H5 游戏开发:决胜三分球

2017/11/18 · HTML5 ·
游戏

原文出处: 凹凸实验室   

H5游戏开发:贪吃蛇

2017/09/28 · HTML5 · 1
评论 ·
游戏

原文出处:
凹凸实验室   

图片 1
贪吃蛇的经典玩法有两种:

  1. 积分闯关
  2. 一吃到底

第一种是笔者小时候在掌上游戏机最先体验到的(不小心暴露了年龄),具体玩法是蛇吃完一定数量的食物后就通关,通关后速度会加快;第二种是诺基亚在1997年在其自家手机上安装的游戏,它的玩法是吃到没食物为止。笔者要实现的就是第二种玩法。

贪吃蛇的经典玩法有两种:

贪吃蛇的经典玩法有两种:

前言

本次是与腾讯手机充值合作推出的活动,用户通过氪金充值话费或者分享来获得更多的投篮机会,根据最终的进球数排名来发放奖品。

用户可以通过滑动拉出一条辅助线,根据辅助线长度和角度的不同将球投出,由于本次活动的开发周期短,在物理特性实现方面使用了物理引擎,所有本文的分享内容是如何结合物理引擎去实现一款投篮小游戏,如下图所示。

图片 2

MVC设计模式

基于贪吃蛇的经典,笔者在实现它时也使用一种经典的设计模型:MVC(即:Model
– View – Control)。游戏的各种状态与数据结构由 Model 来管理;View
用于显示 Model 的变化;用户与游戏的交互由 Control 完成(Control
提供各种游戏API接口)。

Model 是游戏的核心也是本文的主要内容;View 会涉及到部分性能问题;Control
负责业务逻辑。 这样设计的好处是: Model完全独立,View 是 Model
的状态机,Model 与 View 都由 Control 来驱动。

  1. 积分闯关
  2. 一吃到底
  1. 积分闯关
  2. 一吃到底

准备

图片 3

此次我使用的游戏引擎是
LayaAir,你也可以根据你的爱好和实际需求选择合适的游戏引擎进行开发,为什么选择该引擎进行开发
,总的来说有以下几个原因:

  • LayaAir 官方文档、API、示例学习详细、友好,可快速上手
  • 除了支持 2D 开发,同时还支持 3D 和 VR 开发,支持 AS、TS、JS
    三种语言开发
  • 在开发者社区中提出的问题,官方能及时有效的回复
  • 提供 IDE 工具,内置功能有打包
    APP、骨骼动画转换、图集打包、SWF转换、3D 转换等等

图片 4

物理引擎方面采用了
Matter.js,篮球、篮网的碰撞弹跳都使用它来实现,当然,还有其他的物理引擎如
planck.js、p2.js 等等,具体没有太深入的了解,Matter.js
相比其他引擎的优势在于:

  • 轻量级,性能不逊色于其他物理引擎
  • 官方文档、Demo 例子非常丰富,配色有爱
  • API 简单易用,轻松实现弹跳、碰撞、重力、滚动等物理效果
  • Github Star 数处于其他物理引擎之上,更新频率更高

Model

看一张贪吃蛇的经典图片。

图片 5

贪吃蛇有四个关键的参与对象:

  1. 蛇(snake)
  2. 食物(food)
  3. 墙(bounds)
  4. 舞台(zone)

舞台是一个 m * n
的矩阵(二维数组),矩阵的索引边界是舞台的墙,矩阵上的成员用于标记食物和蛇的位置。

空舞台如下:

[ [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0], [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0], [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0], [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0], [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0], [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0], ]

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[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
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[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
]

食物(F)和蛇(S)出现在舞台上:

[ [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0], [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
[0,0,F,0,0,0,0,0,0,0], [0,0,0,S,S,S,S,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0,S,0,0,0], [0,0,0,0,S,S,S,0,0,0],
[0,0,0,0,S,0,0,0,0,0], [0,0,0,0,S,0,0,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0], [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0], ]

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[0,0,F,0,0,0,0,0,0,0],
[0,0,0,S,S,S,S,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0,S,0,0,0],
[0,0,0,0,S,S,S,0,0,0],
[0,0,0,0,S,0,0,0,0,0],
[0,0,0,0,S,0,0,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
]

由于操作二维数组不如一维数组方便,所以笔者使用的是一维数组, 如下:

JavaScript

[ 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,F,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,S,S,S,S,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,S,0,0,0, 0,0,0,0,S,S,S,0,0,0,
0,0,0,0,S,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,S,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, ]

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0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,F,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,S,S,S,S,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,S,0,0,0,
0,0,0,0,S,S,S,0,0,0,
0,0,0,0,S,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,S,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
]

舞台矩阵上蛇与食物只是舞台对二者的映射,它们彼此都有独立的数据结构:

  • 蛇是一串坐标索引链表;
  • 食物是一个指向舞台坐标的索引值。

第一种是笔者小时候在掌上游戏机最先体验到的(不小心暴露了年龄),具体玩法是蛇吃完一定数量的食物后就通关,通关后速度会加快;第二种是诺基亚在1997年在其自家手机上安装的游戏,它的玩法是吃到没食物为止。笔者要实现的就是第二种玩法。

第一种是笔者小时候在掌上游戏机最先体验到的(不小心暴露了年龄),具体玩法是蛇吃完一定数量的食物后就通关,通关后速度会加快;第二种是诺基亚在1997年在其自家手机上安装的游戏,它的玩法是吃到没食物为止。笔者要实现的就是第二种玩法。

开始

蛇的活动

蛇的活动有三种,如下:

  • 移动(move)
  • 吃食(eat)
  • 碰撞(collision)

MVC设计模式

基于贪吃蛇的经典,笔者在实现它时也使用一种经典的设计模型:MVC(即:Model

  • View – Control)。游戏的各种状态与数据结构由 Model 来管理;View
    用于显示 Model 的变化;用户与游戏的交互由 Control 完成(Control
    提供各种游戏API接口)。

