基于libGDX的Android賽車游戲的設計與實現

張 曉， 張艷青， 蘇 航

（1.華南理工大學 計算機科學與工程學院，廣東 廣州 510006；2.華南理工大學 軟件學院，廣東 廣州 510006）

隨著科技的發展，智能手機已經與我們的日常生活密不可分，當前主流的智能終端操作系統有 Android，IOS和Windows Phone等，其中Android是Google公司推出的開源手機操作系統[1]。2012年11月數據顯示，Android占據全球智能手機操作系統市場76%的份額，中國市場占有率為90%。越來越多的人喜歡在閑暇時間玩手機游戲，中國手機游戲市場在近幾年也一直保持了較快的發展[2]。優良的手機游戲不僅能給人們的生活帶來樂趣，也能給開發者帶來可觀的經濟收益。游戲引擎是游戲的核心，選擇一款兼容性好、高效、容易使用的游戲引擎，能大大降低游戲開發的成本。libGDX游戲開發框架就是這樣一款備受開發者青睞的引擎。本文將介紹利用libGDX來快速的開發一款簡單、有趣的Android賽車游戲。

1 libGDX介紹

libGDX基于 Apache License，Version 2.0協議，由 Java/C/C++語言編寫而成，是一個免費并且高效的跨平臺的2D/3D的 游 戲 開 發 框 架 ， 它 由 audio、files、graphics、math、physics、scenes、utils這些主要類庫所組成，分別對應了libGDX中的音頻操作，文件讀取，2D/3D渲染，libGDX繪圖相關運算，Box2D封裝，2D/3D游戲組件，以及libGDX內置工具類，它們之間的關系如圖1所示。它使用JNI封裝了物理引擎Box2D的C++版本，使得其運行效率比其他同級的物理引擎要更快[3]。

圖1 libGDX框架架構Fig.1 Framework architecture of libGDX

一般在Android開發中，一個頁面是一個Activity，一個應用中包含多個Activity。而在基于libGDX的Android應用中，只有一個Activity，而且是用一個繼承了Activity的Android Application來作為整個程序的父類。libGDX中把Screen當成頁面，通過Game的setScreen方法來實現不同頁面的切換。每個Screen又可包含多個Stage對象，同一個Screen中多個Stage的切換也可以達到頁面切換的效果。 而頁面中的物體稱為 Actor，在 Screen 的 show（）方法中，調用 Stage.Add（Actor actor）方法將物體添加到Stage中，這樣就構成一個游戲頁面。在Screen的render（）方法中，可以不斷的更新各個Actor的狀態，從而達到游戲運行時動態變化的效果。

2 系統方案設計

賽車游戲的主要邏輯位于游戲主頁面中，在手機屏幕下方擺放一輛賽車，讓用戶通過手機的重力加速度感應器來控制左右移動，讓其他的賽車和背景賽道地圖像下滾動，可以給人一種相對的向前運動的感覺。用戶控制賽車向前行駛，會和屏幕上的其他Actor發生碰撞，所以必須要有碰撞檢測。

根據賽車游戲的特點，通過加載資源，進入游戲主菜單頁面，然后點擊“開始游戲”即可進入游戲主界面開始游戲了。當游戲結束時會進入成績排行榜頁面，顯示歷史成績，在排行榜頁面也可以返回到游戲主菜單或者直接重新開始游戲。游戲的設計流程圖如圖2所示。

圖2 賽車游戲流程圖Fig.2 Flow chart the racing game

3 系統實現

3.1 地圖滾動

要實現賽道地圖滾動的效果，一種比較簡單的方案是用兩張關于賽道的圖片放在一起，在屏幕中向下移動，一張圖片移出屏幕造成的空余由另一張圖片移進屏幕來填補，不斷循環，這樣可以達到賽道滾動的效果，如圖3所示。libGDX中Actor的setY方法可以直接設置圖片的Y軸坐標，從而讓圖片不斷的移進、移出屏幕。

3.2 元素添加與移動

游戲主頁面中賽道上面包含的可移動的元素有賽車和道具等。這些元素都是作為Actor對象來添加到頁面的Stage中的。

賽車分為兩類，一類是用戶直接控制的賽車，取名為playerCar，另一類是由系統自動控制的賽車，取名為friendCar。playerCar位于屏幕中Y軸方向上的固定位置，通過重力加速傳感器來控制playerCar的左右移動。friendCar由系統控制運行，多輛friendCar不斷的放在屏幕上（賽道圖的頂端），并設置向下運行的速度。因此，playerCar在垂直方向上絕對位置不變，而多輛friendCar向下方移動，讓用戶感覺playerCar是在向前行駛。

圖3 地圖循環滾動過程Fig.3 Map cycle rolling process

為了提高程序運行的效率，可以用對象池來管理friendCar。即在程序初始化的時候，實例化多個friendCar對象，放到一個集合中構成對象池，當需要添加賽車到屏幕上的時候，從對象池中取出一個friendCar，按照需要修改相應屬性，然后將它放到屏幕中上運行[4]。當這個friendCar要從屏幕上消失（被炸毀或者超出屏幕）的時候，可直接將這個對象放回到對象池中，如圖4所示。

