雷電游戲的設(shè)計與實現(xiàn)

唐型基 柴群 楊光臨

摘要：許多高校的Java程序設(shè)計課程教學(xué)正在改革，強調(diào)提升編程應(yīng)用能力。但在教學(xué)中普遍的學(xué)生完成作業(yè)還行，開發(fā)項目卻不會，一個主要的原因是面向?qū)ο蟮木幊趟枷霙]有建立起來，該文以項目驅(qū)動教學(xué)法案例——雷電游戲的設(shè)計實現(xiàn)為例討論引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法。

關(guān)鍵詞：Java程序設(shè)計;項目驅(qū)動;面向?qū)ο?教學(xué)方法

中圖分類號：TP311 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）31-0092-03

1 引言

Java程序設(shè)計這門課程是目前高校計算機類相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程，該課程具有很強的運用性、實踐性，傳統(tǒng)的教學(xué)過程在大多數(shù)情況下只是讓學(xué)生學(xué)會了一門程序設(shè)計語言的基礎(chǔ)，現(xiàn)代社會的競爭異常激烈，對學(xué)生的應(yīng)用能力要求也在提高。面對這樣的情形，各高校也在對Java程序設(shè)計課程進(jìn)行改革，不斷往課程里“加料”，強調(diào)提升學(xué)生的應(yīng)用能力。

Java 語言作為一門純面向?qū)ο缶幊陶Z言，面向?qū)ο缶幊趟枷牒退惴ㄊ撬撵`魂[1]。Java程序設(shè)計語言基礎(chǔ)語法部分的學(xué)習(xí)并不難，學(xué)過C語言的學(xué)生基本上都能掌握。但Java本身它是一門面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言，很多的學(xué)生不會使用面向?qū)ο蟮乃枷肴シ治鰡栴}，對于Java的使用也僅停留在使用“升級版C語言”的層次，仍是采用面向過程的編程方式使用Java語言[2]。這也是許多學(xué)生完成課本作業(yè)還行，但獨立去完成一小個項目卻無從下手的根本原因。

2 項目驅(qū)動教學(xué)法

Java程序設(shè)計課程中的內(nèi)容相較多，基礎(chǔ)部分包括：數(shù)據(jù)類型、分支控制結(jié)構(gòu)、循環(huán)控制結(jié)構(gòu)、數(shù)組、異常處理、類和對象、接口等，結(jié)合應(yīng)用部分還有：圖形界面、數(shù)據(jù)庫連接和操縱、多線程、網(wǎng)絡(luò)、面向?qū)ο蟾呒壧匦缘取０磦鹘y(tǒng)的教師講，學(xué)生被動“填鴨”灌輸?shù)姆绞浇虒W(xué)，學(xué)生難以接受眾多的知識，更別說應(yīng)用。只有將知識融合到項目中，以項目來驅(qū)動學(xué)生去學(xué)習(xí)掌握這些知識，才能讓學(xué)生更好地學(xué)會這些繁雜瑣碎的知識，并認(rèn)識到這些知識是怎么運用的。在課堂教學(xué)中結(jié)合項目開發(fā)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強他們的代碼調(diào)試能力，提高項目開發(fā)水平[3]。教學(xué)整體設(shè)計“以職業(yè)技能培養(yǎng)為目標(biāo)，以項目任務(wù)實現(xiàn)為載體、理論學(xué)習(xí)與實際操作相結(jié)合”[4]。因此項目驅(qū)動教學(xué)法是學(xué)習(xí)Java程序設(shè)計課程的有效的教學(xué)方法。

3 雷電游戲項目的面向?qū)ο笤O(shè)計

為激發(fā)學(xué)生對項目驅(qū)動學(xué)習(xí)的積極性和興趣，選取的是游戲方面的項目，學(xué)習(xí)與娛樂相結(jié)合，將學(xué)生玩游戲的熱情與興趣引導(dǎo)向開發(fā)游戲和編程方面來，激起學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，在開發(fā)游戲的過程學(xué)習(xí)面向?qū)ο蠓椒ǖ某绦蛟O(shè)計，在項目開發(fā)過程中體會Java程序設(shè)計的相關(guān)知識。本文以“雷電游戲”這一項目案例的設(shè)計與實現(xiàn)來討論項目驅(qū)動教學(xué)法中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行面向?qū)ο蟮脑O(shè)計與開發(fā)。

