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俄罗斯方块游戏开发系列教程4:形状碰撞检测(上)

嗨!大家好,我是小蚂蚁。

今天,我们来继续学习下一个模块:形状碰撞检测

俄罗斯方块游戏开发系列教程4:形状碰撞检测(上)_游戏开发

在游戏开发中,我们所说的“碰撞”经常指的是物理碰撞,什么是物理碰撞呢?一般的在游戏开发工具中都会包含一个叫做“物理引擎”的东西,它的作用就是在游戏中模拟出现实中的物理效果。例如,我们扔一个东西,这个东西会因为重力而下落,最终落到地上,与地面发生碰撞。在游戏中,我们可以借助物理引擎,来模拟出东西下落掉到地面上的效果。当东西掉到地面上时,我们就说这个东西与地面发生了碰撞

但是,在俄罗斯方块这个游戏中,是不需要使用物理引擎的,所以这里的“碰撞”指的并不是物理碰撞,而是通过计算来判断两个方块是否相邻,如果相邻,我们就说它们发生了“碰撞”。

在俄罗斯方块游戏中,“碰撞”一共包含下面的这 4 种情况:

1.当形状达到最下方一行时,碰撞,形状停靠。

2.当形状下落时,任何一个位置碰到下方已有的方块,碰撞,形状停靠。

3.当形状向左/右移动时,两侧碰到任何一个已有方块,碰撞,形状不能再向两侧移动。

4.当形状切换时,如果新状态碰到任何一个已有方块,碰撞,形状不能切换到新状态。

今天这篇文章,我们先了解一下前两种情况。


下边界的碰撞

俄罗斯方块游戏开发系列教程4:形状碰撞检测(上)_俄罗斯方块_02

如图,当一个形状达到了最下方的第一行时,它就不能够再继续向下移动了。我们把这种情况叫做“下边界的碰撞”

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判断起来也很简单,红色圆点代表的是形状当前的位置,由于形状的状态不同,判断是否与下边界发生碰撞的距离也不同,如图,在 1,3 状态下,与下边界的碰撞距离是 1 个方块长度,在 2,4 状态下,与下边界的碰撞距离是1.5 个方块长度。


下落的碰撞

接着,来看一下在形状下落的过程中,如何检测是否发生碰撞。

俄罗斯方块游戏开发系列教程4:形状碰撞检测(上)_游戏开发_04

如图,下方的红色方块表示的是之前已经摆放的方块,上方的绿色方块是下落的“形状1”,此时,它们应该发生碰撞,绿色的形状应该停止向下移动,摆放在当前的位置上。

对于下边界的碰撞来说,由于下边界是固定不变的,所以我们只需要根据当前状态,判断与下边界的距离即可判断碰撞。但是在游戏中,那些已摆放的红色方块的位置是不确定的,这就导致了发生碰撞的情况也是不确定的。

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如图,所有的情况都会发生“碰撞”。

对于这样不确定的情况,该去如何检测碰撞呢?这时,我们就需要用到数据了。

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如图,右侧的图片是一个数据表格,这个数据表格与左侧的游戏界面是对应的。现在,我们用 0 表示空位置, 1 表示有方块,然后对照着左侧的游戏界面将右侧的表格填满。这样,我们就把当前的游戏抽象成了数据,这个就叫做数据抽象化。(之前专门写了一篇与数据抽象化有关的文章​ ​《所有消除游戏背后那些看不见的数字》​​,基本上所有的消除游戏都离不开它)

填充上数据之后,我们再来看一下各种情况的碰撞。

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试着观察一下碰撞的规律:只要当前形状上的任何一个方块位置的下方是 1 ,那么当前就会发生碰撞。

现在,我们重新再描述一下碰撞检测的过程:

依次查看当前形状上的每一个方块,如果发现有任何一个方块下方的位置是 1,那就意味着当前形状与已堆叠的方块发生了碰撞。

接下来,我们就来实现这个碰撞检测的过程。

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如图,是“形状1”在 4 种不同状态下所对应的数据表格。如果,我们能够知道形状上的每一个方块在整个数据表格中的位置(行列号),那么,就能够依次的判断出下方的位置是否有 1 了。

在进行遍历的时候,我们一般都是习惯于从左往右,从上往下。所以,这里将左下方的位置当作遍历的起点。

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如图,我们把红色的点叫做计算点,坐标轴的中心是当前形状的位置(x0,y0),根据图片可以很直观的看出来不同状态下的计算点的位置。

这里算出的计算点的位置是在游戏坐标空间中的位置,还需要将它们进行一次转换,因为我们需要知道的是计算点在数据表格中的哪一行哪一列。

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计算公式在这里了,已经讲过很多次了(所有的消除游戏里都会用到),就不再解释了。总之,我们能够获取到计算点在数据表格中的哪一行哪一列。

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在得到了计算点的行列号之后,接下来就只需要以计算点为起点,依次查看每一个格子下方的数值,只要有任何一个格子下方的数值为 1,就证明发生碰撞。

上方举的是“形状1”的例子,俄罗斯方块中一共有 7 种“形状”,按照其包围矩形的形状可以分为 3 种类型。

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形状1~5 是一种类型(2x3),形状6是一种类型(1x4),形状7是一种类型(2x2)。

不同的类型又对应着不同的计算点位置。

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好了,以上就是理论基础了,接下来我们来看一下具体实现的积木逻辑。

首先,我们创建一个全局的表格变量,叫做“网格数据”,作用于整个俄罗斯方块游戏。0 表示没有方块,1表示有方块。

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接着,我们为“形状1”创建 4 个表格数据,对应的就是它的四个状态。

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然后,根据形状状态在表格中添上对应的数据,有方块的位置是 1 ,没有方块的位置是 0。

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接着,来看一下积木逻辑。

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最后,看一下碰撞检测函数中的积木逻辑。

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这里比较难以理解的地方是同时对两个表格(一个全局数据表格,一个形状数据表格)进行遍历检查。我习惯于先在纸上画出来,进行推演。如果能够在纸上推演出整个过程话,使用程序来实现这个过程就会简单很多。

今天的内容就到这里了,稍微总结一下:我们了解形状碰撞检测中的两种情况,第一种“下边界的碰撞”,比较简单,第二种“下落的碰撞”,相对比较复杂,需要借助表格数据来进行碰撞的检测。

如果你对于消除游戏中的数据抽象化还不是很理解的话,借着这次机会可以好好研究一下。

有些东西是值得花时间深究的,因为它们有着以一当百的效果,搞定了一个就相当于搞定了一百个,数据抽象化就是这样的东西。


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