多人聯(lián)機(jī)對(duì)戰(zhàn)游戲的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

呂艷陽(yáng)

摘要：在程序設(shè)計(jì)課程中，學(xué)生普遍認(rèn)為多人聯(lián)機(jī)對(duì)戰(zhàn)游戲制作難度大，一般選擇休閑小游戲作為綜合實(shí)踐項(xiàng)目。制作一款包含客戶(hù)端、服務(wù)端的多人聯(lián)機(jī)對(duì)戰(zhàn)游戲，可以綜合應(yīng)用各種程序設(shè)計(jì)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)以及設(shè)計(jì)模式，提高學(xué)生專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：多人聯(lián)機(jī)； 游戲； 網(wǎng)絡(luò)編程； 設(shè)計(jì)模式； 客戶(hù)端； 服務(wù)端

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）34-0081-03

Abstract： In the program design course， the students are generally believed that Multiplayer Online Battle Game is difficult to develop， usually choose little recreational game as comprehensive practical project. Make a Multiplayer Online Battle Game including client and server， can practice various technology， such as programming technology， network technology and design patterns， to improve students' professional practical ability.

Key words： Multiplayer Online； Game； network programming； design patterns； client； server

1 概述

騰訊運(yùn)營(yíng)的多人對(duì)戰(zhàn)游戲，取得了巨大的市場(chǎng)成功。這款游戲是一個(gè)典型的C/S結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)游戲，包含客戶(hù)端部分和服務(wù)端部分。在教學(xué)工作中，把這樣的題目作為綜合實(shí)踐項(xiàng)目，多數(shù)學(xué)生都覺(jué)得制作難度大，一般會(huì)選擇休閑小游戲。

即使學(xué)生學(xué)習(xí)了程序設(shè)計(jì)、socket網(wǎng)絡(luò)編程、設(shè)計(jì)模式等課程，學(xué)生很難綜合應(yīng)用各門(mén)專(zhuān)業(yè)課程，制作一款多個(gè)用戶(hù)聯(lián)機(jī)、對(duì)戰(zhàn)競(jìng)技、包含服務(wù)端、客戶(hù)端的對(duì)戰(zhàn)游戲。

該游戲的開(kāi)發(fā)，綜合使用了MVC架構(gòu)、多線程、socket網(wǎng)絡(luò)編程和消息處理、設(shè)計(jì)模式等技術(shù)，程序耦合較低，架構(gòu)良好，實(shí)現(xiàn)了多人聯(lián)機(jī)對(duì)戰(zhàn)的主要流程和功能。

2 游戲結(jié)構(gòu)

該游戲使用MVC架構(gòu)、JAVA語(yǔ)言制作，不依賴(lài)第三方引擎，適合課程教學(xué)。游戲主要功能：

服務(wù)端：在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行服務(wù)端程序。服務(wù)端負(fù)責(zé)接收消息，轉(zhuǎn)發(fā)消息，讓各個(gè)客戶(hù)端的事件同步，從而畫(huà)面同步。

客戶(hù)端：開(kāi)啟8臺(tái)電腦，運(yùn)行客戶(hù)端。每人控制一名英雄角色，點(diǎn)擊鼠標(biāo)移動(dòng)，按Q、W鍵使用攻擊技能、補(bǔ)血技能。

勝負(fù)規(guī)則：雙方陣營(yíng)各4人，每方有一個(gè)防御塔，摧毀對(duì)方塔則獲勝。實(shí)際部署效果如圖1、圖2所示。

游戲作為一種軟件，完全符合MVC（Model View Control）架構(gòu)。M負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，圖片資源素材；V負(fù)責(zé)視圖顯示、圖片繪制；C負(fù)責(zé)程序控制，刷新各項(xiàng)數(shù)據(jù)。良好的程序架構(gòu)，就是這三部分分工協(xié)作。

3 客戶(hù)端功能和類(lèi)結(jié)構(gòu)

3.1 總體結(jié)構(gòu)