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計過程一般分為三個階段：面向?qū)ο蠓治觯嫦驅(qū)ο笤O(shè)計，面向?qū)ο髮崿F(xiàn)[5]。

3.1 面向?qū)ο蠓治?/p>

將游戲程序分享給學(xué)生，讓學(xué)生一起運行體驗和觀察游戲。引導(dǎo)學(xué)生開始面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的第一階段：面向?qū)ο蟮姆治觥４穗A段分為兩個小的步驟，第一步是找出游戲中有哪些元素組成？這些元素也就是項目中的對象。

通過觀察和分析，在游戲中找到如下的對象：1）主角飛機，2）敵人飛機，3）主角子彈，4）敵人子彈，5）增加生命值物品，6）生命值（次）數(shù)（在窗體上方顯示的），7）最終的BOSS。從游戲界面上看，暫時找到的對象就是上述的對象。但是游戲要正常運行還缺少了一些東西，比如游戲背景，游戲運行時聽到的聲音，游戲主框架等，沒有他們程序是不完整的。因此把這三個元素分別擬定成為游戲項目中的對象，它們是：8）游戲背景，9）游戲聲音，10）游戲主框架。

接下來是面向?qū)ο蠓治鲭A段中的第二步，分析各個對象具有什么特性（屬性）？主要指靜態(tài)和動態(tài)兩個方面的特性。靜態(tài)的是成員變量，動態(tài)的則是成員方法。

經(jīng)分析得到各對象的屬性有：

1）主角飛機 。靜態(tài)成員：位置坐標(biāo)（x，y），圖像大小（width，height），圖片。動態(tài)成員：取得坐標(biāo)（x，y）、繪制圖片、發(fā)射子彈、移動。

2）敵人飛機。靜態(tài)成員：位置坐標(biāo)（x，y），圖像大小（width，height），圖片。動態(tài)成員：取得坐標(biāo)（x，y）、移動、繪制圖片、發(fā)射子彈。

3）主角子彈。靜態(tài)成員：位置坐標(biāo)（x，y），圖像大小（width，height），圖片。動態(tài)成員：取得坐標(biāo)（x，y）、移動、繪制圖片。

4）敵人子彈。靜態(tài)成員：位置坐標(biāo)（x，y），圖像大小（width，height），圖片。動態(tài)成員：取得坐標(biāo)（x，y）、移動、繪制圖片。

5）增加生命值物品對象。靜態(tài)成員：位置坐標(biāo)（x，y），圖像大小（width，height），圖片。動態(tài)成員：取得坐標(biāo)（x，y）、移動、繪制圖片。

6）生命值（條）數(shù)。靜態(tài)成員：位置坐標(biāo)（x，y），圖像大小（width，height），圖片。動態(tài)成員：繪制圖片。

7）最終的BOSS對象。靜態(tài)成員：位置坐標(biāo)（x，y），圖像大小（width，height），圖片。動態(tài)成員：移動、繪制圖片。

8）游戲背景對象。靜態(tài)成員：位置坐標(biāo)（x，y），圖像大小（width，height），圖片。動態(tài)成員：繪制圖片。

9）聲音對象。靜態(tài)成員：聲音文件名。動態(tài)成員：播放聲音文件。

10）游戲主框架對象。它是一個框架，把上述所有對象都包含，并控制著它們協(xié)調(diào)地工作。靜態(tài)成員：生命值（次）數(shù)對象，增加生命物品對象，敵機對象，主角飛機對象，敵方子彈對象，主角子彈對象，背景對象，聲音對象。動態(tài)成員：初始化游戲，繪圖，按鍵控制。

3.2 面向?qū)ο笤O(shè)計

面向?qū)ο箝_發(fā)過程的第二階段是面向?qū)ο笤O(shè)計，即以項目中的各對象為原型設(shè)計出各個類，各個類實例化之后即得到了項目中的對象。此階段中包含兩個步驟，第一步是分析項目中各對象之間的關(guān)系（如包含，控制，生成等），然后使用UML工具畫出類圖。

