2D游戏引擎Labs2D开发记录 - 架构 - 游戏物体和世界_2d图元引擎架构

引擎架构：游戏物体和世界

游戏物体对于游戏引擎来说是一个非常基本的概念，也是主要的部分。

让我们先来思考一下一个2D游戏是怎样运转起来的呢？这是一个很有意思的话题，也很宽泛。
2D游戏的种类太多了，卡牌游戏是2D游戏、超级玛丽是2D游戏，但是你肯定知道卡牌游戏和超级玛丽是有区别的。因为卡牌游戏节奏十分缓慢，留给玩家足够的思考时间和暂停时间，而超级玛丽需要玩家的实时操作，是快节奏的游戏。在超级玛丽这个游戏中，你不断地通过几个按键来控制横版画面上的一个游戏角色，比如要控制好步伐来跳过障碍，技巧性的跳跃来踩死敌人等等。

但对于大多数游戏而言，不管是快节奏或者慢节奏，可以抽象成这两个概念：游戏状态 和 游戏规则

• 游戏状态是指在某一时刻游戏内的所有物体的数据，比如此时玩家的位置，怪物的位置，玩家的血量，怪物的血量等等。
• 游戏规则是指在将当前游戏状态转入下一个游戏状态的方法。比如游戏中的物理法则，玩家受到按键操作作出的反应，生物碰到岩浆会掉血之类的。
  而游戏在电脑中就像一个模拟器，它会响应玩家的输入，不断地将当前的游戏状态转换成下一个游戏状态。

在游戏中，通常会有一个最小模拟时间单位，在每一个最小模拟时间单位下对应着一个游戏状态，到下一个最小模拟时间单位，游戏状态就会随着游戏规则改变。
比如经典的贪吃蛇游戏，我可以设最小模拟时间单位为t。最开始的游戏状态，贪吃蛇是一个两格的线条，出生在中央位置，而有一个食物随机分配在某个位置，贪吃蛇身上每个关节的位置、食物的位置构成了当前的一个游戏状态，此时的时间是0（因为才刚刚开始）。当时间到t时，游戏逻辑程序开始运算，将当前的游戏状态更新，具体怎么更新的方式就是游戏规则了。而这里的游戏规则就是贪吃蛇向所朝方向移动一格，若头部接触到食物，则尾部增长一格，若头部碰到身体的任意部位，游戏结束。当时间为2t时，同样的进行这样的运算，直到游戏结束为止。

这个案例十分简单，我相信可以让你理解我所说的内容。

用函数符号描述，游戏在逻辑层所做的事情，就是每过一个单位时间，将当前游戏状态G,通过一个游戏规则F，转化成下一个游戏状态F(G)。

现在开始切入正题！

游戏物体

在本引擎中，游戏物体以一个个Java实例的方式呈现。我通过 GameObject 类来定义一个 游戏实体 。一个游戏实体可以是游戏中的一颗树，可以是一个怪物，也可以是一个玩家。游戏实体在游戏规则驱动下的相互作用构成丰富的游戏过程。
但是每个游戏物体的特点和功能是不一样的，所以还有一个比较重要的概念，就是 游戏组件 ，在程序中用 Component 类来定义一个游戏组件。游戏组件代表了游戏物体的一个功能。而一个游戏实体则是游戏组件的集合，一个游戏实体可以选择不同的游戏组件来实现多样的游戏功能。
在引擎中，通过继承 Component 类来定义不同的组件。

总结如下:

• 一个 GameObject 实例是多个 Component 实例的集合, GameObject 提供了增删组件的方法
• Component 类在代码中是一个抽象类，不能实例化，定义了组件具有的一些基本方法，具体的游戏组件通过继承它来实现

最基本的组件是变换组件，代码中是TransformComponent类。这个组件定义了游戏物体的坐标，也就是x和y值，提供了对坐标进行变换的一系列方法（如平移、旋转、拉伸）。

如果我们想要让游戏物体具有现实中的物理效果，比如让许多小球进行碰撞，那么刚体组件可以实现它，刚体组件在代码中对应着RigidBodyComponent类，存储着刚体的详细信息，比如质量、形状等等。

现在先不急着把所有组件都介绍，我们先来观察一下。每个组件实例都存储了实现组件功能的数据，比如变换组件的物体坐标，刚体组件存储刚体信息。实际上，组件的主要内容是为了实现组件功能存储的数据信息，以及一些操作数据的方法，而真正的组件功能实现，也就是对应的游戏规则，则在另一个实例中实现—— 游戏系统

为什么要分离组件和系统呢？这里我用一个假设法。假设每个组件都有一个update()方法，代表着游戏规则，也就是每一个单位时间怎么处理这些数据，那么就出现一个问题，各个游戏实体的逻辑像是独立的，而实现相互作用则变得困难。比如刚体组件的物理效果，你首先要有一个所有刚体的列表，遍历这些刚体，计算哪些刚体接触在一起，接触之后计算两两接触后的新的速度和方向，这就需要一个整体的运算。整体上的操作，更加有可控性和灵活性。

游戏系统在程序上有一个抽象的基类 BaseSystem ，实现具体的游戏系统必须继承它。比如对于刚体组件，就有专门的物理系统（在程序上对应PhysicsSystem类）来接管和逻辑运算。游戏的循环逻辑运算，主要集中在一系列游戏系统上。一个系统可以接管一种或多种组件，也可以进行单独的抽象的运算。
BaseSystem类有一个抽象方法update()，在每个单位时间内它都会被调用。

这里举一个例子，如果你要实现一个游戏中的一个点，它的游戏规则很简单，就是不停的向右移动，怎么实现呢？
首先，我们先创建一个游戏物体，代表这个“点”:

GameObject point=new GameObject();
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我们现在有了一个“点”实体，因为它有坐标，那我们为它添加一个变换组件:

TransformComponent component=new TransformComponent(0,0);//设置坐标为(0,0)
point.addComponent(component);
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现在它有了变换组件，那么它具有了坐标的属性和相关能力了，为了让它向右动起来，我们要创建一个游戏规则:

public class PointRule extends BaseSystem{
  private TransformComponent point;
  public void setPoint(TransformComponent _point){
    point=_point;
  }
  public void update(){
    point.translate(1,0);//表示平移向量(1,0),也就是横坐标+1
  }
}
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我们再把这个点加入到这个游戏规则中:

PointRule rule=new PointRule();
rule.setPoint(point);
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是不是很简单？
不过要它实际动起来，光有这些代码是不够的，这个例子只是让你更好的理解我上面所说的东西。

游戏世界

游戏世界是游戏物体的一个容器，光有游戏物体是不够的，还要有一个统一管理和存储这些游戏物体的主体，代码中用GameWorld类来实现游戏世界。
容易想到的。GameWorld可以添加和删除GameObject实例。
不过，GameObject在添加到游戏世界之前，它是一个只具有数据的静态的实体，不会运动，也不会执行任何游戏规则。你可以先将一个游戏物体设定好属性之后，再加入游戏世界，不过也可以加入世界之后动态改变它的属性。

游戏世界既包含了GameObject,也包含了BaseSystem，在每一个单位时间内,GameWorld会调用update()方法，此方法会调用所有BaseSystem的**update()**方法。

以上就是一些基本概念，下面来进一步完善内容:

(未完待续)