游戲效果如圖3所示：

客戶(hù)端總體程序、事件關(guān)系如圖4所示：

程序主要包括以下類(lèi)：

紅方列表HeroArray類(lèi)：存放紅方英雄和塔。

藍(lán)方列表EnemyArray類(lèi)：存放藍(lán)方英雄和塔。

技能類(lèi)SkillArray類(lèi)，定義兩個(gè)對(duì)象，存放雙方陣營(yíng)發(fā)出的技能，包括攻擊技能和補(bǔ)血技能。

程序的底層組件，包括圖片類(lèi)、移動(dòng)類(lèi)、動(dòng)畫(huà)類(lèi)、技能類(lèi)。將單個(gè)組件封裝，能存放、管理多個(gè)對(duì)象的類(lèi)，包括圖片數(shù)組類(lèi)，技能數(shù)組類(lèi)，動(dòng)畫(huà)數(shù)組類(lèi)。

3.2 可移動(dòng)的圖片

可移動(dòng)的圖片（ItemPathBase類(lèi)），由兩個(gè)類(lèi)組合而成，圖片類(lèi)ItemBase和移動(dòng)類(lèi)Path，類(lèi)圖如圖5所示。

圖片類(lèi)ItemBase：包含一個(gè)玩家單位的基本數(shù)據(jù)和素材圖片（java的Image類(lèi)）。

移動(dòng)類(lèi)Path：包含一次移動(dòng)的基本數(shù)據(jù)，例如起始/結(jié)束坐標(biāo)、方向向量等。由父類(lèi)Path保存公共的數(shù)據(jù)，Path的子類(lèi)實(shí)現(xiàn)不同的移動(dòng)方式：A點(diǎn)到B點(diǎn)， A點(diǎn)朝B點(diǎn)方向移動(dòng)。

一個(gè)英雄角色，一個(gè)發(fā)出的子彈，一個(gè)塔，都是使用ItemPathBase類(lèi)。

3.3 動(dòng)畫(huà)

動(dòng)畫(huà)由多幅圖片組成，依次繪制到屏幕上。

單個(gè)動(dòng)畫(huà)的類(lèi)AniBm：

屬性：Imgae對(duì)象，對(duì)應(yīng)一個(gè)圖片文件；動(dòng)畫(huà)狀態(tài)，準(zhǔn)備/播放/結(jié)束。

方法：繪制圖片，當(dāng)前幀加1，設(shè)置輸出坐標(biāo)。

一次補(bǔ)血技能的動(dòng)畫(huà)，就是使用AniBm類(lèi)。

用列表存放多個(gè)動(dòng)畫(huà)，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)的添加、刪除、刷新，就是多個(gè)動(dòng)畫(huà)的類(lèi)AniBmArray。

動(dòng)畫(huà)的類(lèi)圖如圖6所示：

3.4 多個(gè)英雄角色

把多個(gè)游戲單位以及碰撞檢測(cè)，封裝成一個(gè)類(lèi)ItemArrayBase類(lèi)。多個(gè)英雄、塔，都使用這個(gè)類(lèi)。

屬性：列表ArrayList，存放多個(gè)游戲單位。

方法：繪制人物圖片的函數(shù)，繪制生命條，碰撞檢測(cè)，如果碰到敵方技能，該英雄減少血量。一方塔被摧毀，則對(duì)方獲勝。

用戶(hù)控制的單位是列表中的某一個(gè)元素。不同客戶(hù)端，操縱不同英雄角色，實(shí)現(xiàn)了多人對(duì)戰(zhàn)。

3.5 移動(dòng)功能

當(dāng)點(diǎn)擊鼠標(biāo)，設(shè)置玩家控制單位的目的地坐標(biāo)，開(kāi)始移動(dòng)。通過(guò)游戲循環(huán)，不斷地刷新坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)功能。

移動(dòng)類(lèi)Path類(lèi)，用一個(gè)整數(shù)表示當(dāng)前狀態(tài)，狀態(tài)集合包括停、走兩種狀態(tài)：