Model 是游戏的核心也是本文的主要内容;View 会涉及到部分性能问题;Control
负责业务逻辑。 这样设计的好处是: Model完全独立,View 是 Model
的状态机,Model 与 View 都由 Control 来驱动。

MVC设计模式

基于贪吃蛇的经典,笔者在实现它时也使用一种经典的设计模型:MVC(即:Model

  • View – Control)。游戏的各种状态与数据结构由 Model 来管理;View
    用于显示 Model 的变化;用户与游戏的交互由 Control 完成(Control
    提供各种游戏API接口)。

Model 是游戏的核心也是本文的主要内容;View 会涉及到部分性能问题;Control
负责业务逻辑。 这样设计的好处是: Model完全独立,View 是 Model
的状态机,Model 与 View 都由 Control 来驱动。

一、初始化游戏引擎

首先对 LayaAir 游戏引擎进行初始化设置,Laya.init 创建一个 1334×750
的画布以 WebGL 模式去渲染,渲染模式下有 WebGL 和 Canvas,使用 WebGL
模式下会出现锯齿的问题,使用 Config.isAntialias
抗锯齿可以解决此问题,并且使用引擎中自带的多种屏幕适配 screenMode

如果你使用的游戏引擎没有提供屏幕适配,欢迎阅读另一位同事所写的文章【H5游戏开发:横屏适配】。

JavaScript

… Config.isAntialias = true; // 抗锯齿 Laya.init(1334, 750,
Laya.WebGL); // 初始化一个画布,使用 WebGL 渲染,不支持时会自动切换为
Canvas Laya.stage.alignV = ‘top’; // 适配垂直对齐方式 Laya.stage.alignH
= ‘middle’; // 适配水平对齐方式 Laya.stage.screenMode =
this.Stage.SCREEN_HORIZONTAL; // 始终以横屏展示 Laya.stage.scaleMode =
“fixedwidth”; // 宽度不变,高度根据屏幕比例缩放,还有
noscale、exactfit、showall、noborder、full、fixedheight 等适配模式 …

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Config.isAntialias = true; // 抗锯齿
Laya.init(1334, 750, Laya.WebGL); // 初始化一个画布,使用 WebGL 渲染,不支持时会自动切换为 Canvas
Laya.stage.alignV = ‘top’; // 适配垂直对齐方式
Laya.stage.alignH = ‘middle’; // 适配水平对齐方式
Laya.stage.screenMode = this.Stage.SCREEN_HORIZONTAL; // 始终以横屏展示
Laya.stage.scaleMode = "fixedwidth"; // 宽度不变,高度根据屏幕比例缩放,还有 noscale、exactfit、showall、noborder、full、fixedheight 等适配模式

移动

蛇在移动时,内部发生了什么变化?

图片 6

蛇链表在一次移动过程中做了两件事:向表头插入一个新节点,同时剔除表尾一个旧节点。用一个数组来代表蛇链表,那么蛇的移动就是以下的伪代码:

JavaScript

function move(next) { snake.pop() & snake.unshift(next); }

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function move(next) {
snake.pop() & snake.unshift(next);
}

数组作为蛇链表合适吗?
这是笔者最开始思考的问题,毕竟数组的 unshift & pop
可以无缝表示蛇的移动。不过,方便不代表性能好,unshift
向数组插入元素的时间复杂度是 O(n), pop 剔除数组尾元素的时间复杂度是
O(1)。

蛇的移动是一个高频率的动作,如果一次动作的算法复杂度为 O(n)
并且蛇的长度比较大,那么游戏的性能会有问题。笔者想实现的贪吃蛇理论上讲是一条长蛇,所以笔者在本文章的回复是
—— 数组不适合作为蛇链表

蛇链表必须是真正的链表结构。
链表删除或插入一个节点的时间复杂度为O(1),用链表作为蛇链表的数据结构能提高游戏的性能。javascript
没有现成的链表结构,笔者写了一个叫
Chain 的链表类,Chain
提供了 unshfit & pop。以下伪代码是创建一条蛇链表:

JavaScript

let snake = new Chain();

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let snake = new Chain();

由于篇幅问题这里就不介绍 Chain 是如何实现的,有兴趣的同学可以移步到:

Model

看一张贪吃蛇的经典图片。

图片 7

web前端/H5/javascript学习群:250777811

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贪吃蛇有四个关键的参与对象:

  1. 蛇(snake)
  2. 食物(food)
  3. 墙(bounds)
  4. 舞台(zone)

舞台是一个 m * n 的矩阵(二维数组),矩阵的索引边界是舞台的墙,矩阵上的成员用于标记食物和蛇的位置。

空舞台如下:

[
 [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
 [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
 [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
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 [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
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 [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
 [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
]

食物(F)和蛇(S)出现在舞台上:

[
 [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
 [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
 [0,0,F,0,0,0,0,0,0,0],
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 [0,0,0,0,S,S,S,0,0,0],
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 [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
 [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
]

由于操作二维数组不如一维数组方便,所以笔者使用的是一维数组, 如下:

[
 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
 0,0,F,0,0,0,0,0,0,0,
 0,0,0,S,S,S,S,0,0,0,
 0,0,0,0,0,0,S,0,0,0,
 0,0,0,0,S,S,S,0,0,0,
 0,0,0,0,S,0,0,0,0,0,
 0,0,0,0,S,0,0,0,0,0,
 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
]

舞台矩阵上蛇与食物只是舞台对二者的映射,它们彼此都有独立的数据结构:

  • 蛇是一串坐标索引链表;
  • 食物是一个指向舞台坐标的索引值。

Model

看一张贪吃蛇的经典图片。

图片 8

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贪吃蛇有四个关键的参与对象:

  1. 蛇(snake)
  2. 食物(food)
  3. 墙(bounds)
  4. 舞台(zone)

