游戲程序設計教學案例

吳志輝

文章編號：1672-5913(2009)06-0074-03

摘要：游戲編寫是游戲程序設計教程中很重要的內容。本文介紹了一個完整的2D游戲—坦克大戰的開發過程，對游戲素材編輯、地圖編輯和游戲主程序的設計做作了完整介紹和代碼實現，使學生能完全掌握并應用到實際其它游戲的開發過程中。

關鍵詞：計算機游戲；程序設計；地圖；游戲引擎

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

1游戲程序設計教程中的關鍵一環

計算機游戲程序設計，在許多的大學本科的教學中，并未正式納入教學內容。由于市場對游戲設計人員的需求較大，薪水又高，出現了專業的游戲程序設計培訓班。但收費偏高。我院根據這種狀況，在學生創新實驗室和第二課堂培訓班，開設了游戲程序設計項目。

其中最重要的一環就是完成一個完整的游戲開發設計。我們精心挑選項目，選擇了既有一定代表性、又有娛樂性、也帶有一些人工智能的中小游戲——坦克大戰。也使學生感受到了面向對象編程的強大功能，所學知識得到了真正的應用。

2相關知識學習

編寫游戲程序，技術上需要具備兩個條件。首先需要一個多媒體驅動開發包，如微軟的DirectX；圖像、動畫、聲音的快速、實時響應，是游戲逼真的前提條件。我們選擇了日本的Hiroyuki Hori編寫的免費開發包DelphiX，它較好的封裝了微軟的DirectX。里面有些錯誤，我們已經更正。其次，需要一個游戲引擎。游戲角色的碰撞是技術上較難的，對角色的生死管理也很重要。好的游戲引擎必須能快速高效的解決這些問題。DelphiX包中有一個簡單的游戲引擎，我們稍加改造，足夠我們編寫簡單的二維游戲程序。對這些知識加以介紹后，就可以進入正式的開發設計階段。

3坦克大戰游戲功能簡介

(1) 關卡地圖為三層地圖，比較形象，可設計多樣的地圖式樣。有專門的地圖編輯器MapEdit.exe。

(2) 游戲有低、中、高三級。難度隨時可調。

每關20輛基本敵方坦克。每過一關，敵方增加1(低)、2(中)或3(高)輛坦克。難度加大時，敵我雙方的坦克速度、炮彈威力、炮彈速度、坦克生命力都有所增加。

(3) 每關地圖有一個敵方Boss,它能爬山涉水，并自動朝我方推進，炮彈也朝我方射擊。

(4) 寶物有16種，持續時間約15秒。如沒有被敵我坦克揀到，自動爆炸消失：

散彈1：一次只能發一發炮彈；

散彈3：一次能發三發炮彈；

散彈5：一次能發射5顆炮彈；

增加子彈速度：一次加50；

減少子彈速度：一次減50；

增加炮彈威力：一次加50；

炮彈的半徑大小有8、16、24三種。炮彈半徑越大，越容易打中物體或坦克；

增加坦克生命力：一次加100；

坦克隱形寶物：坦克不可見，炮彈無法打中它；

坦克無敵模式：帶防護罩，炮彈打中不“掉血”；只有20秒保護期；

定時器：對方坦克不能動彈和發射；

爬山涉水：坦克能過河上山。該特性只在本關有效；

呼喚飛機幫助：揀寶方大批飛機出現，并且狂轟爛炸，對方難逃厄運；

腦黃金：只對敵方有效。被我方炮彈打中后，自動掉頭向我方移動并射擊。

每關的第十分鐘，大批敵方幫助飛機呼嘯而來，請你在此之前消滅敵人，否則大難臨頭。逃過此劫，堅持到第15分鐘，我方飛機呼嘯而來......

