《XNA高级编程：Xbox 360和Windows》3-8

xywuyiba8

3.8 Breakout游戏

     前面介绍了很多辅助类，现在是时候使用它们了。这里我将跳过游戏的构思阶段，Breakout游戏只有单人模式，对手则是砖块，所以可以把它说成是Pong游戏缩略版本。最初Breakout游戏是由Nolan Bushnell和Steve Wozniak发明的，并在1976年由Atari公司发行。在这个早期版本中，它仅仅是个黑白游戏，就像Pong游戏一样。但为了让它更有意思，给显示器蒙了一层透明条纹来给砖块上色（如图3-13所示）。

图3-13

     您也将做一个这样的游戏，并使用一些Pong的游戏组件以及前面介绍的辅助类。Breakout比Pong游戏更加复杂，它可以设置很多级别，而且有很大的改进空间。例如，Arkanoid就是Breakout游戏的克隆版本，并且在20世纪80到90年代有一大批的游戏都是基于这个创意，它们添加了武器系统、更好的图形特效，以及通过变换砖块的摆放位置来设置不同的级别。

     从图3-14中可以看到，BreakoutGame类的结构很像上一章的Pong类，同时使用SpriteHelper类取代上一章的sprite操作方式，其它一些内部方法和调用也换成了对应的辅助类。例如，StartLevel方法根据当前level值产生新的随机level值，这里就使用了RandomHelper类产生这些随机值。

图3-14

     注意，这个类中还包含了一些测试方法，在下一章中将对它们和辅助类做一些改进，下一章主要介绍了BaseGame和TestGame类，它们使对游戏类的处理，尤其是单元测试变得更加简单，而且更有条理。

     图3-15展示了接下来要做的Breakout游戏的总体样子，它非常有趣，肯定会比Pong游戏更能让人多玩几次，因为Pong游戏只有两个人玩的时候才比较有意思。Breakout游戏使用了Pong游戏项目中的背景素材和两个声音文件，另外还为球板（paddle）、球和砖块使用了一个新的素材BreakoutGame.png，添加过关（BreakoutVictory.wav）和打碎砖块（BreakoutBlockKill.wav）声效。

图3-15

Breakout中的单元测试

     在开始复制/粘贴上一章项目的代码、使用新的辅助类以及绘制新的游戏元素之前，您应该仔细考虑一下整个游戏以及可能遇到的问题。当然，您可以不用这么做，而直接开始实现游戏，但后面可能会遇到很难解决的问题，比如碰撞检测，它也是这个游戏最难的部分。单元测试可以帮助您，可以很容易地检查游戏的基本功能，帮助您组织代码，只编写真正需要的东西。就如以前一样，先从游戏最直观的部分开始，并测试它，然后添加更多的单元测试直到所有部分都完成，最后把所有部分组合起来并测试最终的游戏。

     下面是Breakout游戏中使用的单元测试的简单介绍，更详细的内容可以查看本章的源代码。此时还没有TestGame类，所以您还得像上一章那样来进行单元测试，或者作为更好的选择，查看下一章中的相关内容来做静态单元测试。此处只有三个单元测试，但它们会被反反复复地使用和修改。

• TestSounds：测试项目新增的几个声音特效，按下空格键、Alt键、Control键和Shift键来播放不同的声音。我还在播放下一个声音之前添加了一个小小的停顿，这样更容易听清楚。这个测试用来检查为这个游戏新建的XACT项目。
  
• TestGameSprites：这个测试最初是用来测试SpriteHelper类的，不过后来所有代码都被移到了游戏类的Draw方法中。它还用来初始化游戏中的砖块，这部分代码被移到了构造函数中。这个测试告诉您的重点并不是去写一个复杂的测试，因为该测试本身只有4行代码，重点是利用测试让您编写游戏的生活更加简单。需要的时候您可以从这些单元测试中复制一些有用的代码来用。静态单元测试没有必要像动态单元测试那样完美，因为您只在构建和测试游戏的时候使用它们。当游戏能运行之后，您将不再需要这些静态单元测试，除非后面还需要它们随时对游戏进行测试。
  