舞台是一个 m * n 的矩阵(二维数组),矩阵的索引边界是舞台的墙,矩阵上的成员用于标记食物和蛇的位置。

空舞台如下:

[
    [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
    [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
    [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
    [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
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]

食物(F)和蛇(S)出现在舞台上:

[
    [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
    [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
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    [0,0,0,S,S,S,S,0,0,0],
    [0,0,0,0,0,0,S,0,0,0],
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    [0,0,0,0,S,0,0,0,0,0],
    [0,0,0,0,0,0,0,0,0,0],
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]

由于操作二维数组不如一维数组方便,所以笔者使用的是一维数组, 如下:

[
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,F,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,S,S,S,S,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,S,0,0,0,
    0,0,0,0,S,S,S,0,0,0,
    0,0,0,0,S,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,S,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
]

舞台矩阵上蛇与食物只是舞台对二者的映射,它们彼此都有独立的数据结构:

  • 蛇是一串坐标索引链表;
  • 食物是一个指向舞台坐标的索引值。

二、初始化物理引擎、加入场景

然后对 Matter.js 物理引擎进行初始化,Matter.Engine
模块包含了创建和处理引擎的方法,由引擎运行这个世界,engine.world
则包含了用于创建和操作世界的方法,所有的物体都需要加入到这个世界中,Matter.Render
是将实例渲染到 Canvas 中的渲染器。

enableSleeping
是开启刚体处于静止状态时切换为睡眠状态,减少物理运算提升性能,wireframes
关闭用于调试时的线框模式,再使用 LayaAir 提供的
Laya.loadingnew Sprite 加载、绘制已简化的场景元素。

JavaScript

… this.engine; var world; this.engine = Matter.Engine.create({
enableSleeping: true // 开启睡眠 }); world = this.engine.world;
Matter.Engine.run(this.engine); // Engine 启动 var render =
LayaRender.create({ engine: this.engine, options: { wireframes: false,
background: “#000” } }); LayaRender.run(render); // Render 启动 …

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this.engine;
var world;
this.engine = Matter.Engine.create({
    enableSleeping: true // 开启睡眠
});
world = this.engine.world;
Matter.Engine.run(this.engine); // Engine 启动
var render = LayaRender.create({
    engine: this.engine,
    options: { wireframes: false, background: "#000" }
});
LayaRender.run(render); // Render 启动

图片 9

图片 10

JavaScript

… // 加入背景、篮架、篮框 var bg = new this.Sprite();
Laya.stage.addChild(bg); bg.pos(0, 0); bg.loadImage(‘images/bg.jpg’);

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// 加入背景、篮架、篮框
var bg = new this.Sprite();
Laya.stage.addChild(bg);
bg.pos(0, 0);
bg.loadImage(‘images/bg.jpg’);

吃食 & 碰撞

「吃食」与「碰撞」区别在于吃食撞上了「食物」,碰撞撞上了「墙」。笔者认为「吃食」与「碰撞」属于蛇一次「移动」的三个可能结果的两个分支。蛇移动的三个可能结果是:「前进」、「吃食」和「碰撞」。

回头看一下蛇移动的伪代码:

JavaScript

function move(next) { snake.pop() & snake.unshift(next); }

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function move(next) {
snake.pop() & snake.unshift(next);
}

代码中的 next
表示蛇头即将进入的格子的索引值,只有当这个格子是0时蛇才能「前进」,当这个格子是
S 表示「碰撞」自己,当这个格子是 F表示吃食。

好像少了撞墙?
笔者在设计过程中,并没有把墙设计在舞台的矩阵中,而是通过索引出界的方式来表示撞墙。简单地说就是
next === -1 时表示出界和撞墙。

以下伪代码表示蛇的整上活动过程:

JavaScript

// B 表示撞墙 let cell = -1 === next ? B : zone[next]; switch(cell) {
// 吃食 case F: eat(); break; // 撞到自己 case S: collision(S); break;
// 撞墙 case B: collision(B): break; // 前进 default: move; }

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// B 表示撞墙
let cell = -1 === next ? B : zone[next];
switch(cell) {
// 吃食
case F: eat(); break;
// 撞到自己
case S: collision(S); break;
// 撞墙
case B: collision(B): break;
// 前进
default: move;
}

蛇的活动

蛇的活动有三种,如下:

  • 移动(move)
  • 吃食(eat)
  • 碰撞(collision)

蛇的活动

蛇的活动有三种,如下:

  • 移动(move)
  • 吃食(eat)
  • 碰撞(collision)

三、画出辅助线,计算长度、角度

投球的力度和角度是根据这条辅助线的长短角度去决定的,现在我们加入手势事件
MOUSE_DOWNMOUSE_MOVEMOUSE_UP
画出辅助线,通过这条辅助线起点和终点的 X、Y 坐标点再结合两个公式:
getRadgetDistance 计算出距离和角度。

JavaScript

… var line = new this.Sprite(); Laya.stage.addChild(line);
Laya.stage.on(this.Event.MOUSE_DOWN, this, function(e) { … });
Laya.stage.on(this.Event.MOUSE_MOVE, this, function(e) { … });
Laya.stage.on(this.Event.MOUSE_UP, this, function(e) { … }); …

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var line = new this.Sprite();
Laya.stage.addChild(line);
Laya.stage.on(this.Event.MOUSE_DOWN, this, function(e) { … });
Laya.stage.on(this.Event.MOUSE_MOVE, this, function(e) { … });
Laya.stage.on(this.Event.MOUSE_UP, this, function(e) { … });

