使用MVC模式制作游戏-教程和简介

游戏开发中一种有用的体系结构模式是MVC（模型视图控制器）模式。

它有助于分离输入逻辑，游戏逻辑和UI（渲染）。在任何游戏开发项目的早期阶段，其实用性很快就会被注意到，因为它允许快速更改内容，而无需在应用程序的所有层中进行过多的代码重做。

下图是模型视图控制器概念的最简单逻辑表示。

模型-视图-控制器模式

用法示例

在玩家控制机器人的示例游戏中，可能会发生以下情况：

1 –用户单击/轻击屏幕上的某个位置。
2 – 控制器处理单击/轻击并将事件转换为适当的操作。例如，如果地形被敌人占领，则会创建攻击动作；如果地形为空，则会创建移动动作，最后，如果用户轻拍的地方被障碍物占据，则不执行任何操作。
3 – 控制器相应地更新机器人 （模型）的状态。如果创建了移动动作，那么它将改变位置，如果发起了攻击，则将射击。
4 – 渲染器 （视图）收到有关状态更改的通知，并渲染世界的当前状态。

这一切意味着，模型（机器人）对如何绘制自己或如何更改其状态（位置，命中点）一无所知。他们是愚蠢的实体。在Java中，它们也称为POJO（普通的旧Java对象）。

控制器负责更改模型的状态并通知渲染器。

为了绘制模型，渲染器必须引用模型（机器人和任何其他实体）及其状态。
从典型的游戏架构中我们知道，主循环充当超级控制器，超级控制器更新状态，然后每秒将对象呈现到屏幕上多次。我们可以将所有更新和渲染与机器人一起放入主循环，但这很麻烦。让我们确定游戏的不同方面（关注点）。

型号

玩家控制的机器人
机器人可以移动的竞技场
一些障碍
一些敌人要开枪

控制器

主循环和输入处理程序
控制器处理玩家输入
在玩家的机器人上执行动作（移动，攻击）的控制器

观点

世界渲染器–将对象渲染到屏幕上

创建项目

为简单起见，我这次选择了applet，并将尝试使其简短。该项目具有以下结构：

MVC –项目结构

文件Droids.java是applet，包含主循环。

package net.obviam.droids;import java.applet.Applet;
import java.awt.Color;
import java.awt.Event;
import java.awt.Graphics;
import java.awt.image.BufferedImage;public class Droids extends Applet implements Runnable {private static final long serialVersionUID = -2472397668493332423L;public void start() {new Thread(this).start();}public void run() {setSize(480, 320); // For AppletViewer, remove later.// Set up the graphics stuff, double-buffering.BufferedImage screen = new BufferedImage(480, 320, BufferedImage.TYPE_INT_RGB);Graphics g = screen.getGraphics();Graphics appletGraphics = getGraphics();long delta = 0l;// Game loop.while (true) {long lastTime = System.nanoTime();g.setColor(Color.black);g.fillRect(0, 0, 480, 320);// Draw the entire results on the screen.appletGraphics.drawImage(screen, 0, 0, null);// Lock the frame ratedelta = System.nanoTime() - lastTime;if (delta < 20000000L) {try {Thread.sleep((20000000L - delta) / 1000000L);} catch (Exception e) {// It's an interrupted exception, and nobody cares}}if (!isActive()) {return;}}}public boolean handleEvent(Event e) {return false;}
}

将上述代码作为applet运行，无非是设置主循环并将屏幕涂成黑色。
结构中有3个程序包，各个组件都将放在那儿。

net.obviam.droids.model将包含所有模型
net.obviam.droids.view将包含所有渲染器
net.obviam.droids.controller将包含所有控制器

创建模型

机器人

Droid.java

package net.obviam.droids.model;public class Droid {private float x;private float y;private float speed = 2f;private float rotation = 0f;private float damage = 2f;public float getX() {return x;}public void setX(float x) {this.x = x;}public float getY() {return y;}public void setY(float y) {this.y = y;}public float getSpeed() {return speed;}public void setSpeed(float speed) {this.speed = speed;}public float getRotation() {return rotation;}public void setRotation(float rotation) {this.rotation = rotation;}public float getDamage() {return damage;}public void setDamage(float damage) {this.damage = damage;}
}