• TestBallCollisions：就像上一章一样碰撞检测是最有用的单元测试。此处要检测球接触屏幕边缘和球板时是否真的会发生碰撞，这部分只要使用上一章的代码并做些较小的改动就行了。然后就是更加复杂的砖块碰撞检测代码，这个稍后将详细介绍。另外，您还可以想出很多其他的方法来检测碰撞，如果愿意的话还可以对游戏进行一些改进。例如，可以试着把球发射到砖块墙的后面，看看它能否把所有的砖块都打碎。
  

Breakout的级别
     因为Breakout要使用的很多东西在Pong游戏里都是现成的，所以可以跳过那些相似的或者完全相同的实现代码，您要关注的是Breakout游戏里的那些新的变量：


///
/// How many block columns and rows are displayed?
///
const int NumOfColumns = 14,NumOfRows = 12;

///
/// Current paddle positions, 0 means left, 1 means right.
///
float paddlePosition = 0.5f;

///
/// Level we are in and the current score.
///
int level = 0, score = -1;

///
/// All blocks of the current play field. If they are
/// all cleared, we advance to the next level.
///
bool[,] blocks = new bool[NumOfColumns, NumOfRows];

///
/// Block positions for each block we have, initialized in Initialize().
///
Vector2[,] blockPositions = new Vector2[NumOfColumns, NumOfRows];

///
/// Bounding boxes for each of the blocks, also precalculated and checked
/// each frame if the ball collides with one of the blocks.
///
BoundingBox[,] blockBoxes = new BoundingBox[NumOfColumns, NumOfRows];
     首先定义砖块的最大列数和行数，以决定砖块数量的最大值，在第一级的时候不会填满砖块，只使用砖块最大数量的10%。球板位置的计算也比Pong游戏中的简单一些，因为这里只有一个玩家。还要保存当前游戏的级别以及得分，这些在Pong游戏中是没有的。在Pong游戏中每个玩家只有三条命，当三条命都没了游戏就结束了。而在Breakout中，玩家从第一级开始，可以不断地向上升级，直到输了球为止。这里分数不会非常高，也不用处理任何游戏字体，所以级数和分数就直接在窗口的标题栏上进行更新。

     接下来定义砖块，最重要的一个数组就是blocks，它会告诉您当前使用哪个砖块。Blocks在每一级开始之前初始化，而blockPositions和blockBoxes只在游戏类的构造函数中初始化一次，其中blockPositions用来计算渲染砖块的中心位置，blockBoxes用来确定砖块的碰撞检测的边界盒（bounding box）。要注意的是，这些数据都没有使用屏幕坐标系统，所有的位置数据在0-1范围内，0代表左边或者顶部，1代表右边或者底部。这种方式可以使游戏独立于分辨率，而且使渲染碰撞检测更加容易。

     级别是在StartLevel方法中产生的，这个方法在游戏开始以及升级的时候被调用：


void StartLevel()
{
    // Randomize levels, but make it more harder each level
    for (int y = 0; y < NumOfRows; y++)
        for (int x = 0; x < NumOfColumns; x++)
            blocks[x, y] = RandomHelper.GetRandomInt(10) < level+1;
    // Use the lower blocks only for later levels
    if (level < 6)
        for (int x = 0; x < NumOfColumns; x++)
            blocks[x, NumOfRows - 1] = false;
    if (level < 4)
        for (int x = 0; x < NumOfColumns; x++)
            blocks[x, NumOfRows - 2] = false;
    if (level < 2)
        for (int x = 0; x < NumOfColumns; x++)
            blocks[x, NumOfRows - 3] = false;
    // Halt game
    ballSpeedVector = Vector2.Zero;
    // Wait until user presses space or A to start a level.
    pressSpaceToStart = true;
    // Update title
    Window.Title =
        "XnaBreakout - Level " + (level+1) + " - Score " + Math.Max(0, score);
} // StartLevel
     在第一个for循环里，根据当前级别重新设置砖块数组的值。在第1级中，level等于0，只使用10%的砖块。RandomHelper.GetRandomInt(10)方法返回值在0-9范围内，小于1的概率只有10%。在第2级，这个概率就上升到20%，当到达第10级或者更高，那就是100% 了。实际上游戏没有上限，只要想玩就可以一直玩下去。

     然后清除底下三行的砖块，这样游戏开始的几级就会容易一些。在第三级的时候，会移除2行，在第5级的时候就只移除1行，到了7级以后所有的行都显示出来。

     和Pong游戏不同的是，在新游戏开始的时候球并不马上运动，球停留在球板上，直到用户按下空格键或者A键才开始运动。然后球朝着一个随机方向离开球板，在砖块、屏幕边缘以及球板之间来回运动，当所有的砖块都被打碎了玩家就赢了，或者玩家没有接到球而输了。

