多人聯(lián)機對戰(zhàn)游戲的設(shè)計與實現(xiàn)

呂艷陽

摘要：在程序設(shè)計課程中，學(xué)生普遍認(rèn)為多人聯(lián)機對戰(zhàn)游戲制作難度大，一般選擇休閑小游戲作為綜合實踐項目。制作一款包含客戶端、服務(wù)端的多人聯(lián)機對戰(zhàn)游戲，可以綜合應(yīng)用各種程序設(shè)計技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)以及設(shè)計模式，提高學(xué)生專業(yè)實踐能力。

關(guān)鍵詞：多人聯(lián)機； 游戲； 網(wǎng)絡(luò)編程； 設(shè)計模式； 客戶端； 服務(wù)端

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）34-0081-03

Abstract： In the program design course， the students are generally believed that Multiplayer Online Battle Game is difficult to develop， usually choose little recreational game as comprehensive practical project. Make a Multiplayer Online Battle Game including client and server， can practice various technology， such as programming technology， network technology and design patterns， to improve students' professional practical ability.

Key words： Multiplayer Online； Game； network programming； design patterns； client； server

1 概述

騰訊運營的多人對戰(zhàn)游戲，取得了巨大的市場成功。這款游戲是一個典型的C/S結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)游戲，包含客戶端部分和服務(wù)端部分。在教學(xué)工作中，把這樣的題目作為綜合實踐項目，多數(shù)學(xué)生都覺得制作難度大，一般會選擇休閑小游戲。

即使學(xué)生學(xué)習(xí)了程序設(shè)計、socket網(wǎng)絡(luò)編程、設(shè)計模式等課程，學(xué)生很難綜合應(yīng)用各門專業(yè)課程，制作一款多個用戶聯(lián)機、對戰(zhàn)競技、包含服務(wù)端、客戶端的對戰(zhàn)游戲。

該游戲的開發(fā)，綜合使用了MVC架構(gòu)、多線程、socket網(wǎng)絡(luò)編程和消息處理、設(shè)計模式等技術(shù)，程序耦合較低，架構(gòu)良好，實現(xiàn)了多人聯(lián)機對戰(zhàn)的主要流程和功能。

2 游戲結(jié)構(gòu)

該游戲使用MVC架構(gòu)、JAVA語言制作，不依賴第三方引擎，適合課程教學(xué)。游戲主要功能：

服務(wù)端：在一臺計算機上運行服務(wù)端程序。服務(wù)端負(fù)責(zé)接收消息，轉(zhuǎn)發(fā)消息，讓各個客戶端的事件同步，從而畫面同步。

客戶端：開啟8臺電腦，運行客戶端。每人控制一名英雄角色，點擊鼠標(biāo)移動，按Q、W鍵使用攻擊技能、補血技能。

勝負(fù)規(guī)則：雙方陣營各4人，每方有一個防御塔，摧毀對方塔則獲勝。實際部署效果如圖1、圖2所示。

游戲作為一種軟件，完全符合MVC（Model View Control）架構(gòu)。M負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲，圖片資源素材；V負(fù)責(zé)視圖顯示、圖片繪制；C負(fù)責(zé)程序控制，刷新各項數(shù)據(jù)。良好的程序架構(gòu)，就是這三部分分工協(xié)作。

3 客戶端功能和類結(jié)構(gòu)

3.1 總體結(jié)構(gòu)

游戲效果如圖3所示：

客戶端總體程序、事件關(guān)系如圖4所示：

程序主要包括以下類：

紅方列表HeroArray類：存放紅方英雄和塔。

藍(lán)方列表EnemyArray類：存放藍(lán)方英雄和塔。

技能類SkillArray類，定義兩個對象，存放雙方陣營發(fā)出的技能，包括攻擊技能和補血技能。

程序的底層組件，包括圖片類、移動類、動畫類、技能類。將單個組件封裝，能存放、管理多個對象的類，包括圖片數(shù)組類，技能數(shù)組類，動畫數(shù)組類。

3.2 可移動的圖片

可移動的圖片（ItemPathBase類），由兩個類組合而成，圖片類ItemBase和移動類Path，類圖如圖5所示。

圖片類ItemBase：包含一個玩家單位的基本數(shù)據(jù)和素材圖片（java的Image類）。

移動類Path：包含一次移動的基本數(shù)據(jù)，例如起始/結(jié)束坐標(biāo)、方向向量等。由父類Path保存公共的數(shù)據(jù)，Path的子類實現(xiàn)不同的移動方式：A點到B點， A點朝B點方向移動。