它是一个简单的Java对象，对周围世界一无所知。它具有位置，旋转，速度和损坏。这些状态由成员变量定义，可通过getter和setter方法访问。
游戏需要更多模型：地图上的障碍物和敌人。为简单起见，障碍物将仅在地图上定位，而敌人将是站立的物体。该地图将是一个二维数组，其中包含敌人，障碍物和机器人。该地图将被称为Arena以区别于标准Java地图，并且在构建地图时会填充障碍物和敌人。 Obstacle.java

package net.obviam.droids.model;public class Obstacle {private float x;private float y;public Obstacle(float x, float y) {this.x = x;this.y = y;}public float getX() {return x;}public float getY() {return y;}
}

Enemy.java

package net.obviam.droids.model;public class Enemy {private float x;private float y;private int hitpoints = 10;public Enemy(float x, float y) {this.x = x;this.y = y;}public float getX() {return x;}public float getY() {return y;}public int getHitpoints() {return hitpoints;}public void setHitpoints(int hitpoints) {this.hitpoints = hitpoints;}
}

Arena.java

package net.obviam.droids.model;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;public class Arena {public static final int WIDTH = 480 / 32;public static final int HEIGHT = 320 / 32;private static Random random = new Random(System.currentTimeMillis());private Object[][] grid;private List<Obstacle> obstacles = new ArrayList<Obstacle>();private List<Enemy>  enemies = new ArrayList<Enemy>();private Droid droid;public Arena(Droid droid) {this.droid = droid;grid = new Object[HEIGHT][WIDTH];for (int i = 0; i < WIDTH; i++) {for (int j = 0; j < HEIGHT; j++) {grid[j][i] = null;}}// add 5 obstacles and 5 enemies at random positionsfor (int i = 0; i < 5; i++) {int x = random.nextInt(WIDTH);int y = random.nextInt(HEIGHT);while (grid[y][x] != null) {x = random.nextInt(WIDTH);y = random.nextInt(HEIGHT);}grid[y][x] = new Obstacle(x, y);obstacles.add((Obstacle) grid[y][x]);while (grid[y][x] != null) {x = random.nextInt(WIDTH);y = random.nextInt(HEIGHT);}grid[y][x] = new Enemy(x, y);enemies.add((Enemy) grid[y][x]);}}public List<Obstacle> getObstacles() {return obstacles;}public List<Enemy> getEnemies() {return enemies;}public Droid getDroid() {return droid;}
}

Arena是一个更复杂的对象，但是通读代码应该易于理解。它基本上将所有模型归为一个世界。我们的游戏世界是一个竞技场，其中包含机器人，敌人和障碍物等所有元素。

WIDTH和HEIGHT是根据我选择的分辨率计算的。网格上的一个像元（块）将宽32像素，所以我只计算有多少个像元进入网格。
在构造函数（第19行）中，建立了网格，并随机放置了5个障碍物和5个敌人。这将构成起步舞台和我们的游戏世界。为了使主循环保持整洁，我们将把更新和渲染委托给GameEngine 。这是一个简单的类，它将处理用户输入，更新模型的状态并渲染世界。这是一个很小的粘合框架，可实现所有这些目标。 GameEngine.java存根

package net.obviam.droids.controller;import java.awt.Event;
import java.awt.Graphics;public class GameEngine {/** handle the Event passed from the main applet **/public boolean handleEvent(Event e) {switch (e.id) {case Event.KEY_PRESS:case Event.KEY_ACTION:// key pressedbreak;case Event.KEY_RELEASE:// key releasedbreak;case Event.MOUSE_DOWN:// mouse button pressedbreak;case Event.MOUSE_UP:// mouse button releasedbreak;case Event.MOUSE_MOVE:// mouse is being movedbreak;case Event.MOUSE_DRAG:// mouse is being dragged (button pressed)break;}return false;}/** the update method with the deltaTime in seconds **/public void update(float deltaTime) {// empty}/** this will render the whole world **/public void render(Graphics g) {// empty}
}

要使用引擎，需要修改Droids.java类。我们需要创建GameEngine类的实例，并在适当的时候调用update()和render()方法。另外，我们需要将输入处理委托给引擎。
添加以下行：

声明私有成员并实例化它。

private GameEngine engine = new GameEngine();