分析每個對象得知，他們有很多的共通點，如：靜態(tài)成員：位置坐標(biāo)（x，y），圖像大小（width，height），圖片。動態(tài)成員：取得坐標(biāo)（x，y）;移動;繪制圖片。于是提高代碼的重用性，采用面向?qū)ο蟮睦^承的思想，先定義出抽象類：移動對象類（MovableObject），然后其他相應(yīng)的各對象類可從該類那里繼承而得到。如圖1所示。

第二步是進(jìn)一步細(xì)化類圖，確定類中各個對象靜態(tài)成員的具體屬性的類型，明確動態(tài)成員要完成的功能，并用采用自然語言或者圖形工具（如流程圖，PAD圖等）描述出來。

1）MovableObject類的設(shè)計，x，y坐標(biāo)設(shè)定為整型數(shù)據(jù)，高（height），寬（width）設(shè)定為整型數(shù)據(jù)，圖片設(shè)定為Image類型，如圖2所示。

2）主角飛機（Hero）類的設(shè)計。繼承于抽象類MovableObject，增加發(fā)射子彈的成員方法。由于主角飛機類是受到按鍵控制的，因此不用父類中的move方法，新增加向上下左右四個方法的移動的成員方法。

其中，發(fā)射子彈方法的算法描述為生成主角子彈對象，并填寫它首次出現(xiàn)的位置坐標(biāo)及圖片小大等信息。

向上移動方法的算法描述為：如果縱坐標(biāo)y的值大于10則坐標(biāo)y值減去10，否則不減。

向下移動方法的算法描述為：如果縱坐標(biāo)y的值小于600（游戲窗口的高度值）減去70（主角飛機圖片的高度）則坐標(biāo)y加10，否則不加。

向左移動方法的算法描述為：如果橫坐標(biāo)x的值大于10則坐標(biāo)x值減去10，否則不減。

向右移動方法的算法描述為：如果橫坐標(biāo)x的值小于400（游戲窗口的寬度值）減去40（主角飛機圖片的寬度）則坐標(biāo)x加10，否則不加。

3）敵機（Enemy）類的設(shè)計。繼承于抽象類MovableObject，增加發(fā)射子彈的方法。

發(fā)射子彈方法的算法描述為生成敵機子彈對象，并填寫它首次出現(xiàn)的位置坐標(biāo)及圖片小大等信息。

重寫父類中的move方法，每間隔一段時間，向下移動5（坐標(biāo)y加5），向左或向右移動一段距離（x坐標(biāo)加上-5到5之間的一個數(shù)值）。

4）游戲主框架類（GamePanel）類的設(shè)計。主框架類繼承于Panel類，在該類中將各對象的運動變化交由一個線程來進(jìn)行處理運行，為確保游戲程序順暢運行，各對象的顯示和繪制交由另一個線程來進(jìn)行處理。其中，繪制顯示的對象，這線程不用新建線程另外處理，因為界面程序的組件都有繪制的線程和專用的方法（paint），對象運動變化之后，只要通知界面程序的組件繪制的線程（也可以理解為調(diào)用界面程序的繪圖方法更新內(nèi)容）即可。靜態(tài)成員：生命值（次）數(shù)對象列表，增加生命物品列表，敵機列表，主角飛機，敵方子彈列表，主角子彈列表，背景對象，聲音對象，各圖形元素運動控制的線程對象。成員方法：初始化游戲，繪圖（重寫paint方法），按鍵控制（控制主角移動），（各對象碰撞的）音效播放，背景音樂播放;事件監(jiān)聽（按鍵監(jiān)聽處理）;重新開始游戲。

5）各對象運動控制的線程（ThdObjMove）類的設(shè)計。此類最好在主框架類中進(jìn)行設(shè)計（內(nèi)部類），這樣方便線程訪問和控制主框架類的各成員。各圖形元素運動控制的線程類的設(shè)計：在線程體中控制敵人、敵人子彈、主角子彈、主角、增加生命值物品等各個對象的移動;并檢查是否發(fā)生（敵人與主角、敵人子彈與主角、主角子彈與敵人、增加生命值物品與主角）碰撞;游戲進(jìn)程發(fā)展;Boss出場;檢查游戲是否結(jié)束;播放指定音效等。靜態(tài)成員：循環(huán)控制標(biāo)記。成員方法：產(chǎn)生敵人;產(chǎn)生增加生命值物品;敵人開火（三類敵人，分別發(fā)射三種子彈）;敵人移動;增加生命值物品對象移動;檢查增加生命值物品對象與主角是否碰撞;檢查敵人與主角是否碰撞;查檢敵人子彈與主角是否碰撞;查檢主角子彈與敵人是否碰撞（兩種子彈）;線程主方法（線程體）。