JavaScript

… getRad: function(x1, y1, x2, y2) { // 返回两点之间的角度 var x = x2

  • x1; var y = y2 – x2; var Hypotenuse = Math.sqrt(Math.pow(x, 2) +
    Math.pow(y, 2)); var angle = x / Hypotenuse; var rad = Math.acos(angle);
    if (y2 < y1) { rad = -rad; } return rad; }, getDistance: function(x1,
    y1, x2, y2) { // 计算两点间的距离 return Math.sqrt(Math.pow(x1 – x2, 2)
  • Math.pow(y1 – y2, 2)); } …
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getRad: function(x1, y1, x2, y2) { // 返回两点之间的角度
    var x = x2 – x1;
    var y = y2 – x2;
    var Hypotenuse = Math.sqrt(Math.pow(x, 2) + Math.pow(y, 2));
    var angle = x / Hypotenuse;
    var rad = Math.acos(angle);
    if (y2 < y1) { rad = -rad; } return rad;
},
getDistance: function(x1, y1, x2, y2) { // 计算两点间的距离
    return Math.sqrt(Math.pow(x1 – x2, 2) + Math.pow(y1 – y2, 2));
}

随机投食

随机投食是指随机挑选舞台的一个索引值用于映射食物的位置。这似乎很简单,可以直接这样写:

JavaScript

// 伪代码 food = Math.random(zone.length) >> 0;

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// 伪代码
food = Math.random(zone.length) >> 0;

如果考虑到投食的前提 ——
不与蛇身重叠,你会发现上面的随机代码并不能保证投食位置不与蛇身重叠。由于这个算法的安全性带有赌博性质,且把它称作「赌博算法」。为了保证投食的安全性,笔者把算法扩展了一下:

JavaScript

// 伪代码 function feed() { let index = Math.random(zone.length)
>> 0; // 当前位置是否被占用 return zone[index] === S ? feed() :
index; } food = feed();

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// 伪代码
function feed() {
let index = Math.random(zone.length) >> 0;
// 当前位置是否被占用
return zone[index] === S ? feed() : index;
}
food = feed();

上面的代码虽然在理论上可以保证投食的绝对安全,不过笔者把这个算法称作「不要命的赌徒算法」,因为上面的算法有致命的BUG
—— 超长递归 or 死循环。

为了解决上面的致命问题,笔者设计了下面的算法来做随机投食:

JavaScript

// 伪代码 function feed() { // 未被占用的空格数 let len = zone.length –
snake.length; // 无法投食 if(len === 0) return ; // zone的索引 let index
= 0, // 空格计数器 count = 0, // 第 rnd 个空格子是最终要投食的位置 rnd =
Math.random() * count >> 0 + 1; // 累计空格数 while(count !==
rnd) { // 当前格子为空,count总数增一 zone[index++] === 0 && ++count;
} return index – 1; } food = feed();

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// 伪代码
function feed() {
// 未被占用的空格数
let len = zone.length – snake.length;
// 无法投食
if(len === 0) return ;
// zone的索引
let index = 0,
// 空格计数器
count = 0,
// 第 rnd 个空格子是最终要投食的位置
rnd = Math.random() * count >> 0 + 1;
// 累计空格数
while(count !== rnd) {
// 当前格子为空,count总数增一
zone[index++] === 0 && ++count;
}
return index – 1;
}
food = feed();

这个算法的平均复杂度为 O(n/2)。由于投食是一个低频操作,所以
O(n/2)的复杂度并不会带来任何性能问题。不过,笔者觉得这个算法的复杂度还是有点高了。回头看一下最开始的「赌博算法」,虽然「赌博算法」很不靠谱,但是它有一个优势
—— 时间复杂度为 O(1)。

「赌博算法」的靠谱概率 = (zone.length – snake.length) /
zone.length。snake.length
是一个动态值,它的变化范围是:0 ~ zone.length。推导出「赌博算法」的平均靠谱概率是:

「赌博算法」平均靠谱概率 = 50%

看来「赌博算法」还是可以利用一下的。于是笔者重新设计了一个算法:

新算法的平均复杂度可以有效地降低到 O(n/4),人生有时候需要点运气 : )。

移动

蛇在移动时,内部发生了什么变化?

图片 11

蛇链表在一次移动过程中做了两件事:向表头插入一个新节点,同时剔除表尾一个旧节点。用一个数组来代表蛇链表,那么蛇的移动就是以下的伪代码:

function move(next) {
 snake.pop() & snake.unshift(next); 
} 

数组作为蛇链表合适吗? 这是笔者最开始思考的问题,毕竟数组的 unshift & pop 可以无缝表示蛇的移动。不过,方便不代表性能好,unshift 向数组插入元素的时间复杂度是
O(n), pop 剔除数组尾元素的时间复杂度是 O(1)。

蛇的移动是一个高频率的动作,如果一次动作的算法复杂度为 O(n)
并且蛇的长度比较大,那么游戏的性能会有问题。笔者想实现的贪吃蛇理论上讲是一条长蛇,所以笔者在本文章的回复是
—— 数组不适合作为蛇链表。

蛇链表必须是真正的链表结构。 链表删除或插入一个节点的时间复杂度为O(1),用链表作为蛇链表的数据结构能提高游戏的性能。javascript
没有现成的链表结构,笔者写了一个叫 Chain 的链表类,Chain 提供了 unshfit & pop。以下伪代码是创建一条蛇链表:

let snake = new Chain(); 

吃食 & 碰撞

「吃食」与「碰撞」区别在于吃食撞上了「食物」,碰撞撞上了「墙」。笔者认为「吃食」与「碰撞」属于蛇一次「移动」的三个可能结果的两个分支。蛇移动的三个可能结果是:「前进」、「吃食」和「碰撞」。

回头看一下蛇移动的伪代码:

function move(next) {
 snake.pop() & snake.unshift(next); 
} 

代码中的 next 表示蛇头即将进入的格子的索引值,只有当这个格子是0时蛇才能「前进」,当这个格子是 S 表示「碰撞」自己,当这个格子是 F表示吃食。

好像少了撞墙? 笔者在设计过程中,并没有把墙设计在舞台的矩阵中,而是通过索引出界的方式来表示撞墙。简单地说就是 next === -1 时表示出界和撞墙。

以下伪代码表示蛇的整上活动过程:

// B 表示撞墙
let cell = -1 === next ? B : zone[next]; 
switch(cell) {
    // 吃食
    case F: eat(); break; 
    // 撞到自己
    case S: collision(S); break; 
    // 撞墙
    case B: collision(B): break; 
    // 前进
    default: move; 
}

 

移动

蛇在移动时,内部发生了什么变化?

