如何通过 JavaScript 编写一个游戏主循环
GraigVry
8年前
<h2>如何通过 JavaScript 编写一个游戏主循环</h2> <p>“游戏主循环”是一种能够随时间改变状态的用于渲染动画和游戏的技术。它的核心是一个尽可能频繁地运行的方法，来接收用户输入，更新随时间改变的状态，然后绘制当前帧。</p> <p>在这篇短文中你将了解这些基础技术是如何工作的，并且可以自己制作出基于浏览器的游戏和动画。</p> <p>JavaScript 中的“游戏主循环”看起来像这样：</p> <pre> <code class="language-javascript">function update(progress) { // Update the state of the world for the elapsed time since last render } function draw() { // Draw the state of the world } function loop(timestamp) { var progress = timestamp - lastRender update(progress) draw() lastRender = timestamp window.requestAnimationFrame(loop) } var lastRender = 0 window.requestAnimationFrame(loop) </code></pre> <p>requestAnimationFrame 方法请求浏览器在下一次重绘之前尽可能快地调用特定的方法。它是渲染动画专用的 API，但你也可以用 setTimeout 方法设置一个短的超时时间来达到相似的效果。当回调函数开始触发时，requestAnimationFrame 传入一个时间戳作为参数，它包含从窗口加载到现在的毫秒数，等价于 <a href="/misc/goto?guid=4958991886792869773" rel="nofollow,noindex">performance.now()</a> 。</p> <p>progress 值，或者说每次渲染的时间间隔对于创建流畅的动画是至关重要的。我们通过它来调整 update 方法中的 x 轴和 y 轴的位置，保证动画以稳定的速度运动。</p> <h3>更新位置</h3> <p>我们的第一个动画简单到不行。一个红色的方块向右移动直到碰到画布的边缘，然后回到起始位置。</p> <p>我们需要存储方块的位置，以及在 update 方法中 x 轴位置的增量。当到达边界时我们可以减掉画布的宽度来让它回到起点。</p> <pre> <code class="language-javascript">var canvas = document.getElementById("canvas") var width = canvas.width var height = canvas.height var ctx = canvas.getContext("2d") ctx.fillStyle = "red" function draw() { ctx.clearRect(0, 0, width, height) ctx.fillRect(state.x - 5, state.y - 5, 10, 10) } </code></pre> <h3>绘制新一帧</h3> <p>本例使用 <canvas> 元素来渲染图像，不过游戏主循环也可以结合其他输出，比如 HTML 或者 SVG 来使用。</p> <p>draw 方法简单地渲染游戏世界的当前状态。每一帧我们都要清空画布，然后在state 对象中保存的位置上重新画一个 10px 的红方块。</p> <pre> <code class="language-javascript">var canvas = document.getElementById("canvas") var width = canvas.width var height = canvas.height var ctx = canvas.getContext("2d") ctx.fillStyle = "red" function draw() { ctx.clearRect(0, 0, width, height) ctx.fillRect(state.x - 5, state.y - 5, 10, 10) }。 </code></pre> <p>然后我们就发现它动起来了！</p> <p>在 SitePoint 的 CodePen 可以查看示例： Game Loop in JavaScript: Basic Movement 。</p> <p>注：在这个例子中你可能会注意到画布的大小是通过 CSS 和 HTML 元素的 width, height 属设置的。CSS 样式设置了画布在页面绘画的真实尺寸，而 HTML 属性则设置了画布 API 需要用到的坐标系或者网格的大小。看看 Stack Overflow 上的这个问题 来了解更多。</p> <h3>响应用户输入</h3> <p>下面我们要获取键盘输入来控制对象的位置，state.pressedKeys 会追踪用户按下了哪一个键。</p> <pre> <code class="language-javascript">var state = { x: (width / 2), y: (height / 2), pressedKeys: { left: false, right: false, up: false, down: false } } </code></pre> <p>我们监听所有的 keydown 和 keyup 事件，并且同步更新 update.pressedKeys。我用 D 键作为向右方向，A 为左，W 为上，S 为下。</p> <pre> <code class="language-javascript">var keyMap = { 68: 'right', 65: 'left', 87: 'up', 83: 'down' } function keydown(event) { var key = keyMap[event.keyCode] state.pressedKeys[key] = true } function keyup(event) { var key = keyMap[event.keyCode] state.pressedKeys[key] = false } window.addEventListener("keydown", keydown, false) window.addEventListener("keyup", keyup, false) </code></pre> <p>然后我们就只需要根据按下的键来更新 x轴 和 y轴 的值，并保证对象在边界以内。