     最后，更新窗口的标题栏来显示到目前为止玩家的级数和得分。在这个简单的版本中，玩家每打碎一个砖块只得到1分，达到100分就非常棒了。但就如我之前所说的，游戏没有限制，尽量取得更高的分数来体验游戏的快乐。

游戏循环

     Pong游戏中的循环非常简单，包含了大部分的用户输入以及碰撞检测代码。Breakout的循环就稍微复杂一些，因为这里要处理球的两种不同状态。一种状态是球静止在球板上，等待用户按下空格键来开始游戏；另一种状态是游戏开始之后，此时要检测球与屏幕边缘、球板和砖块之间的碰撞。

     Update方法中的大部分结构都和上一章的很像，处理第二个玩家的代码被去掉了，同时也增加了一些新的代码：


// Game not started yet? Then put ball on paddle.
if (pressSpaceToStart)
{
    ballPosition = new Vector2(paddlePosition, 0.95f - 0.035f);
    // Handle space
    if (keyboard.IsKeyDown(Keys.Space) ||
        gamePad.Buttons.A == ButtonState.Pressed)
    {
        StartNewBall();
    } // if
} // if
else
{
    // Check collisions
    CheckBallCollisions(moveFactorPerSecond);
    // Update ball position and bounce off the borders
    ballPosition += ballSpeedVector *
        moveFactorPerSecond * BallSpeedMultiplicator;
    // Ball lost?
    if (ballPosition.Y > 0.985f)
    {
        // Play sound
        soundBank.PlayCue("PongBallLost");
        // Show lost message, reset is done above in StartNewBall!
        lostGame = true;
        pressSpaceToStart = true;
        // Play sound
        soundBank.PlayCue("PongBallLost");
        // Game over, reset to level 0
        level = 0;
        StartLevel();
        // Show lost message
        lostGame = true;
    } // if
    // Check if all blocks are killed and if we won this level
    bool allBlocksKilled = true;
    for (int y = 0; y < NumOfRows; y++)
        for (int x = 0; x < NumOfColumns; x++)
            if (blocks[x, y])
            {
                allBlocksKilled = false;
                break;
            } // for for if
    // We won, start next level
    if (allBlocksKilled == true)
    {
        // Play sound
        soundBank.PlayCue("BreakoutVictory");
        lostGame = false;
        level++;
        StartLevel();
    } // if
} // else
     首先检查是否已经开始游戏了，如果没有，重设球的位置，把它放在球板中心。然后检查用户是否按下了空格键或者A键，如果按下就开始游戏（随机设置ballSpeedVector的值并把球向砖块发射出去）。

     其中最重要的一个方法就是CheckBallCollisions，这个方法稍后再介绍。然后就像Pong游戏那样更新球的位置，并检查是否没有接到球。如果没有接到球，游戏结束，玩家可以从第1级重新开始。

     最后，检查是否所有砖块都被打碎了，如果是，则播放胜利的音效，此时屏幕上出现&#8220;You Won!&#8221;信息（在Draw方法中），按下空格键就可以进入下一级了。

绘制游戏

     使用SpriteHelper类以后Draw方法变得更加简洁了：


protected override void Draw(GameTime gameTime)
{
    // Render background
    background.Render();
    SpriteHelper.DrawSprites(width, height);
    // Render all game graphics            
    paddle.RenderCentered(paddlePosition, 0.95f);
    ball.RenderCentered(ballPosition);
    // Render all blocks
    for (int y = 0; y < NumOfRows; y++)
        for (int x = 0; x < NumOfColumns; x++)
            if (blocks[x, y])
                block.RenderCentered(blockPositions[x, y]);
    if (pressSpaceToStart &&
        score >= 0)
    {
        if (lostGame)
            youLost.RenderCentered(0.5f, 0.65f, 2);
        else
            youWon.RenderCentered(0.5f, 0.65f, 2);
    } // if
    // Draw all sprites on the screen
    SpriteHelper.DrawSprites(width, height);
    base.Draw(gameTime);
} // Draw(gameTime)
     首先渲染背景。这里不必先清空背景，因为背景纹理会填充整个游戏背景。为了确保其他所有游戏元素都能在背景之上渲染出来，要在渲染其他元素之前先把背景画出来。