修改后的游戏循环如下所示：

while (true) {long lastTime = System.nanoTime();g.setColor(Color.black);g.fillRect(0, 0, 480, 320);// Update the state (convert to seconds)engine.update((float)(delta / 1000000000.0));// Render the worldengine.render(g);// Draw the entire results on the screen.appletGraphics.drawImage(screen, 0, 0, null);// Lock the frame ratedelta = System.nanoTime() - lastTime;if (delta < 20000000L) {try {Thread.sleep((20000000L - delta) / 1000000L);} catch (Exception e) {// It's an interrupted exception, and nobody cares}}}

高亮显示的行（＃7-＃10）包含对update()和render()方法的委托。请注意，从纳秒到秒的转换是几秒钟。在几秒钟内工作非常有用，因为我们可以处理现实价值。

重要说明 ：更新需要在计算增量（自上次更新以来经过的时间）之后进行。更新后也应调用渲染器，这样它将显示对象的当前状态。请注意，每次在渲染（涂成黑色）之前都会清除屏幕。
最后要做的是委派输入处理。

用以下代码片段替换当前的handleEvent方法：

public boolean handleEvent(Event e) {return engine.handleEvent(e);}

非常简单明了的委托。
运行小程序不会产生特别令人兴奋的结果。只是黑屏。这是有道理的，因为除了每个周期要清除的屏幕之外，所有内容都只是一个存根。

初始化模型（世界）

我们的游戏需要机器人和一些敌人。按照设计，世界就是我们的Arena 。通过实例化它，我们创建了一个世界（检查Arena的构造函数）。
我们将在GameEngine创建世界，因为引擎负责告诉视图要渲染的内容。

我们还需要在此处创建Droid ，因为Arena需要它的构造函数。最好将其分开，因为机器人将由玩家控制。
将以下成员与初始化世界的构造函数一起添加到GameEngine 。

private Arena arena;private Droid droid;public GameEngine() {droid = new Droid();// position droid in the middledroid.setX(Arena.WIDTH / 2);droid.setY(Arena.HEIGHT / 2);arena = new Arena(droid);}

注意： Arena的构造函数需要修改，因此Droid会在障碍物和敌人之前添加到网格中。

...// add the droidgrid[(int)droid.getY()][(int) droid.getX()] = droid;
...

再次运行该applet，不会更改输出，但是我们已经创建了世界。我们可以添加日志记录以查看结果，但这不会很有趣。让我们创建第一个视图，它将揭示我们的世界。

创建第一个视图/渲染器

我们在创建竞技场和世界上付出了很多努力，我们渴望看到它。因此，我们将创建一个快速而肮脏的渲染器来揭示整个世界。快速而肮脏的意思是，除了简单的正方形，圆形和占位符以外，没有别致的图像。一旦我们对游戏元素感到满意，就可以在更精细的视图上进行操作，以用精美的图形替换正方形和圆形。这就是去耦能力的光芒所在。
渲染世界的步骤。

绘制网格以查看单元格在哪里。
障碍物将被绘制为蓝色方块，它们将占据单元格
敌人将是红色圆圈
机器人将是带有棕色正方形的绿色圆圈

首先，我们创建渲染器界面。我们使用它来建立与渲染器交互的单一方法，这将使创建更多视图而不影响游戏引擎变得容易。要了解更多关于为什么是一个好主意，检查这个和这个。
在view包中创建一个接口。

Renderer.java

package net.obviam.droids.view;import java.awt.Graphics;public interface Renderer {public void render(Graphics g);
}

就这些。它包含一种方法： render(Graphics g) 。 Graphics g是从applet传递的画布。理想情况下，接口将与此无关，并且每个实现都将使用不同的后端，但是此练习的目的是描述MVC而不是创建完整的框架。因为我们选择了applet，所以我们需要Graphics对象。
具体的实现如下所示：

