android 游戏导引(3. 图形引擎之模型管理)

上一节中，我们构建了一个自己的场景世界。可以在内部绘制一些基本图元了。本来这一节要说说贴图的，想想还是休息下，放个小插曲，思考下模型的管理，游戏引擎相关的东西。这些东西跟 cocos2d 很像，可能是 iphone 下常用 cocos2d 的缘故吧，反正成熟且成功的东西，我们拿来用就行了。

源码下载：点我吧

1 面向对象吧
2 模型父子链:树
3 层式屏幕管理
4 游戏引擎
5 代码实现
6 绘制一个 android 机器人

1 面向对象吧

基于教程到这里的进度，我们要会议几个图元模型的话，就要显式的在 onDrawFrame 中绘制。基于面向对象的思想，我们知道我们绘制的模型仅仅是一个渲染单位而已，并且我们在 onDrawFrame 的操作只是一个opengl 访问。因此基于接口，我们的一个渲染模型类就诞生了。

2 模型父子链:树

你也许会说，上面要渲染的模型太多的时候太散乱了。想到这里，说明你还是一个合格的程序员，有着对完美的执着。与其手动的管理，不如让程序自己管理。大家想想，如果是一个复杂的模型，比如一个人，它是有众多细小的模型构成的，比如脑袋，胳膊，腿等，而脑袋又有鼻子，耳朵，嘴巴等构成。哈哈，这就是一个树形的结构了，看下结构特征:

一个父节点有0个或多个子节点
一个字节点最多有一个父节点

一个对象的父子关系如下:

现在游戏多采用树形模型管理，而且在 GUI 系统中也大放异彩。有了树形管理，我们可以轻易的将一种类型的鼻子安装到不同人的脑袋上，不用重复发明轮子了。

好了，现在我们的 onDrawFrame 中的形式是这样的了，右边的模型对象是一个封装好的单位，可能内部许多子节点。

3 层式屏幕管理

我们最终是要把模型绘制到屏幕上，我们思考下面问题:

屏幕上有众多模型需要渲染。比如一个人在草原中散步。概括讲人模型，还有草原，太阳，河流等等。
屏幕上的模型又可以归为不同的类别。如草原，太阳，河流这些是背景，我们控制的人是前景。

于是，层式管理来了，我们的渲染根结点称为场景 Scene, 分为不同的层 Layer, 在每一层上挂接着具体的模型。看下图就明白了，(注:来自cocos2d-python 文档)

为了向渲染 onDrawFrame 突出接口，Scene 和 Layer 也是一个渲染模型单位。

看看我们添加层式屏幕管理后的效果, 我们将所有要绘制的东西添加到一个场景中，就直接对这个场景节点 glVisit() 就可以了:

每个模型突出一个 glVisit()，这个函数的主要功能是调用自身绘制函数 draw() 然后对各个字节点逐个调用 glVisit().

4 游戏引擎

一个游戏引擎的设计遵循的原则是: 逻辑要和渲染分离，尽量将opengl 最小程度封装在底层，上层使用尽量不要触及底层api，尽量让核心代码原理android系统的api。组件最小集合应该包含下面几种:

图形引擎，我们上述讨论的就是
事件分派系统，手机应用是基于触摸事件的，所以独立出来(事实上，也是一个调度器)
时间调度器，游戏除了触摸时间还有自身的时间事件，如动画

其他的可能用到的组件有碰撞检测系统，输入系统，寻路算法等等。

游戏引擎的丰富会在以后的教程中逐步增设，今天这一节算是个开头，弄了个简单的图形引擎，也会在接下来随着需求的需要丰富其功能和接口。为了便于从 android 相关代码中解脱出来，添加一个 GameSystem 单件类:

public class GameSystem {
    private static GameSystem instance_ = new GameSystem();
    public static GameSystem getInstance()  {       return instance_;   }
    
    // 场景
    private GlObject runningScene_= null;
    private int width = 0;  // opengl的场景尺寸
    private int height = 0;
    
    public void setWindowSize(int width, int height)
    {
        this.width = width;
        this.height = height;
    }
    public int getWindowWidth() {       return this.width;  }
    public int getWindowHeight()    {       return this.height; }
    
    // 设定场景
    public void setScene(GlObject scene){       runningScene_ = scene;  }
    
    //  
    public void glVisit(GL10 gl)    {
        if (runningScene_ != null)
            runningScene_.glVisit(gl);
    }   
}

我们将其插入到 android 代码的三个地方:

Activity 的 onCreate 方法中，设定WindowSize: setWindowSize. 设定初始场景 setScene
Renderer 的 onDrawFrame 方法中，来访问GameSystem 的游戏场景 glVisit

5 代码实现

在屏幕中除了上面的接口以外，增加的是坐标点，存储的是相对坐标，相对于父节点而言，用于描述模型的位置。这个坐标点不要理解为顶点数组中的顶点坐标。可以这样理解，你将画笔移动到坐标点处，然后在此处依据顶点数组来绘制。代码较长，省略了一些，可以下载源码。

public class GlObject {
    protected GlObject parent = null;       // 父节点
    protected LinkedList<GlObject> children = new LinkedList<GlObject>();// 字节点
    private boolean visible = true;     // 可访问（对 gl）
    float x = 0;
    float y = 0;
    
    
    // 父子链管理
    public void addChild(GlObject obj)  {
        children.add(obj);
        obj.parent = this;
    }
    public void removeChild(GlObject obj)   {
        obj.parent = null;
        children.remove(obj);
    }
    public void setParent(GlObject p)   {
        if (parent != null) parent.removeChild(this);
        p.addChild(p);
    }
    public GlObject getParent() {       return parent;  }
    
    // 坐标
    float getX()    {       return x;   }
    float getY()    {       return y;   }
    void setXY(float x, float y)    {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }
    