public static int READY=1；

public static int MOVE=2；

狀態(tài)改變過(guò)程：

1） 設(shè)置目的地坐標(biāo)后，狀態(tài)設(shè)置為MOVE，表示開(kāi)始走；

2） 如果狀態(tài)是MOVE，刷新坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

3） 如果到達(dá)目的地，狀態(tài)設(shè)置為READY，表示一次移動(dòng)結(jié)束。

3.5 攻擊技能、補(bǔ)血技能

基本的父類(lèi)包含公共數(shù)據(jù)、技能狀態(tài)，子類(lèi)實(shí)現(xiàn)不同技能。

1） 技能的父類(lèi)SkillBase類(lèi)：

屬性：技能狀態(tài)，準(zhǔn)備/發(fā)出/結(jié)束；

方法：繪制，啟動(dòng)技能，刷新數(shù)據(jù)，是否進(jìn)行碰撞檢測(cè)。

2） 子類(lèi)，攻擊技能SkillBullet類(lèi)：

屬性：一個(gè)可移動(dòng)的子彈圖片

方法：繪制子彈；刷新子彈坐標(biāo)；需要碰撞檢測(cè)。

3） 子類(lèi)，補(bǔ)血技能SkillAddHp類(lèi)：

屬性：圖片數(shù)組，存放一段動(dòng)畫(huà)素材；

方法：繪制動(dòng)畫(huà)；刷新動(dòng)畫(huà)幀；不需要碰撞檢測(cè)。

類(lèi)圖如圖7所示：

4 服務(wù)端功能和類(lèi)結(jié)構(gòu)

4.1 多種設(shè)計(jì)方案

某方案A：服務(wù)端實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯功能，不斷地發(fā)送各個(gè)畫(huà)面。這樣的數(shù)據(jù)量太大，對(duì)于對(duì)戰(zhàn)游戲，會(huì)有延遲。

某方案B：實(shí)時(shí)地發(fā)送所有游戲角色的坐標(biāo)、屬性數(shù)據(jù)，客戶(hù)端收到數(shù)據(jù)后，繪制一幅畫(huà)面。這樣發(fā)送的數(shù)據(jù)量大，發(fā)送次數(shù)多。

該游戲服務(wù)端的實(shí)現(xiàn)方案：使用socket網(wǎng)絡(luò)編程，轉(zhuǎn)發(fā)事件消息。

具體過(guò)程：

當(dāng)用戶(hù)觸發(fā)一個(gè)事件，例如玩家移動(dòng)、發(fā)出技能Q或者W，以字符串形式，打包成一條消息。

服務(wù)端接收消息，轉(zhuǎn)發(fā)給其他客戶(hù)端?？蛻?hù)端解析消息，完成對(duì)應(yīng)操作，實(shí)現(xiàn)事件同步，從而畫(huà)面同步。

服務(wù)端界面，只有一個(gè)文本框，顯示網(wǎng)絡(luò)消息。如圖8所示：

4.2 服務(wù)端監(jiān)聽(tīng)客戶(hù)端連接

服務(wù)端設(shè)置端口號(hào)，建立ServerSocket后，采用多線程技術(shù)，每成功連接一個(gè)客戶(hù)端，開(kāi)啟一個(gè)新線程類(lèi)ClientObserverThread類(lèi)。

4.3 事件消息轉(zhuǎn)發(fā)

使用設(shè)計(jì)模式的觀察者模式。每個(gè)監(jiān)聽(tīng)線程作為觀察者，收到消息后，轉(zhuǎn)發(fā)給其他觀察者。類(lèi)圖如圖9所示：

主題類(lèi)Subject類(lèi)：

用ArrayList 存放多個(gè)監(jiān)聽(tīng)線程。轉(zhuǎn)發(fā)消息時(shí)，調(diào)用某個(gè)觀察者的update函數(shù)。

觀察者ClientObserverThread類(lèi)：

主要方法：

1） run函數(shù)：用循環(huán)不斷地接收消息。

2） update函數(shù)：調(diào)用send發(fā)送消息，作為觀察者模式的觀察者接口。

5 網(wǎng)絡(luò)消息

客戶(hù)端產(chǎn)生的消息采用逗號(hào)分隔的字符串。消息如表1所示：

6 結(jié)束語(yǔ)

充分利用設(shè)計(jì)模式，使程序架構(gòu)良好，可以在程序較少改動(dòng)的情況下，補(bǔ)充新功能。當(dāng)設(shè)置好客戶(hù)端的消息格式，服務(wù)端和客戶(hù)端可以分別改進(jìn)優(yōu)化，互不影響，有利于學(xué)生團(tuán)隊(duì)分工協(xié)作。

多人聯(lián)機(jī)對(duì)戰(zhàn)游戲的開(kāi)發(fā)，使學(xué)生知道，綜合利用所學(xué)課程，可以設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)商業(yè)級(jí)游戲的流程和功能。通過(guò)實(shí)戰(zhàn)鍛煉，改善程序架構(gòu)，提高專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力。

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