(5) 每過一關，我方生命力增加200。

(6) 關卡地圖文件名為Map???.map,最多999關。地圖文件名編號為001～999，中途不能斷號，否則，會從頭開始玩起。

(7) 操作：

F1:幫助；F11音樂；F12：炮聲；F3：暫停/繼續；鼠標右鍵：游戲難度選擇。

玩家一： 玩家二：暫無

空格：開炮, ←↑↓→移動方向

4素材庫程序編寫

在2D平面游戲中，地圖畫面由小塊圖片拼寫出來。游戲角色也一樣，動畫效果只不過是不斷改變圖形罷了。所以第一個任務就是要建立地圖素材庫。對每種地形設置它的圖片、生命力、是否阻礙坦克或炮彈通過等。圖1是圖庫編輯器TileEdit.exe的一個運行界面。

為方便管理，我們分類建立地形，如云層、土地、房屋、樹林等等。每類含有多個不同形狀的地藐對象TTiles；如“水域”類，可以包含“海洋”、“湖泊”等。而每個地藐可以由數量不等的小圖片組合而成。最小的小圖片單元就是TTile對象(以后簡稱貼圖)。這兩個對象我們用Object Pascal語言(Delphi)實現。 素材管理程序代碼2900多行(自編源代碼)。

圖庫(素材庫)編輯器是游戲程序開發的第一步，許多商業游戲并不提供圖庫編輯器。使玩家感到有所失望。提供圖庫編輯器無疑增加了游戲的吸引力，因為玩家可以重新設計整個游戲，也許坦克大戰變成了潛艇大戰。

5游戲地圖編輯程序編寫

一些商業游戲提供了地圖編輯器，如“星際爭霸”、“英雄無敵”等。圖2是教程中設計的三層地圖編輯器運行界面。

地圖設計是決定游戲可玩性的重要因素之一。當今2D游戲，普遍采用多層地圖，這樣可以產生比較逼真的畫面。游戲程序顯示畫面時，首先顯示最低層的圖層，再依次顯示高層畫面；這樣就有立體感了。

地圖由層(TLayer)組成，每層地圖又由許多基本的單元格(TCell)組成，單元格的圖像來源于素材庫。首先要完成這兩個基本對象的編寫。最后編寫地圖編輯程序，它實現地圖數據的載入、顯示、修改、保存等基本功能。總代碼約3400多行。

6游戲主程序編寫

準備工作一切就序！開始編寫游戲主程序。設計的思路是：先把游戲關卡對應地圖裝入畫面，再按游戲規則產生敵我雙方坦克。敵方坦克隨機移動和發射炮彈，除非它吃了“腦黃金”。我方坦克受玩家控制運動方向和發射炮彈。運動速度和發射炮彈的數量受游戲參數限制。當我方坦克全部死亡，游戲結束。敵方每隔一定時間產生新坦克，直到規定的坦克數量。敵方坦克全部被消滅后，游戲結束，進入下一關。

學生難以理解的是，這么許多的游戲角色(也稱“精靈”)，程序如何管理它們，而這些精靈在不斷的產生、不斷地碰撞、不斷地消亡。所以，必須有一個統一的管理機制。必須建立一個最基本的“精靈”類TSprite。該對象是系統中的一個核心類。看它的定義：

TSpriteEngine = class; //==預先聲明“精靈引擎”類

TSprite = class

private

FEngine: TSpriteEngine; //==被“精靈引擎”管理

FParent: TSprite; //==用來判斷其父類(產生者：如坦克死 亡，對應子彈也消失)

FList: TList; //==角色列表(被精靈引擎管理：保存的 是地址！)

FDeaded: Boolean; //== 是否死亡

FDrawList: TList; //== 需要繪制的角色列表

FCollisioned: Boolean; //== 是否需要碰撞檢測

FMoved: Boolean; //== 能否移動

FVisible: Boolean; //== 是否可見

FX: Double; //== 平面坐標位置

FY: Double;

FZ: Integer; //==深度坐標，越小越在低層

FWidth: Integer; //==角色尺寸：寬和高

FHeight: Integer;

procedure Add(Sprite: TSprite); //==增加角色到列表FList中

procedure Remove(Sprite: TSprite); //==移走角色

procedure AddDrawList(Sprite: TSprite); //==增加角色到繪制角色列 表FDrawList中

procedure Collision2; //==碰撞檢測

procedure Draw; //==繪制角色

function GetClientRect: TRect; //==得到角色大小

function GetCount: Integer; //==角色列表中角色數量

function GetItem(Index: Integer): TSprite; //==用索引取得角色

function GetWorldX: Double; //==獲取角色在地圖世界中的位置

function GetWorldY: Double;

procedure SetZ(Value: Integer); //==設置角色在地圖層中的“深度”

protected

//==注意：所有virtual方法必須在子類中實現==//

procedure DoCollision(Sprite: TSprite; var Done: Boolean); virtual;