    // visible
    public void setVisible(boolean v)   {       visible = true; }
    public boolean getVisible() {       return visible; }
    
    // 外部gl访问接口
    public void glVisit(GL10 gl)    {
        if (!visible) return;
        gl.glPushMatrix();  
            gl.glTranslatef(x, y, 0);
            this.draw(gl);
                
            for (GlObject child : children)
                child.glVisit(gl);
        gl.glPopMatrix();
    }
    
    
    // 绘制自身:子类重写此方法
    public void draw(GL10 gl)   {}
    
    //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 
    ////  一些常用的图元绘制
    // 绘制正方形
    public static void drawQuater(GL10 gl, float left, float top, float right,float bottom) {
        // 略
    }
    
    // 绘制三角形
    public static void drawTriangle(GL10 gl, float oneX, float oneY,float twoX, float twoY, float threeX, float threeY) {
        // 略
    }
    
    // 绘制扇形
    public static void drawArc(GL10 gl, float length, float startAngle,float sweepAngle)    {
        // 略
    }
    
    // 绘制直线
    public static void drawLine(GL10 gl, float oneX, float oneY, float twoX,float twoY) {
        // 略
    }
}

6 绘制一个 android 机器人

代码还是以前的，绘制图元，只不过经过本章的洗礼，代码封装性和扩展性上有了进步。一个机器人有下面的结构组成:

身体
头
- 脸
- 眼睛 * 2
- 天线
腿 * 2
胳膊 * 2

设定 GameSystem 的初始游戏场景:

public class GlGame extends Activity {
    /** Called when the activity is first created. */ 
    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        // 。。。。略
        // 初始化游戏系统:
        // ... 屏幕大小
        {
            DisplayMetrics dm = new DisplayMetrics();
            getWindowManager().getDefaultDisplay().getMetrics(dm);
            GameSystem.getInstance().setWindowSize(dm.widthPixels, dm.heightPixels);
        }
        // ...设定初始场景        
        GameSystem.getInstance().setScene(new AndroidScene());
        //..... setContentView 代码
    }
}

2. 添加一个场景类 AndroidScene 作为我们的画布，我们将会在其上绘制机器人

public class AndroidScene extends GlObject{ 
    AndroidRobot robot = new AndroidRobot();
    
    public AndroidScene(){
        super();
        // 在屏幕中心绘制
        robot.setXY(GameSystem.getInstance().getWindowWidth()/2, GameSystem.getInstance().getWindowHeight()/2);
        addChild(robot);
    }
}

3. 添加一个机器人渲染模型 AndroidRobot, 代码太长，折叠之:

public class AndroidRobot extends GlObject{
    GlColor color = new GlColor(); //一个封装着 rgba 四元素的简单类
    
    public AndroidRobot() {
        super();
        
        // 颜色为绿色
        color.set(0,1,0,0);
        
        //body
        // 2 arms
        // 2 leg
        // head: 2 eyes, 2 line, face
        Arm arms[] = new Arm[2];
        Leg legs[] = new Leg[2];
        Head head;
        Body body;
        
        // 构建身体部位
        arms[0] = new Arm();
        arms[1] = new Arm();
        legs[0] = new Leg();
        legs[1] = new Leg();
        head = new Head();
        body = new Body();
        
        // 调整身体部件位置
        body.setXY(0, 0); // 身体为中心
        head.setXY(0, -65);
        arms[0].setXY(-55,0);
        arms[1].setXY(55, 0);
        legs[0].setXY(-20, 60);
        legs[1].setXY(20, 60);
        
        // 安装身体部位
        addChild(body);
        addChild(head);
        addChild(arms[0]);
        addChild(arms[1]);
        addChild(legs[0]);
        addChild(legs[1]);
        
    }
    
    public void draw(GL10 gl)
    {
        // 设置颜色为
        gl.glColor4f(color.red, color.green, color.blue, color.alpha);
    }
    
    // 胳膊
    class Arm extends GlObject{
        public void draw(GL10 gl)
        {
            drawQuater(gl, -10, -68, 10, 50);
        }
    }
    
    // 腿
    class Leg extends GlObject{
            public void draw(GL10 gl)
            {
                drawQuater(gl, -15,0,15, 40);
            }
    }
    
    // 身体
    class Body extends GlObject{
        public void draw(GL10 gl)
        {
            drawQuater(gl, -40, -60, 40, 60);
        }
    }
    
    //头
    class Head extends GlObject{
        
        public Head()
        {
            Eye eyes[] = new Eye[2];
            eyes[0] = new Eye();
            eyes[1] = new Eye();
            
            eyes[0].setXY(-20, -10);
            eyes[1].setXY(20, -10);
            
            addChild(new Face());
            addChild(new Antenna());
            addChild(eyes[0]);
            addChild(eyes[1]);
        }
        
        // 眼睛
        class Eye extends GlObject{
            public void draw(GL10 gl){
                //眼睛扣洞
                gl.glColor4f(0, 0, 0, 0);
                drawQuater(gl, -4, -4, 4,4);
                //还原颜色
                gl.glColor4f(color.red, color.green, color.blue, color.alpha);
            }
        }
        
        // 脸
        class Face extends GlObject{
            public void draw(GL10 gl){
                drawArc(gl, 40, 0, 180);                
            }
        }
        
        // 天线
        class Antenna extends GlObject{
            public void draw(GL10 gl){
                drawLine(gl,0,0, -50,-50);
                drawLine(gl, 0, 0, 50, -50);
            }
        }
    }
}

好了，本次就唠叨到这里，学习愉快。

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1 面向对象吧

2 模型父子链:树

3 层式屏幕管理

4 游戏引擎

5 代码实现

6 绘制一个 android 机器人