iPhone 游戲開發教程 游戲引擎 （1）
iPhone 游戲開發教程 游戲引擎是本文要介紹的內容，先來看內容詳解。為了解決“如何在IPHONE上創建一個游戲”這個大問題，我們需要首先解決諸如“如何顯示圖像”與“如何播放聲音”等一系列小問題。這些問題關系到創建部分游戲引擎。就像人類的身體一樣，游戲引擎的每個部分雖然不同，但是卻都不可或缺。因此，首先從游戲引擎剖析開始本章。我們將會討論一個游戲引擎的所有主要部分，包括應用程序框架、狀態機、圖像引擎、物理引擎、聲音引擎、玩家輸入和游戲邏輯。
寫一個好玩的游戲是一項牽扯到很多代碼的大任務。非常有必要從一開始就對項目進行良好的，有組織的設計，而不是隨著進度的進行而到處雜亂添加代碼。就像建造房屋一樣，建筑師為整幢房屋勾畫藍圖，建筑工人以此來建造。但是，許多對游戲編程不熟悉的編程人員會從根據導讀建造出房屋的一部分，并隨著學習的進行為其添加房間，這無疑將會導致不好的結果。
圖2-1 游戲引擎的功能結構
圖2-1顯示了一個適用于大部分游戲的游戲引擎結構。為了理解一個游戲引擎的所有部分和它們是如何工作在一起的，我們可以先為整個游戲做設計，然后再創建我們的應用程序。在以下的幾個小節中，我們的講解內容將會涵蓋圖2-1的每個部分。
應用程序框架
游戲狀態管理器
圖像引擎
應用程序框架
應用程序框架包含使應用程序工作的必須代碼，包括創建一個應用程序實例和初期化其他子系統。當應用程序運行時，會首先創建一個框架類，并接管創建和銷毀狀態機、圖像引擎和聲音引擎。如果我們的游戲足夠復雜以至于它需要一個物理引擎，框架也會管理它。
框架必須適應于我們所選擇的平臺的獨特性，包括相應任何的系統事件（如關機與睡眠），以及管理載入與載出資源以使其他的代碼只需要集中與游戲。
主循環
框架會提供主循環，它是一切互動程序后的驅動力量。在循環中的每一次迭代過程中，程序會檢查和處理接受到的事件，運行游戲邏輯中的更新并在必要時將內容描畫到屏幕上。（參見圖2-2）
圖2-2 主循環序列
主循環如何實現依賴于你使用的系統。對于一個基本的控制臺程序，它可能是一個簡單的while循環中調用各個函數：
- while( !finished ) {
- handle_events();
- update();
- render();
- sleep(20);
- }
注意到這里的sleep函數。它使得代碼休眠一小段時間不致于占用全部的CPU。
有些系統完全不想讓用戶代碼那些寫，它們使用了回調系統以強制程序員常規的釋放CPU。這樣，當應用程序執行后，程序員注冊一些函數給系統在每次循環中回調:
- void main(void) {
- OS_register_event_handler( myEventHandler );
- OS_register_update_function( myUpdate );
- OS_register_render_function( myRender );
- }
一旦程序執行后，根據必要情況，那些函數會間隔性的被調用。IPHONE是最接近后面這個例子。你可以在下一章和IPHONE SDK中看到它。
游戲狀態管理器
一個好的視頻游戲不僅有一組動作來維持游戲：它會提供一個主菜單允許玩家來設定選項和開始一個新游戲或者繼續上次的游戲；制作群屏將會顯示所有辛勤制作這款游戲的人員的名字；而且如果你的游戲沒有用戶指南，應該一個幫助區域會給用戶一些提示告訴他們應該做什么。
以上任何一種場合都是一種游戲狀態，并且代表中一段獨立的應用程序代碼片段。例如，用戶在主菜單調用的函數與導航與用戶在制作群屏調用的是完全不同的，所以程序邏輯也是不同的。特別的是，在主菜單，你可能會放一張圖片和一些菜單，并且等待用戶選擇哪個選項，而在制作群屏，你將會把游戲制作人員的名字描繪在屏幕上，并且等待用戶輸入，將游戲狀態從制作群屏改為主菜單。最后，在游戲中狀態，將會渲染實際的游戲并等待用戶的輸入以與游戲邏輯進行交互。
以上的所有游戲狀態都負責相應用戶輸入、將內容渲染到屏幕、并為該游戲狀態提供相對應的應用程序邏輯的任務。你可能注意到了這些任務都來自于之前討論的主循環中，這是因為它們就是同樣的任務。但是，每個狀態都會以它們自己的方式來實現這些任務，這也就是為什么要保持他們獨立。你不必在主菜單代碼中尋找處理游戲中的事件的代碼。
狀態機
狀態管理器是一個狀態機，這意味著它跟蹤著現在的游戲狀態。當應用程序執行后，狀態機會創建基本的狀態信息。它接著創建各種狀態需要的信息，并在離開每種狀態時銷毀暫時存儲的信息。
狀態機維護著大量不同對象的狀態。一個明顯的狀態是用戶所在屏幕的狀態（主菜單、游戲中等）。但是如果你有一個有著人工智能的對象在屏幕上時，狀態機也可以用來管理它的“睡眠”、“攻擊”、“死亡”狀態。
什么是正確的游戲狀態管理器結構？讓我們看看一些狀態機并決定哪種最適合我們。
有許多實現狀態機的方式，最基本的是一個簡單的switch語句：
- class StateManager {
