android 游戏导引(3. 图形引擎之模型管理)
16lz
2021-01-25
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
Table of Contents
- 1 面向对象吧
- 2 模型父子链:树
- 3 层式屏幕管理
- 4 游戏引擎
- 5 代码实现
- 6 绘制一个 android 机器人
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。
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