SimpleArenaRenderer.java （在view包中）

package net.obviam.droids.view;import java.awt.Color;
import java.awt.Graphics;import net.obviam.droids.model.Arena;
import net.obviam.droids.model.Droid;
import net.obviam.droids.model.Enemy;
import net.obviam.droids.model.Obstacle;public class SimpleArenaRenderer implements Renderer {private Arena arena;public SimpleArenaRenderer(Arena arena) {this.arena = arena;}@Overridepublic void render(Graphics g) {// render the gridint cellSize = 32; // hard codedg.setColor(new Color(0, 0.5f, 0, 0.75f));for (int i = 0; i <= Arena.WIDTH; i++) {g.drawLine(i * cellSize, 0, i * cellSize, Arena.HEIGHT * cellSize);if (i <= Arena.WIDTH)g.drawLine(0, i * cellSize, Arena.WIDTH * cellSize, i * cellSize);}// render the obstaclesg.setColor(new Color(0, 0, 1f));for (Obstacle obs : arena.getObstacles()) {int x = (int) (obs.getX() * cellSize) + 2;int y = (int) (obs.getY() * cellSize) + 2;g.fillRect(x, y, cellSize - 4, cellSize - 4);}// render the enemiesg.setColor(new Color(1f, 0, 0));for (Enemy enemy : arena.getEnemies()) {int x = (int) (enemy.getX() * cellSize);int y = (int) (enemy.getY() * cellSize);g.fillOval(x + 2, y + 2, cellSize - 4, cellSize - 4);}// render player droidg.setColor(new Color(0, 1f, 0));Droid droid = arena.getDroid();int x = (int) (droid.getX() * cellSize);int y = (int) (droid.getY() * cellSize);g.fillOval(x + 2, y + 2, cellSize - 4, cellSize - 4);// render square on droidg.setColor(new Color(0.7f, 0.5f, 0f));g.fillRect(x + 10, y + 10, cellSize - 20, cellSize - 20);}
}

第13 – 17行声明了Arena对象，并确保在构造渲染器时设置了该对象。我将其称为ArenaRenderer是因为我们将渲染竞技场（世界）。

渲染器中唯一的方法是render()方法。让我们一步一步地看看它的作用。
＃22 –声明像元大小（以像素为单位）。它是32。与Arena类中一样，它是硬编码的。＃23 –＃28 –正在绘制网格。这是一个简单的网格。首先，将颜色设置为深绿色，并以相等的距离绘制线条。

绘制障碍物–蓝色方块
＃31 –将笔刷颜色设置为蓝色。
＃32 –＃36 –遍历舞台上的所有障碍物，并为每个障碍物绘制一个蓝色填充的矩形，该矩形稍小于网格上的单元格。＃39 –＃44 –将颜色设置为红色，并通过遍历舞台中的敌人，在相应位置绘制一个圆圈。＃47 –＃54 –最后将机器人绘制为绿色圆圈，顶部带有棕色正方形。
请注意 ，现实世界中的竞技场宽度为15（480/32）。因此，机器人将始终位于相同的位置（7，5），并且渲染器通过使用单位度量转换来计算其在屏幕上的位置。在这种情况下，世界坐标系中的1个单位在屏幕上为32个像素。通过修改GameEngine以使用新创建的视图（ SimpleArenaRenderer ），我们得到了结果。

public class GameEngine {private Arena arena;private Droid droid;private Renderer renderer;public GameEngine() {droid = new Droid();// position droid in the middledroid.setX(Arena.WIDTH / 2);droid.setY(Arena.HEIGHT / 2);arena = new Arena(droid);// setup renderer (view)renderer = new SimpleArenaRenderer(arena);}/** ... code stripped ... **//** this will render the whole world **/public void render(Graphics g) {renderer.render(g);}
}

注意突出显示的行（5、15、22）。这些是将渲染器（视图）添加到游戏中的行。
结果应如下图所示（位置与玩家的机器人分开是随机的）：

第一次查看的结果

这是测试舞台并查看模型的绝佳视图。创建一个新视图而不是用形状（正方形和圆形）显示实际的精灵非常容易。

处理输入和更新模型的控制器

到目前为止，该游戏什么都不做，只显示当前世界（竞技场）状态。为简单起见，我们将仅更新机器人的一种状态，即其位置。

根据用户输入移动机器人的步骤为：

鼠标悬停时，检查网格上单击的单元格是否为空。这意味着它确实包含任何可能是Enemy或Obstacle实例的对象。
如果单元格为空，则控制器将创建一个动作，该动作将以恒定的速度移动机器人直到到达目标。