图片 12

蛇链表在一次移动过程中做了两件事:向表头插入一个新节点,同时剔除表尾一个旧节点。用一个数组来代表蛇链表,那么蛇的移动就是以下的伪代码:

function move(next) {
    snake.pop() & snake.unshift(next); 
} 

数组作为蛇链表合适吗? 这是笔者最开始思考的问题,毕竟数组的 unshift & pop 可以无缝表示蛇的移动。不过,方便不代表性能好,unshift 向数组插入元素的时间复杂度是
O(n), pop 剔除数组尾元素的时间复杂度是 O(1)。

蛇的移动是一个高频率的动作,如果一次动作的算法复杂度为 O(n)
并且蛇的长度比较大,那么游戏的性能会有问题。笔者想实现的贪吃蛇理论上讲是一条长蛇,所以笔者在本文章的回复是
—— 数组不适合作为蛇链表。

蛇链表必须是真正的链表结构。 链表删除或插入一个节点的时间复杂度为O(1),用链表作为蛇链表的数据结构能提高游戏的性能。javascript
没有现成的链表结构,笔者写了一个叫 Chain 的链表类,Chain 提供了 unshfit & pop。以下伪代码是创建一条蛇链表:

let snake = new Chain(); 

吃食 & 碰撞

「吃食」与「碰撞」区别在于吃食撞上了「食物」,碰撞撞上了「墙」。笔者认为「吃食」与「碰撞」属于蛇一次「移动」的三个可能结果的两个分支。蛇移动的三个可能结果是:「前进」、「吃食」和「碰撞」。

回头看一下蛇移动的伪代码:

function move(next) {
    snake.pop() & snake.unshift(next); 
} 

代码中的 next 表示蛇头即将进入的格子的索引值,只有当这个格子是0时蛇才能「前进」,当这个格子是 S 表示「碰撞」自己,当这个格子是 F表示吃食。

好像少了撞墙? 笔者在设计过程中,并没有把墙设计在舞台的矩阵中,而是通过索引出界的方式来表示撞墙。简单地说就是 next === -1 时表示出界和撞墙。

以下伪代码表示蛇的整上活动过程:

// B 表示撞墙
let cell = -1 === next ? B : zone[next]; 
switch(cell) {
    // 吃食
    case F: eat(); break; 
    // 撞到自己
    case S: collision(S); break; 
    // 撞墙
    case B: collision(B): break; 
    // 前进
    default: move; 
}

 

四、生成篮球施加力度

大致初始了一个简单的场景,只有背景和篮框,接下来是加入投篮。

每次在 MOUSE_UP 事件的时候我们就生成一个圆形的刚体, isStatic: false
我们要移动所以不固定篮球,并且设置 density 密度、restitution
弹性、刚体的背景 sprite 等属性。

将获得的两个值:距离和角度,通过 applyForce
方法给生成的篮球施加一个力,使之投出去。

JavaScript

… addBall: function(x, y) { var ball = Matter.Bodies.circle(500, 254,
28, { // x, y, 半径 isStatic: false, // 不固定 density: 0.68, // 密度
restitution: 0.8, // 弹性 render: { visible: true, // 开启渲染 sprite: {
texture: ‘images/ball.png’, // 设置为篮球图 xOffset: 28, // x
设置为中心点 yOffset: 28 // y 设置为中心点 } } }); }
Matter.Body.applyForce(ball, ball.position, { x: x, y: y }); // 施加力
Matter.World.add(this.engine.world, [ball]); // 添加到世界 …

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addBall: function(x, y) {
    var ball = Matter.Bodies.circle(500, 254, 28, { // x, y, 半径
        isStatic: false, // 不固定
        density: 0.68, // 密度
        restitution: 0.8, // 弹性
        render: {
            visible: true, // 开启渲染
            sprite: {
                texture: ‘images/ball.png’, // 设置为篮球图
                xOffset: 28, // x 设置为中心点
                yOffset: 28 // y 设置为中心点
            }
        }
    });
}
Matter.Body.applyForce(ball, ball.position, { x: x, y: y }); // 施加力
Matter.World.add(this.engine.world, [ball]); // 添加到世界

View

在 View 可以根据喜好选择一款游戏渲染引擎,笔者在 View 层选择了 PIXI
作为游戏游戏渲染引擎。

View 的任务主要有两个:

  1. 绘制游戏的界面;
  2. 渲染 Model 里的各种数据结构

也就是说 View
是使用渲染引擎还原设计稿的过程。本文的目的是介绍「贪吃蛇」的实现思路,如何使用一个渲染引擎不是本文讨论的范畴,笔者想介绍的是:「如何提高渲染的效率」。

在 View 中显示 Model 的蛇可以简单地如以下伪代码:

上面代码的时间复杂度是
O(n)。上面介绍过蛇的移动是一个高频的活动,我们要尽量避免高频率地运行
O(n) 的代码。来分析蛇的三种活动:「移动」,「吃食」,「碰撞」。
首先,Model 发生了「碰撞」,View 应该是直接暂停渲染 Model
里的状态,游戏处在死亡状态,接下来的事由 Control 处理。
Model
中的蛇(链表)在一次「移动」过程中做了两件事:向表头插入一个新节点,同时剔除表尾一个旧节点;蛇(链表)在一次「吃食」过程中只做一件事:向表头插入一个新节点

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如果在 View 中对 Model 的蛇链表做差异化检查,View
只增量更新差异部分的话,算法的时间复杂度即可降低至 O(1) ~ O(2)
。以下是优化后的伪代码:

随机投食

随机投食是指随机挑选舞台的一个索引值用于映射食物的位置。这似乎很简单,可以直接这样写:

// 伪代码
food = Math.random(zone.length) >> 0; 

如果考虑到投食的前提 ——
不与蛇身重叠,你会发现上面的随机代码并不能保证投食位置不与蛇身重叠。由于这个算法的安全性带有赌博性质,且把它称作「赌博算法」。为了保证投食的安全性,笔者把算法扩展了一下:

// 伪代码
function feed() {
    let index = Math.random(zone.length) >> 0; 
    // 当前位置是否被占用
    return zone[index] === S ? feed() : index; 
}
food = feed(); 

 

上面的代码虽然在理论上可以保证投食的绝对安全,不过笔者把这个算法称作「不要命的赌徒算法」,因为上面的算法有致命的BUG
—— 超长递归 or 死循环。

为了解决上面的致命问题,笔者设计了下面的算法来做随机投食:

// 伪代码
function feed() {
    // 未被占用的空格数
    let len = zone.length - snake.length; 
    // 无法投食
    if(len === 0) return ; 
    // zone的索引
    let index = 0, 
    // 空格计数器
    count = 0, 
    // 第 rnd 个空格子是最终要投食的位置
    rnd = Math.random() * count >> 0 + 1; 
    // 累计空格数
    while(count !== rnd) {
        // 当前格子为空,count总数增一
        zone[index++] === 0 && ++count; 
    }
    return index - 1; 
}
food = feed(); 

 

这个算法的平均复杂度为 O(n/2)。由于投食是一个低频操作,所以
O(n/2)的复杂度并不会带来任何性能问题。不过,笔者觉得这个算法的复杂度还是有点高了。回头看一下最开始的「赌博算法」,虽然「赌博算法」很不靠谱,但是它有一个优势
—— 时间复杂度为 O(1)。

「赌博算法」的靠谱概率 = (zone.length – snake.length) /
zone.length。snake.length 是一个动态值,它的变化范围是:0 ~ zone.length。推导出「赌博算法」的平均靠谱概率是:

「赌博算法」平均靠谱概率 = 50%

看来「赌博算法」还是可以利用一下的。于是笔者重新设计了一个算法:

// 伪代码
function bet() {
    let rnd = Math.random() * zone.length >> 0; 
    return zone[rnd] === 0 ? rnd : -1; 
}
function feed() {
    ...
}
food = bet(); 
if(food === -1) food = feed(); 

 

新算法的平均复杂度可以有效地降低到 O(n/4),人生有时候需要点运气 : )。

随机投食

随机投食是指随机挑选舞台的一个索引值用于映射食物的位置。这似乎很简单,可以直接这样写:

// 伪代码
food = Math.random(zone.length) >> 0; 

如果考虑到投食的前提 ——
不与蛇身重叠,你会发现上面的随机代码并不能保证投食位置不与蛇身重叠。由于这个算法的安全性带有赌博性质,且把它称作「赌博算法」。为了保证投食的安全性,笔者把算法扩展了一下:

// 伪代码
function feed() {
    let index = Math.random(zone.length) >> 0; 
    // 当前位置是否被占用
    return zone[index] === S ? feed() : index; 
}
food = feed(); 

 

上面的代码虽然在理论上可以保证投食的绝对安全,不过笔者把这个算法称作「不要命的赌徒算法」,因为上面的算法有致命的BUG
—— 超长递归 or 死循环。

为了解决上面的致命问题,笔者设计了下面的算法来做随机投食:

// 伪代码
function feed() {
    // 未被占用的空格数
    let len = zone.length - snake.length; 
    // 无法投食
    if(len === 0) return ; 
    // zone的索引
    let index = 0, 
    // 空格计数器
    count = 0, 
    // 第 rnd 个空格子是最终要投食的位置
    rnd = Math.random() * count >> 0 + 1; 
    // 累计空格数
    while(count !== rnd) {
        // 当前格子为空,count总数增一
        zone[index++] === 0 && ++count; 
    }
    return index - 1; 
}
food = feed(); 

 

这个算法的平均复杂度为 O(n/2)。由于投食是一个低频操作,所以
O(n/2)的复杂度并不会带来任何性能问题。不过,笔者觉得这个算法的复杂度还是有点高了。回头看一下最开始的「赌博算法」,虽然「赌博算法」很不靠谱,但是它有一个优势
—— 时间复杂度为 O(1)。

「赌博算法」的靠谱概率 = (zone.length – snake.length) /
zone.length。snake.length 是一个动态值,它的变化范围是:0 ~ zone.length。推导出「赌博算法」的平均靠谱概率是:

「赌博算法」平均靠谱概率 = 50%

看来「赌博算法」还是可以利用一下的。于是笔者重新设计了一个算法:

// 伪代码
function bet() {
    let rnd = Math.random() * zone.length >> 0; 
    return zone[rnd] === 0 ? rnd : -1; 
}
function feed() {
    ...
}
food = bet(); 
if(food === -1) food = feed(); 

 

新算法的平均复杂度可以有效地降低到 O(n/4),人生有时候需要点运气 : )。

五、加入其他刚体、软体

现在,已经能顺利的将篮球投出,现在我们还需要加入一个篮球网、篮框、篮架。

通过 Matter.js 加入一些刚体和软体并且赋予物理特性 firction
摩擦力、frictionAir 空气摩擦力等, visible: false
表示是否隐藏,collisionFilter 是过滤碰撞让篮球网之间不产生碰撞。