一個英雄角色，一個發(fā)出的子彈，一個塔，都是使用ItemPathBase類。

3.3 動畫

動畫由多幅圖片組成，依次繪制到屏幕上。

單個動畫的類AniBm：

屬性：Imgae對象，對應(yīng)一個圖片文件；動畫狀態(tài)，準(zhǔn)備/播放/結(jié)束。

方法：繪制圖片，當(dāng)前幀加1，設(shè)置輸出坐標(biāo)。

一次補血技能的動畫，就是使用AniBm類。

用列表存放多個動畫，并實現(xiàn)動畫的添加、刪除、刷新，就是多個動畫的類AniBmArray。

動畫的類圖如圖6所示：

3.4 多個英雄角色

把多個游戲單位以及碰撞檢測，封裝成一個類ItemArrayBase類。多個英雄、塔，都使用這個類。

屬性：列表ArrayList，存放多個游戲單位。

方法：繪制人物圖片的函數(shù)，繪制生命條，碰撞檢測，如果碰到敵方技能，該英雄減少血量。一方塔被摧毀，則對方獲勝。

用戶控制的單位是列表中的某一個元素。不同客戶端，操縱不同英雄角色，實現(xiàn)了多人對戰(zhàn)。

3.5 移動功能

當(dāng)點擊鼠標(biāo)，設(shè)置玩家控制單位的目的地坐標(biāo)，開始移動。通過游戲循環(huán)，不斷地刷新坐標(biāo)，實現(xiàn)移動功能。

移動類Path類，用一個整數(shù)表示當(dāng)前狀態(tài)，狀態(tài)集合包括停、走兩種狀態(tài)：

public static int READY=1；

public static int MOVE=2；

狀態(tài)改變過程：

1） 設(shè)置目的地坐標(biāo)后，狀態(tài)設(shè)置為MOVE，表示開始走；

2） 如果狀態(tài)是MOVE，刷新坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

3） 如果到達(dá)目的地，狀態(tài)設(shè)置為READY，表示一次移動結(jié)束。

3.5 攻擊技能、補血技能

基本的父類包含公共數(shù)據(jù)、技能狀態(tài)，子類實現(xiàn)不同技能。

1） 技能的父類SkillBase類：

屬性：技能狀態(tài)，準(zhǔn)備/發(fā)出/結(jié)束；

方法：繪制，啟動技能，刷新數(shù)據(jù)，是否進(jìn)行碰撞檢測。

2） 子類，攻擊技能SkillBullet類：

屬性：一個可移動的子彈圖片

方法：繪制子彈；刷新子彈坐標(biāo)；需要碰撞檢測。

3） 子類，補血技能SkillAddHp類：

屬性：圖片數(shù)組，存放一段動畫素材；

方法：繪制動畫；刷新動畫幀；不需要碰撞檢測。

類圖如圖7所示：

4 服務(wù)端功能和類結(jié)構(gòu)

4.1 多種設(shè)計方案

某方案A：服務(wù)端實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯功能，不斷地發(fā)送各個畫面。這樣的數(shù)據(jù)量太大，對于對戰(zhàn)游戲，會有延遲。

某方案B：實時地發(fā)送所有游戲角色的坐標(biāo)、屬性數(shù)據(jù)，客戶端收到數(shù)據(jù)后，繪制一幅畫面。這樣發(fā)送的數(shù)據(jù)量大，發(fā)送次數(shù)多。

該游戲服務(wù)端的實現(xiàn)方案：使用socket網(wǎng)絡(luò)編程，轉(zhuǎn)發(fā)事件消息。

具體過程：

當(dāng)用戶觸發(fā)一個事件，例如玩家移動、發(fā)出技能Q或者W，以字符串形式，打包成一條消息。

服務(wù)端接收消息，轉(zhuǎn)發(fā)給其他客戶端。客戶端解析消息，完成對應(yīng)操作，實現(xiàn)事件同步，從而畫面同步。

服務(wù)端界面，只有一個文本框，顯示網(wǎng)絡(luò)消息。如圖8所示：

4.2 服務(wù)端監(jiān)聽客戶端連接

服務(wù)端設(shè)置端口號，建立ServerSocket后，采用多線程技術(shù)，每成功連接一個客戶端，開啟一個新線程類ClientObserverThread類。

4.3 事件消息轉(zhuǎn)發(fā)

使用設(shè)計模式的觀察者模式。每個監(jiān)聽線程作為觀察者，收到消息后，轉(zhuǎn)發(fā)給其他觀察者。類圖如圖9所示：

主題類Subject類：

用ArrayList 存放多個監(jiān)聽線程。轉(zhuǎn)發(fā)消息時，調(diào)用某個觀察者的update函數(shù)。

觀察者ClientObserverThread類：

主要方法：

1） run函數(shù)：用循環(huán)不斷地接收消息。

2） update函數(shù)：調(diào)用send發(fā)送消息，作為觀察者模式的觀察者接口。

5 網(wǎng)絡(luò)消息

客戶端產(chǎn)生的消息采用逗號分隔的字符串。消息如表1所示：

6 結(jié)束語

充分利用設(shè)計模式，使程序架構(gòu)良好，可以在程序較少改動的情況下，補充新功能。當(dāng)設(shè)置好客戶端的消息格式，服務(wù)端和客戶端可以分別改進(jìn)優(yōu)化，互不影響，有利于學(xué)生團隊分工協(xié)作。

多人聯(lián)機對戰(zhàn)游戲的開發(fā)，使學(xué)生知道，綜合利用所學(xué)課程，可以設(shè)計實現(xiàn)商業(yè)級游戲的流程和功能。通過實戰(zhàn)鍛煉，改善程序架構(gòu)，提高專業(yè)技術(shù)能力。

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