     接下来画球板和球，因为使用了SpriteHelper类中的RenderCentered方法，这个操作就很简单了。这个方法有三个重载版本，如下所示：


public void RenderCentered(float x, float y, float scale)
{
    Render(new Rectangle(
        (int)(x * 1024 - scale * gfxRect.Width/2),
        (int)(y * 768 - scale * gfxRect.Height/2),
        (int)(scale * gfxRect.Width),
        (int)(scale * gfxRect.Height)));
} // RenderCentered(x, y)

public void RenderCentered(float x, float y)
{
    RenderCentered(x, y, 1);
} // RenderCentered(x, y)

public void RenderCentered(Vector2 pos)
{
    RenderCentered(pos.X, pos.Y);
} // RenderCentered(pos)
     RenderCentered方法接收一个Vector2类型的参数，或者两个float类型的参数，并按照1024&#215;768的分辨率按比例缩放计算位置。然后，SpriteHelper类的DrawSprites方法再把所有的游戏元素从1024&#215;768的分辨率按比例缩放到当前的屏幕分辨率。这听起来很复杂，但它用起来很方便。

     接下来渲染本级中的所有砖块，这也很简单，因为砖块的位置已经在构造函数中计算好了。下面是初始化砖块位置的代码：


// Init all blocks, set positions and bounding boxes
for (int y = 0; y < NumOfRows; y++)
    for (int x = 0; x < NumOfColumns; x++)
    {
        blockPositions[x, y] = new Vector2(
            0.05f + 0.9f * x / (float)(NumOfColumns - 1),
            0.066f + 0.5f * y / (float)(NumOfRows - 1));
        Vector3 pos = new Vector3(blockPositions[x, y], 0);
        Vector3 blockSize = new Vector3(
            GameBlockRect.X/1024.0f, GameBlockRect.Y/768, 0);
        blockBoxes[x, y] = new BoundingBox(
            pos - blockSize/2,
            pos + blockSize/2);
    } // for for
其中变量blockBoxes用于存储砖块的边界盒数据，用于碰撞检测，这个稍后介绍。位置计算也很简单，x坐标范围从0.05到0.95，也可以把常量NumOfColumns的值改成20，这样就会有更多的砖块。

     最后，如果玩家升级了或者输了，就会在屏幕上渲染对应的消息。然后，调用SpriteHelper类的DrawSprites方法渲染所有的游戏元素输出到屏幕上。看看对应的单元测试中是如何渲染砖块、球板和游戏信息的，我就是从单元测试开始的，然后才去实现游戏。

碰撞检测

     Breakout游戏中的碰撞检测要比Pong游戏稍微复杂一点，因为Pong游戏中只要检测与挡板和屏幕边缘的碰撞。这里最复杂的部分就是，当球撞击砖块的时候能正确地反弹回来。完整的检测代码请查看本章的源代码。

     像上一个游戏一样，这里也有球、屏幕边缘和球板等元素。只有砖块是新的元素，并且为了检测每一个碰撞，每一帧都要检测所有这些砖块。图3-16是撞击砖块的碰撞检测示意图：

图3-16

     仔细看一下砖块的碰撞检测代码。屏幕边缘和球板的碰撞检测与Pong游戏中的基本上一样，而且可以使用TestBallCollisions单元测试来检查。而在检测砖块的碰撞时，要检测所有砖块，看看球的边界盒是否和砖块的边界盒发生了碰撞。实际的游戏代码还要稍微复杂一些，因为要检测撞上了边界盒的哪一边，球要向哪个方向反弹。不过其余代码和整体思想都是一样的。


// Ball hits any block?
for (int y = 0; y < NumOfRows; y++)
    for (int x = 0; x < NumOfColumns; x++)
        if (blocks[x, y])
        {
            // Collision check
            if (ballBox.Intersects(blockBoxes[x, y]))
            {
                // Kill block
                blocks[x, y] = false;
                // Add score
                score++;
                // Update title
                Window.Title =
                    "XnaBreakout - Level " + (level + 1) + " - Score " + score;
                // Play sound
                soundBank.PlayCue("BreakoutBlockKill");
                // Bounce ball back
              ballSpeedVector = -ballSpeedVector;
                // Go outa here, only handle 1 block at a time
                break;
            } // if
        } // for for if