圖4 利用對象池來管理賽車流程圖Fig.4 Flow chart of using object pool to manage the car

賽車對象池就是賽車對象的一個集合，libGDX中可以使用Group對象來表示這樣的一個集合，通過Group對象的getChildren（）方法來得到該集合中的所有元素。

程序中可以添加一些道具，比如炸彈道具，playerCar得到這個道具之后，可以發射出炸彈，可以炸毀與之有接觸的friendCar。道具的添加和移動可以基本按照賽車添加和移動的方式來實現。

3.3 碰撞檢測

用戶控制賽車向前行駛，會和friendCar以及道具產生碰撞。playerCar與friendCar之間的碰撞檢測可以采用libGDX中已經封裝好的Box2D物理引擎，Box2D可以很方便的檢測到碰撞，并根據設置剛體的各種屬性，讓碰撞的效果更加逼真。

而playerCar與道具的碰撞則不必采用Box2D，可以直接把賽車和道具看成兩個矩形，從而只需檢測兩個矩形是否有接觸[5]，libGDX 中 Actor的 getX（）和 getY（）方法可以得到該Actor的所處位置，getWidth（）和getHeight（）可以得到該Actor的寬度和高度，這樣就能很容易的檢測兩個Actor代表的矩形是否相交，如果這兩個矩形有相交，則表示有碰撞。

3.4 成績排名

用戶每玩一次游戲，都會根據游戲中相應的數據計算出一個得分作為本次游戲的成績。Android系統集成了SQLite，它是一款非常流行的嵌入式數據庫，支持SQL查詢，并且只占用很少的內存[6]。可以用本地數據庫SQLite將成績保存起來，讓用戶能夠查看歷史成績，但是如果保存每次游戲的成績，那將勢必會使應用占據越來越多的手機存儲空間。從手機空間和用戶體驗的角度來看，可以只存前十名的成績。如果用戶成績數據表中已經存了十條記錄，那么下一條前十的成績可以直接用來更新原來的第十名的成績。

3.5 屏幕適配

Android手機種類繁多，對應的手機屏幕的尺寸也是大小不一。賽車游戲的UI需要盡量照顧到各種尺寸的手機屏幕。我們可以取當前比較普遍的手機屏幕分辨率800*480為基準，用本手機的高度除以800得到BX，用本手機的寬度除以480得到BY，將BX，BY作為一個基礎的比例，程序中布局時，設置圖片位置時，用相應的寬度和高度來分別乘以BX和BY，再進行設置，可以達到很好的屏幕適配效果。

3.6 動畫與聲音

libGDX中提供了Animation類，可以用來實現動畫效果，其實質就是連續播放多張圖片。libGDX中用Sound來播放比較短暫的聲音如爆炸聲音，用Music來播放長時間的聲音比如背景音樂，通過Sound和Music可以很方便的播放游戲中需要的聲音。為了保證游戲的流暢性，動畫中包含的多張圖片和聲音資源都需要進行預加載。

4 仿真結果

整個應用實現完成以后，在LG Nexus4手機中得以成功運行。選取了游戲運行時主頁面的幾個運行畫面，運行結果充分顯示出程序運行良好，也基本符合設計要求。如圖5所示，在游戲主頁面中 playerCar是用戶控制的賽車，friendCar由系統控制，圖中出現了兩個道具，分別是能量道具和炸彈道具。如圖6所示，用戶通過點擊屏幕右半部分使playerCar發射炸彈，炸毀一輛friendCar時出現的爆炸動畫。

圖5 游戲主頁面Fig.5 Main page of racing game

圖6 爆炸效果Fig.6 The explosion effect

5 結束語

文中介紹了游戲開發框架libGDX，并基于此框架設計和開發了一款流暢、有趣的Android賽車游戲，玩家通過簡單的交互如點擊手機屏幕左側或右側、輕微搖晃手機就可以體驗本游戲。結果表明，libGDX提供了豐富且易用的接口，使用它來開發手機游戲，在保證功能得以實現的同時，又可以縮短開發時間、降低開發難度。

[1]黎忠文，覃志東，王全宇，等.基于Android平臺手機游戲引擎的設計與實現[J].計算機工程與設計，2014，35（1）:119-124.LI Zhong-wen，QIN Zhi-dong，WANG Quan-yu，et al.Design and implementation of mobile game engine based on Android platform[J].Computer Engineering and Design，2014，35（1）:119-124.

[2]崔浩然.基于Android平臺的手機游戲的設計與實現[D].西安:西安科技大學2011.

[3]吳慶林.基于libGDX的Android游戲研究與開發[D].廣州:華南理工大學，2012.

[4]水超，李慧.對象池模式的擴展與設計[J].計算機工程，2004，30（9）:26-27.SHUI Chao，LIU Hui.Extension and implementation of object pool pattern[J].Computer Engineering，2004，30 （9）:26-27.

[5]高春曉，劉玉樹.碰撞檢測技術綜述[J].計算機工程與應用， 2002（5）:9-11.GAOChun-xiao，LIUYu-shu.A survey of collision detection[J].Computer Engineering and Applications，2002（5）:9-11.

[6]彭艷，楊歐.Android平臺的數據存儲技術[J].計算機系統應用，2012，21（5）:192-193.PENG Yan，YANG Ou.Analysis on the data storage of android application[J].Computer Systems&Applications，2012，21（5）:192-193.