項目中還有其他類和對象的設(shè)計，在此省略。

3.3 面向?qū)ο髮崿F(xiàn)

面向?qū)ο髮崿F(xiàn)階段的任務(wù)是將上一階段的類圖中各類的靜態(tài)成員和成員方法的算法用Java語言描述出來，加上類相應(yīng)的構(gòu)造方法，將上述每個類編寫為相應(yīng)的Java源程序文件。

1）MovableObject的定義：

2）主角飛機Hero類的定義：

其他類的定義在此省略。

最后定義程序的窗口類，在窗口類將游戲主框架類的對象加入到窗口內(nèi)容窗格的中間，于是游戲畫面便可在窗口中顯示出來了。

public class GameFrame extends JFrame {//游戲窗口類，繼承于JFrame

private GamePanel gpanel = new GamePanel（）;

public GameFrame（） {//構(gòu)造方法

gpanel.setFocusable（true）;

gpanel.requestFocus（）;

this.add（gpanel， BorderLayout.CENTER）;

//將將游戲主框架類的對象gpanel添加到內(nèi)容空格的中間

}

public static void main（String[] args） {

GameFrame frame = new GameFrame（）;

frame.setSize（410， 630）; //設(shè)定窗口的大小

frame.setIconImage（Resources.IconPNG）;//設(shè)置窗口圖標(biāo)

frame.setTitle（"雷電"）;//設(shè)置窗口標(biāo)題

frame.setDefaultCloseOperation（JFrame.EXIT_ON_CLOSE）;

//設(shè)置窗口關(guān)閉按鈕的默認(rèn)動作是退出程序

frame.setVisible（true）;//設(shè)置窗口可見

}

}

4 總結(jié)

項目驅(qū)動的教學(xué)方法是較為有效的學(xué)習(xí)Java程序設(shè)計的教學(xué)方法，以項目驅(qū)動學(xué)習(xí)，結(jié)合學(xué)生感興趣的游戲項目激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的熱情。本文以雷電游戲項目的設(shè)計實現(xiàn)為例討論了在項目驅(qū)動教學(xué)法中引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法。展示了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計過程中面向?qū)ο蠓治觥⒚嫦驅(qū)ο笤O(shè)計、面向?qū)ο髮崿F(xiàn)三個階段的主要思想。項目驅(qū)動教學(xué)方法中第一個項目要教師帶領(lǐng)著學(xué)生練習(xí)，然后再布置難度合理的項目讓學(xué)生自己動手去完成，在項目設(shè)計實現(xiàn)的過程中使學(xué)生學(xué)會面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法。

參考文獻(xiàn)：

[1] 田春婷.單機版記憶游戲的設(shè)計與實現(xiàn)——Java語言任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法應(yīng)用案例[J].科技與創(chuàng)新，2021（5）：21-22，25.

[2] 曹文平，寧彬.任務(wù)驅(qū)動+過程反饋的Java教學(xué)方法研究[J].教育教學(xué)論壇，2021（4）：165-168.

[3] 虞曉霞，彭浩.項目制班內(nèi)分層互動教學(xué)模式在Java程序設(shè)計課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].計算機教育，2021（5）：96-100.

[4] 張虎，葉傳奇，谷志峰.基于案例驅(qū)動的教學(xué)在《Java程序設(shè)計》課程中的實施與探索[J].電腦知識與技術(shù)，2021，17（14）：146-148.

[5] 張海藩，牟永敏.軟件工程導(dǎo)論[M].6版.北京：清華大學(xué)出版社，2013.

【通聯(lián)編輯：朱寶貴】

收稿日期：2021-05-25

項目基金：凱里學(xué)院線下一流課程——“Java程序設(shè)計”（課題編號：xx202009）

作者簡介：唐型基（1984—），男，貴州凱里人，副教授，主要從事數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析研究。