//==碰撞事件處理

procedure DoDraw; virtual; //==顯示事件處理

procedure DoMove(MoveCount: Integer); virtual;//==移動事件處理

functionGetBoundsRect: TRect; virtual;

functionTestCollision(Sprite: TSprite): Boolean; virtual;

//==碰撞測試

public//==公布方法

constructor Create(AParent: TSprite); virtual;

destructor Destroy; override;

procedure Clear; //== 釋放列表資源

function Collision: Integer; //==獲取發生的碰撞次數

procedure Dead; //==死亡登記

procedure Move(MoveCount: Integer); //==移動所有角色

function GetSpriteAt(X, Y: Integer): TSprite; //==取得某位置處的 角色

property Death:Boolean Read FDeaded;//== 我們自己新發布的數 據，方便編程判斷

end;

Tsprite實現了角色的移動和碰撞檢測，并指定被哪個引擎管理。游戲中所有的角色都是從TSprite類繼承下來的！ 游戲中共有13個類，要一一實現，不要怕麻煩。它們是：

TTank = class(TImageSprite) //==坦克基類，TimageSprite繼承自Tsprite

TEnemyBoss = class(TTank) //===敵方BOSS==//

TEnemyTank = class(TTank) //===敵方坦克

TMyTank = class(TTank) //===我方坦克

THelpPlane = class(TTank)//===支援飛機==//

TExplosion = class(TImageSprite) //===爆炸==//

TExplosionBig = class(TImageSprite) //===大爆炸==//

TExplosionRed = class(TImageSprite) //===紅色爆炸==//

TGemSprite = class(TImageSprite) //===寶物對象===//

TScrollBackground = class(TBackgroundSprite) //背景1

TScrollBackground2 = class(TBackgroundSprite) //背景2

TTerrSprite = class(TImageSprite) //===地圖對象===//

TBullet = class(TImageSprite) //子彈基類

還有一個非常重要的對象就是精靈引擎TspriteEngine；看它的功能定義：

TSpriteEngine = class(TSprite) //==注意：從Tsprite繼承！

private

FAllCount: Integer; //==角色數量

FCollisionCount: Integer; //==碰撞次數

FCollisionDone: Boolean; //==碰撞檢測完畢標志

FCollisionRect: TRect; //==碰撞區域

FCollisionSprite: TSprite; //==碰撞角色

FDeadList: TList; //==死亡角色列表

FDrawCount: Integer; //==繪制角色列表

FSurface: TDirectDrawSurface; //==繪制表面

FSurfaceRect: TRect;

procedure SetSurface(Value: TDirectDrawSurface);

public

constructor Create(AParent: TSprite); override;

destructor Destroy; override;

procedure Dead;

procedure Draw;

property AllCount: Integer read FAllCount;

property DrawCount: Integer read FDrawCount;

property Surface: TDirectDrawSurface read FSurface write SetSurface;

property SurfaceRect: TRect read FSurfaceRect;

end;

TSpriteEngine很簡單，主要提供了一個死亡管理。角色死亡后，把自己加入到TspriteEngine的死亡列表即可；游戲程序中，必須不斷調用TspriteEngine的Dead方法來釋放死亡角色占用的資源。

Tsprite的子類根據游戲規則，都增加了一些功能。真正有意思的代碼在炮彈類Tbullet的碰撞處理代碼中。坦克得分、生命力變化都在代碼中處理。

準備就緒，剩下的任務就是編寫主控制程序了：根據當前關卡，裝入相應地圖(產生地圖精靈)，并建立敵我雙方的坦克；由游戲定時器驅動游戲運行；由游戲“精靈引擎”驅動角色運動和死亡管理。整個主程序約5200多行。

整個系統除出部分公用代碼，大約有1萬多行自編源代碼，比較適合培訓設計。當學生弄清原理后，就完全可以隨心所欲的修改程序，感到非常滿足和自信。

參考文獻：

[1] 陳寬達. Delphi深度歷險[M]. 北京:科學出版社,2001.7.

[2] 耿衛東,陳為. 計算機游戲程序設計[M]. 北京:電子工業出版社,2005-3.