSystem.getInstance().getWindowWidth()/2, GameSystem.getInstance().getWindowHeight()/2);
addChild(robot);
}
}
3. 添加一个机器人渲染模型 AndroidRobot, 代码太长， 折叠之:
public class AndroidRobot extends GlObject{
GlColor color = new GlColor(); //一个封装着 rgba 四元素的简单类
public AndroidRobot() {
super();
// 颜色为绿色
color.set(0,1,0,0);
//body
// 2 arms
// 2 leg
// head: 2 eyes, 2 line, face
Arm arms[] = new Arm[2];
Leg legs[] = new Leg[2];
Head head;
Body body;
// 构建身体部位
arms[0] = new Arm();
arms[1] = new Arm();
legs[0] = new Leg();
legs[1] = new Leg();
head = new Head();
body = new Body();
// 调整身体部件位置
body.setXY(0, 0); // 身体为中心
head.setXY(0, -65);
arms[0].setXY(-55,0);
arms[1].setXY(55, 0);
legs[0].setXY(-20, 60);
legs[1].setXY(20, 60);
// 安装身体部位
addChild(body);
addChild(head);
addChild(arms[0]);
addChild(arms[1]);
addChild(legs[0]);
addChild(legs[1]);
}
public void draw(GL10 gl)
{
// 设置颜色为
gl.glColor4f(color.red, color.green, color.blue, color.alpha);
}
// 胳膊
class Arm extends GlObject{
public void draw(GL10 gl)
{
drawQuater(gl, -10, -68, 10, 50);
}
}
// 腿
class Leg extends GlObject{
public void draw(GL10 gl)
{
drawQuater(gl, -15,0,15, 40);
}
}
// 身体
class Body extends GlObject{
public void draw(GL10 gl)
{
drawQuater(gl, -40, -60, 40, 60);
}
}
//头
class Head extends GlObject{
public Head()
{
Eye eyes[] = new Eye[2];
eyes[0] = new Eye();
eyes[1] = new Eye();
eyes[0].setXY(-20, -10);
eyes[1].setXY(20, -10);
addChild(new Face());
addChild(new Antenna());
addChild(eyes[0]);
addChild(eyes[1]);
}
// 眼睛
class Eye extends GlObject{
public void draw(GL10 gl){
//眼睛扣洞
gl.glColor4f(0, 0, 0, 0);
drawQuater(gl, -4, -4, 4,4);
//还原颜色
gl.glColor4f(color.red, color.green, color.blue, color.alpha);
}
}
// 脸
class Face extends GlObject{
public void draw(GL10 gl){
drawArc(gl, 40, 0, 180);
}
}
// 天线
class Antenna extends GlObject{
public void draw(GL10 gl){
drawLine(gl,0,0, -50,-50);
drawLine(gl, 0, 0, 50, -50);
}
}
}
}
好了，本次就唠叨到这里，学习愉快。