package net.obviam.droids.controller;import net.obviam.droids.model.Arena;
import net.obviam.droids.model.Droid;public class ArenaController {private static final int unit = 32;private Arena arena;/** the target cell **/private float targetX, targetY;/** true if the droid moves **/private boolean moving = false;public ArenaController(Arena arena) {this.arena = arena;}public void update(float delta) {Droid droid = arena.getDroid();if (moving) {// move on Xint bearing = 1;if (droid.getX() > targetX) {bearing = -1;}if (droid.getX() != targetX) {droid.setX(droid.getX() + bearing * droid.getSpeed() * delta);// check if arrivedif ((droid.getX() < targetX && bearing == -1)|| (droid.getX() > targetX && bearing == 1)) droid.setX(targetX);}// move on Ybearing = 1;if (droid.getY() > targetY) {bearing = -1;}if (droid.getY() != targetY) {droid.setY(droid.getY() + bearing * droid.getSpeed() * delta);// check if arrivedif ((droid.getY() < targetY && bearing == -1)|| (droid.getY() > targetY && bearing == 1)) droid.setY(targetY);}// check if arrivedif (droid.getX() == targetX && droid.getY() == targetY)moving = false;}}/** triggered with the coordinates every click **/public boolean onClick(int x, int y) {targetX = x / unit;targetY = y / unit;if (arena.getGrid()[(int) targetY][(int) targetX] == null) {// start moving the droid towards the targetmoving = true;return true;}return false;}
}

以下细分说明了逻辑和重要位。

＃08 – unit代表一个像元中有多少像素，代表世界坐标中的1个单位。它是硬编码的，不是最佳的，但是对于演示来说已经足够了。
＃09 –控制器将控制的Arena 。在构造控制器时设置（第16行）。 ＃12 –点击的目标坐标（以世界单位表示）。 ＃14 –机器人在移动时true 。这是“移动”动作的状态。理想情况下，这应该是一个独立的类，但是为了演示控制器并保持简洁，我们将在控制器内部共同编写一个动作。 ＃20 –一种update方法，该方法根据以恒定速度经过的时间更新机器人的位置。这非常简单，它会同时检查X和Y位置，如果它们与目标位置不同，则会考虑其速度更新机器人的相应位置（X或Y）。如果机器人在目标位置，则更新move状态变量以完成移动动作。

这不是一个很好的书面动作，没有对沿途发现的障碍物或敌人进行碰撞检查，也没有发现路径。它只是更新状态。

＃52 –发生“鼠标向上”事件时，将调用onClick(int x, int y)方法。它检查单击的单元格是否为空，如果为空，则通过将状态变量设置为true来启动“移动”操作
＃53-＃54 –将屏幕坐标转换为世界坐标。
这是控制器。要使用它，必须更新GameEngine 。

更新的GameEngine.java

package net.obviam.droids.controller;import java.awt.Event;
import java.awt.Graphics;import net.obviam.droids.model.Arena;
import net.obviam.droids.model.Droid;
import net.obviam.droids.view.Renderer;
import net.obviam.droids.view.SimpleArenaRenderer;public class GameEngine {private Arena arena;private Droid droid;private Renderer renderer;private ArenaController controller;public GameEngine() {droid = new Droid();// position droid in the middledroid.setX(Arena.WIDTH / 2);droid.setY(Arena.HEIGHT / 2);arena = new Arena(droid);// setup renderer (view)renderer = new SimpleArenaRenderer(arena);// setup controllercontroller = new ArenaController(arena);}/** handle the Event passed from the main applet **/public boolean handleEvent(Event e) {switch (e.id) {case Event.KEY_PRESS:case Event.KEY_ACTION:// key pressedbreak;case Event.KEY_RELEASE:// key releasedbreak;case Event.MOUSE_DOWN:// mouse button pressedbreak;case Event.MOUSE_UP:// mouse button releasedcontroller.onClick(e.x, e.y);break;case Event.MOUSE_MOVE:// mouse is being movedbreak;case Event.MOUSE_DRAG:// mouse is being dragged (button pressed)break;}return false;}/** the update method with the deltaTime in seconds **/public void update(float deltaTime) {controller.update(deltaTime);}/** this will render the whole world **/public void render(Graphics g) {renderer.render(g);}
}

更改将突出显示。
＃16 –声明控制器。
＃28 –实例化控制器。 ＃46 –委托鼠标上移事件。 ＃60 –在控制器上调用update方法。运行小程序，您可以单击地图，如果单元格为空，则机器人将移动到那里。

练习

创建一个视图，该视图将显示实体的图像/精灵，而不是绘制的形状。
提示：使用BufferedImage来实现。
将移动动作提取到新类中。
单击敌人时添加新的动作（攻击） 提示：创建被发射到目标的项目符号实体。您可以以更高的速度使用移动动作。当hitpoint降到0时，敌人被摧毁。使用不同的图像表示不同的状态。