JavaScript

… addBody: function() { var group = Matter.Body.nextGroup(true); var
netBody = Matter.Composites.softBody(1067, 164, 6, 4, 0, 0, false, 8.5,
{ // 篮球网 firction: 1, // 摩擦力 frictionAir: 0.08, // 空气摩擦力
restitution: 0, // 弹性 render: { visible: false }, collisionFilter: {
group: group } }, { render: { lineWidth: 2, strokeStyle: “#fff” } });
netBody.bodies[0].isStatic = netBody.bodies[5].isStatic = true; //
将篮球网固定起来 var backboard = Matter.Bodies.rectangle(1208, 120, 50,
136, { // 篮板刚体 isStatic: true, render: { visible: true } }); var
backboardBlock = Matter.Bodies.rectangle(1069, 173, 5, 5, { //
篮框边缘块 isStatic: true, render: { visible: true } });
Matter.World.add(this.engine.world, [ // 四周墙壁 …
Matter.Bodies.rectangle(667, 5, 1334, 10, { // x, y, w, h isStatic: true
}), … ]); Matter.World.add(this.engine.world, [netBody, backboard,
backboardBlock]); }

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addBody: function() {
    var group = Matter.Body.nextGroup(true);
    var netBody = Matter.Composites.softBody(1067, 164, 6, 4, 0, 0, false, 8.5, { // 篮球网
        firction: 1, // 摩擦力
        frictionAir: 0.08, // 空气摩擦力
        restitution: 0, // 弹性
        render: { visible: false },
        collisionFilter: { group: group }
    }, {
        render: { lineWidth: 2, strokeStyle: "#fff" }
    });
    netBody.bodies[0].isStatic = netBody.bodies[5].isStatic = true; // 将篮球网固定起来
    var backboard = Matter.Bodies.rectangle(1208, 120, 50, 136, { // 篮板刚体
        isStatic: true,
        render: { visible: true }
    });
    var backboardBlock = Matter.Bodies.rectangle(1069, 173, 5, 5, { // 篮框边缘块
        isStatic: true,
        render: { visible: true }
    });
    Matter.World.add(this.engine.world, [ // 四周墙壁
        …
        Matter.Bodies.rectangle(667, 5, 1334, 10, { // x, y, w, h
            isStatic: true
        }),
        …
    ]);
    Matter.World.add(this.engine.world, [netBody, backboard, backboardBlock]);
}

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Control

Control 主要做 3 件事:

  1. 游戏与用户的互动
  2. 驱动 Model
  3. 同步 View 与 Model

「游戏与用户的互动」是指向外提供游戏过程需要使用到的 APIs 与
各类事件。笔者规划的 APIs 如下:

name type deltail
init method 初始化游戏
start method 开始游戏
restart method 重新开始游戏
pause method 暂停
resume method 恢复
turn method 控制蛇的转向。如:turn(“left”)
destroy method 销毁游戏
speed property 蛇的移动速度

事件如下:

name detail
countdown 倒时计
eat 吃到食物
before-eat 吃到食物前触发
gameover 游戏结束

事件统一挂载在游戏实例下的 event 对象下。

「驱动 Model 」只做一件事 —— 将 Model
的蛇的方向更新为用户指定的方向

「同步 View 与 Model 」也比较简单,检查 Model 是否有更新,如果有更新通知
View 更新游戏界面。

View

在 View 可以根据喜好选择一款游戏渲染引擎,笔者在 View
层选择了 PIXI 作为游戏游戏渲染引擎。

View 的任务主要有两个:

  1. 绘制游戏的界面;
  2. 渲染 Model 里的各种数据结构

也就是说 View
是使用渲染引擎还原设计稿的过程。本文的目的是介绍「贪吃蛇」的实现思路,如何使用一个渲染引擎不是本文讨论的范畴,笔者想介绍的是:「如何提高渲染的效率」。

在 View 中显示 Model 的蛇可以简单地如以下伪代码:

// 清空 View 上的蛇
view.snake.clean(); 
model.snake.forEach(
    (node) => {
        // 创建 View 上的蛇节点
        let viewNode = createViewNode(node); 
        // 并合一条新蛇
        view.snake.push(viewNode); 
    }
); 

 

上面代码的时间复杂度是
O(n)。上面介绍过蛇的移动是一个高频的活动,我们要尽量避免高频率地运行
O(n) 的代码。来分析蛇的三种活动:「移动」,「吃食」,「碰撞」。

首先,Model 发生了「碰撞」,View 应该是直接暂停渲染 Model
里的状态,游戏处在死亡状态,接下来的事由 Control 处理。

Model
中的蛇(链表)在一次「移动」过程中做了两件事:向表头插入一个新节点,同时剔除表尾一个旧节点;蛇(链表)在一次「吃食」过程中只做一件事:向表头插入一个新节点。

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如果在 View 中对 Model 的蛇链表做差异化检查,View
只增量更新差异部分的话,算法的时间复杂度即可降低至 O(1) ~ O(2)
。以下是优化后的伪代码:

let snakeA = model.snake, snakeB = view.snake; 
// 增量更新尾部
while(snakeB.length <= snakeA.length) { 
    headA = snakeA.next(); 
    // 头节点匹配
    if(headA.data === headB.data) break; 
    // 不匹配
    else { 
        // 向snakeB插入头节点
        if(snakeA.HEAD === headA.index) {
            snakeB.unshift(headA.data); 
        }
        // 向snakeB插入第二个节点
        else snakeB.insertAfter(0, headA.data); 
    }
}
// 增量更新头部 
let tailA = snakeA.last(), tailB; 
while(snakeB.length !== 0) { 
    tailB = snakeB.last(); 
    // 尾节点匹配
    if(tailA.data === tailB.data) break; 
    // 不匹配
    else snakeB.pop(); 
}

 

View

在 View 可以根据喜好选择一款游戏渲染引擎,笔者在 View
层选择了 PIXI 作为游戏游戏渲染引擎。

View 的任务主要有两个:

  1. 绘制游戏的界面;
  2. 渲染 Model 里的各种数据结构

也就是说 View
是使用渲染引擎还原设计稿的过程。本文的目的是介绍「贪吃蛇」的实现思路,如何使用一个渲染引擎不是本文讨论的范畴,笔者想介绍的是:「如何提高渲染的效率」。

在 View 中显示 Model 的蛇可以简单地如以下伪代码:

// 清空 View 上的蛇
view.snake.clean(); 
model.snake.forEach(
    (node) => {
        // 创建 View 上的蛇节点
        let viewNode = createViewNode(node); 
        // 并合一条新蛇
        view.snake.push(viewNode); 
    }
); 

 

上面代码的时间复杂度是
O(n)。上面介绍过蛇的移动是一个高频的活动,我们要尽量避免高频率地运行
O(n) 的代码。来分析蛇的三种活动:「移动」,「吃食」,「碰撞」。

首先,Model 发生了「碰撞」,View 应该是直接暂停渲染 Model
里的状态,游戏处在死亡状态,接下来的事由 Control 处理。

Model
中的蛇(链表)在一次「移动」过程中做了两件事:向表头插入一个新节点,同时剔除表尾一个旧节点;蛇(链表)在一次「吃食」过程中只做一件事:向表头插入一个新节点。

图片 16

如果在 View 中对 Model 的蛇链表做差异化检查,View
只增量更新差异部分的话,算法的时间复杂度即可降低至 O(1) ~ O(2)
。以下是优化后的伪代码:

let snakeA = model.snake, snakeB = view.snake; 
// 增量更新尾部
while(snakeB.length <= snakeA.length) { 
    headA = snakeA.next(); 
    // 头节点匹配
    if(headA.data === headB.data) break; 
    // 不匹配
    else { 
        // 向snakeB插入头节点
        if(snakeA.HEAD === headA.index) {
            snakeB.unshift(headA.data); 
        }
        // 向snakeB插入第二个节点
        else snakeB.insertAfter(0, headA.data); 
    }
}
// 增量更新头部 
let tailA = snakeA.last(), tailB; 
while(snakeB.length !== 0) { 
    tailB = snakeB.last(); 
    // 尾节点匹配
    if(tailA.data === tailB.data) break; 
    // 不匹配
    else snakeB.pop(); 
}

 

六、判断进球、监听睡眠状态

通过开启一个 tick
事件不停的监听球在运行时的位置,当到达某个位置时判定为进球。

另外太多的篮球会影响性能,所以我们使用 sleepStart
事件监听篮球一段时间不动后,进入睡眠状态时删除。

JavaScript

… Matter.Events.on(this.engine, ‘tick’, function() { countDown++; if
(ball.position.x > 1054 && ball.position.x < 1175 &&
ball.position.y > 170 && ball.position.y < 180 && countDown >
2) { countDown = 0; console.log(‘球进了!’); } });
Matter.Events.on(ball, ‘sleepStart’, function() {
Matter.World.remove(This.engine.world, ball); }); …

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Matter.Events.on(this.engine, ‘tick’, function() {
    countDown++;
    if (ball.position.x > 1054 && ball.position.x < 1175 && ball.position.y > 170 && ball.position.y < 180 && countDown > 2) {
        countDown = 0;
        console.log(‘球进了!’);
    }
});
Matter.Events.on(ball, ‘sleepStart’, function() {
    Matter.World.remove(This.engine.world, ball);
});

到此为止,通过借助物理引擎所提供的碰撞、弹性、摩擦力等特性,一款简易版的投篮小游戏就完成了,也推荐大家阅读另一位同事的文章【H5游戏开发】推金币
,使用了 CreateJS + Matter.js 的方案,相信对你仿 3D 和 Matter.js
的使用上有更深的了解。

最后,此次项目中只做了一些小尝试,Matter.js
能实现的远不止这些,移步官网发现更多的惊喜吧,文章的完整 Demo
代码可【点击这里】。

如果对「H5游戏开发」感兴趣,欢迎关注我们的专栏。

结语

下面是本文介绍的贪吃蛇的线上
DEMO 的二维码:

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游戏的源码托管在:

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Control

Control 主要做 3 件事:

  1. 游戏与用户的互动
  2. 驱动 Model
  3. 同步 View 与 Model

「游戏与用户的互动」是指向外提供游戏过程需要使用到的 APIs 与
各类事件。笔者规划的 APIs 如下:

name type deltail
init method 初始化游戏
start method 开始游戏
restart method 重新开始游戏
pause method 暂停
resume method 恢复
turn method 控制蛇的转向。如:turn("left")
destroy method 销毁游戏
speed property 蛇的移动速度

事件如下:

name detail
countdown 倒时计
eat 吃到食物
before-eat 吃到食物前触发
gameover 游戏结束

事件统一挂载在游戏实例下的 event 对象下。

snake.event.on("countdown", (time) => console.log("剩余时间:", time)); 

「驱动 Model 」只做一件事 —— 将 Model
的蛇的方向更新为用户指定的方向。 「同步 View 与 Model 」也比较简单,检查
Model 是否有更新,如果有更新通知 View 更新游戏界面。

Control

Control 主要做 3 件事:

  1. 游戏与用户的互动
  2. 驱动 Model
  3. 同步 View 与 Model

「游戏与用户的互动」是指向外提供游戏过程需要使用到的 APIs 与
各类事件。笔者规划的 APIs 如下:

name type deltail
init method 初始化游戏
start method 开始游戏
restart method 重新开始游戏
pause method 暂停
resume method 恢复
turn method 控制蛇的转向。如:turn("left")
destroy method 销毁游戏
speed property 蛇的移动速度

事件如下:

name detail
countdown 倒时计
eat 吃到食物
before-eat 吃到食物前触发
gameover 游戏结束

事件统一挂载在游戏实例下的 event 对象下。

snake.event.on("countdown", (time) => console.log("剩余时间:", time)); 

「驱动 Model 」只做一件事 —— 将 Model
的蛇的方向更新为用户指定的方向。 「同步 View 与 Model 」也比较简单,检查
Model 是否有更新,如果有更新通知 View 更新游戏界面。

参考

Matter.js

LayaAir
Demo

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结语

想要贪吃蛇项目源码的加→

web前端/H5/javascript学习群:250777811

欢迎关注此公众号→【web前端EDU】跟大佬一起学前端!欢迎大家留言讨论一起转发

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