- void main_loop() {
- switch(myState) {
- case STATE_01:
- state01_handle_event();
- state01_update();
- state01_render;
- break;
- case STATE_02:
- state02_handle_event();
- state02_update();
- state02_render;
- break;
- case STATE_03:
- state03_handle_event();
- state03_update();
- state03_render;
- break;
- }
- }
- };
改變狀態時所有需要做的事情就是改變myState變量的值并返回到循環的開始處。但是，正如你看到的，當我們加入越來越多的狀態時，代碼塊會變得越來越大。而且更糟的是，為了使程序按我們預期的執行，我們需要在程序進入或離開某個狀態時執行整個任務塊，初始化該狀態特定的變量，載入新的資源（比如圖片）和釋放前一個狀態載入的資源。在這個簡單的switch語句中，我們需要加入更多的程序塊并保證不會漏掉任何一個。
以上是一些簡單重復的勞動，但是我們的狀態管理器需要更好的解決方案。下面一種更好的實現方式是使用函數指針：
- class StateManager {
- //the function pointer:
- void (*m_stateHandleEventFPTR) (void);
- void (*m_stateUpdateFPTR)(void);
- void (*m_stateRenderFPTR)(void);
- void main_loop() {
- stateHandleEventFPTR();
- m_stateUpdateFPTR();
- m_stateRenderFPTR();
- }
- void change_state( void (*newHandleEventFPTR)(void),
- void (*newUpdateFPTR)(void),
- void (*newRenderFPTR)(void)
- ) {
- m_stateHandleEventFPTR = newHandleEventFPTR;
- m_stateUpdateFPTR = newUpdateFPTR;
- m_stateRenderFPTR = newRenderFPTR
- }
- };
現在，即使我們處理再多狀態，主循環也足夠小而且簡單。但是，這種解決方案依然不能幫助我們很好的解決初始化與釋放狀態。因為每種游戲狀態不僅包含代碼，還有各自的資源，所以更恰當的做法是將游戲狀態作為對象的屬性來考慮。因此，接下來，我們將會看看面向對象（OOP）的實現。
我們首先創建一個表示游戲狀態的類：
- class GameState
- {
- GameState(); //constructor
- virtual ~GameState(); //destructor
- virtual void Handle_Event();
- virtual void Update();
- virtual void Render();
- };
接著，我們改變我們的狀態管理器以使用這個類：
- class StateManager {
- GameState* m_state;
- void main_loop() {
- m_state->Handle_Event();
- m_state->Update();
- m_state->Render();
- }
- void change_state( GameState* newState ) {
- delete m_state;
- m_state = newState;
- }
- };
最后，我們創建一個指定具體游戲狀態的類：
- class State_MainMenu : public GameState
- {
- int m_currMenuOption;
- State_MainMenu();
- ~State_MainMenu();
- void Handle_Event();
- void Update();
- void Render();
- };
當游戲狀態以類來表示時，每個游戲狀態都可以存儲它特有的變量在該類中。該類也可以它的構造函數中載入任何資源并在析構函數中釋放這些資源。
而且，這個系統保持著我們的代碼有很好的組織結構，因為我們需要將游戲狀態代碼分別放在各個文件中。如果你在查找主菜單代碼，你只需要打開State_MainMenu類。而且OOP解決方案使得代碼更容易重用。這個看起來是最適合我們需要的，所以我們決定使用它來作為我們的狀態管理器。
小結：iPhone 游戲開發教程 游戲引擎的內容介紹完了，希望本文對你有所幫助。想要深入了解游戲引擎的更多內容，請參考以下幾篇文章：