</p> <pre> <code class="language-javascript">function update(progress) { if (state.pressedKeys.left) { state.x -= progress } if (state.pressedKeys.right) { state.x += progress } if (state.pressedKeys.up) { state.y -= progress } if (state.pressedKeys.down) { state.y += progress } // Flip position at boundaries if (state.x > width) { state.x -= width } else if (state.x < 0) { state.x += width } if (state.y > height) { state.y -= height } else if (state.y < 0) { state.y += height } } </code></pre> <p>现在我们就可以响应用户输入了！</p> <p>在 SitePoint的 CodePen 可以查看示例： Game Loop in Javascript: Dealing with User Input 。</p> <h3>行星游戏</h3> <p>既然现在我们已经掌握了基本原理，那么就可以做些更有意思的事了。</p> <p>做一艘看起来像经典游戏“ 行星 ”里的飞船其实一点都不复杂。</p> <p>state 对象需要额外存储一个向量（一个 x、y 对）用来移动，还要保存一个 rotation 值来标记飞船的方向。</p> <pre> <code class="language-javascript">var state = { position: { x: (width / 2), y: (height / 2) }, movement: { x: 0, y: 0 }, rotation: 0, pressedKeys: { left: false, right: false, up: false, down: false } } </code></pre> <p>update 方法需要做三件事：</p> <ul> <li>根据左右键更新方向（rotation）</li> <li>根据上下键和方向更新移动向量（movement）</li> <li>根据移动向量和画布边界更新对象位置（position）</li> </ul> <pre> <code class="language-javascript">function update(progress) { // Make a smaller time value that's easier to work with var p = progress / 16 updateRotation(p) updateMovement(p) updatePosition(p) } function updateRotation(p) { if (state.pressedKeys.left) { state.rotation -= p * 5 } else if (state.pressedKeys.right) { state.rotation += p * 5 } } function updateMovement(p) { // Behold! Mathematics for mapping a rotation to it's x, y components var accelerationVector = { x: p * .3 * Math.cos((state.rotation-90) * (Math.PI/180)), y: p * .3 * Math.sin((state.rotation-90) * (Math.PI/180)) } if (state.pressedKeys.up) { state.movement.x += accelerationVector.x state.movement.y += accelerationVector.y } else if (state.pressedKeys.down) { state.movement.x -= accelerationVector.x state.movement.y -= accelerationVector.y } // Limit movement speed if (state.movement.x > 40) { state.movement.x = 40 } else if (state.movement.x < -40) { state.movement.x = -40 } if (state.movement.y > 40) { state.movement.y = 40 } else if (state.movement.y < -40) { state.movement.y = -40 } } function updatePosition(p) { state.position.x += state.movement.x state.position.y += state.movement.y // Detect boundaries if (state.position.x > width) { state.position.x -= width } else if (state.position.x < 0) { state.position.x += width } if (state.position.y > height) { state.position.y -= height } else if (state.position.y < 0) { state.position.y += height } } </code></pre> <p>draw 方法在绘制箭头之前会移动并转动画布的原点。</p> <pre> <code class="language-javascript">function draw() { ctx.clearRect(0, 0, width, height) ctx.save() ctx.translate(state.position.x, state.position.y) ctx.rotate((Math.PI/180) * state.rotation) ctx.strokeStyle = 'white' ctx.lineWidth = 2 ctx.beginPath () ctx.moveTo(0, 0) ctx.lineTo(10, 10) ctx.lineTo(0, -20) ctx.lineTo(-10, 10) ctx.lineTo(0, 0) ctx.closePath() ctx.stroke() ctx.restore() } </code></pre> <p>这就是我们需要重建类似“行星”游戏飞船的所有代码。本例的操作按键和前面那个完全一样（D键向右，A 向左，W向上，S 向下）</p> <p>在 SitePoint的 CodePen 可以查看示例： Game Loop in JavaScript: Recreating Asteroids 。</p> <p>添加行星、子弹和碰撞监测的工作就交给你了~</p> <h3> </h3> <p> </p> <p>来自：http://web.jobbole.com/89125/</p> <p> </p>