论坛 › 学术研究 Scholarly › 爆肝万字，一文让你入门游戏开发的所有概念！「做一个游戏 ...

jquave 发表于 2023-1-11 15:32

爆肝万字，一文让你入门游戏开发的所有概念！「做一个游戏 ...

0x00 写在最前面

对于开发而言，了解一下如何从零开始做游戏是一个非常有趣且有益的过程（并不）。这里我先以大家对游戏开发一无所知作为前提，以一个简单的游戏开发作为例子，跟大家一起从零开始做一个游戏，浅入浅出地了解一下游戏的开发
此外，诸君如果有游戏制作方面的经验，也希望能不吝赐教，毕竟互相交流学习，进步更快~
这次的分享，主要有几个点：

[*]Entity Component System 思想，以及它在游戏开发中能起的作用(important!)
[*]一个简单的 MOBA 游戏，是如何一步步开发出来的
Entity Component System: https://en.wikipedia.org/wiki/Entity_component_system「由于时间关系内容没有仔细校对，难免存在疏漏，还请各位予以指正~」
文章有点长，建议 PC 端阅读制作游戏的开始

在动手做游戏之前，最重要的事情当然是先决定要做一个什么样的游戏。作为一个教程的游戏，我希望它的玩法比较简单，是可以一眼就看出来的；在此基础上，又要有可以延展的深度，这样才利于后面教程后面的拓展
一番思索，脑子里的游戏大致是：

[*]类型：MOBA（Multiplayer Online Battle Arena）
[*]主要玩法：动作 - 射击类
[*]画面：2d（因为 3d 游戏开发需要的前置知识点更多，光渲染都可以出本书了，不太适合作为教程）
之所以这么选择，是因为 moba 游戏属于比较火的类型，而且玩法上有非常多可扩展的点
游戏开发

在决定游戏类型玩法之后，我们就可以开始动手了。对于上面提出来的需求，实现起来需要：

[*]可以管理复杂的对象交互逻辑的框架
[*]能够检测、处理碰撞的物理引擎
[*]渲染游戏场景、对象所需的渲染器
[*]资源，各种各样的资源，包括美术、音乐等各种各样的方面
0x01 创世的开始 - 引擎/框架与游戏

先说一下为什么要取这么个中二的标题...实际上最早的电子游戏（Pong），就是源于对现实的模拟，随着技术的发展，游戏画面越发的精致，游戏系统也越发的复杂，还有像VR这样希望更进一步仿真的发展方向。因此，我觉得，做一个游戏，在一定程度上，可以看做是创造一个世界
首先，要做一个游戏，或者说，要创造一个世界，第一步需要什么？按照一些科学家的说法，是一些最基础的「宇宙常数」（eg: 万有引力常数、光速、绝对零度...etc）在这些常数的基础上，进一步延伸出各种规则。而这个宇宙，便在这一系列规则的基础上演变，直到成为如今的模样
对于我们的游戏来说，同样如此。我们所选用的游戏引擎与框架，便是我们游戏世界中的法则
游戏引擎 & 框架

那么，什么是游戏引擎/框架呢？其实跟我们平时写前端一样。引擎，本质上就是一个盒子，接受我们的输入提供输出（比如渲染引擎接受位置/大小/贴图等信息，输出图像...etc）而框架呢，我个人认为更多的是一种思想，决定我们要如何组织功能
类比一下：我们使用的 react 框架，可以看作是一套组件化编程的范式，它会为组件生成 react element；而 react-dom 则是引擎，负责把我们写的组件转换成 HTML，再交由浏览器做进一步的工作
那么，作为从零开始的创世，我们就先从游戏框架这里开始第一步——
框架的选择

对于这个游戏，我决定选用 ECS(Entity Component System) 框架。ECS 的思想早已有之，在 17 年的 GDC 上因为 Blz OW 团队的分享而变得流行。在介绍 ECS 之前，我们先来与熟悉的 OOP 对比一下：
Procedural Programming & Object Oriented Programming

国内很多高校，都是以 C 语言开始第一门编程语言的教学的，对应的编程范式，一般被称为「「面向过程」」；而到了 C++ 这里，引入了「类/对象」的概念，因此也被称为「「面向对象」」编程
Eg: 「我吃午饭」
// Procedural Programming
eat(me, lunch)
// OOP
me.eat(lunch)
前者强调的是「吃」这个过程，「我」与「午饭」都只是参数；后者强调的是「我」这个对象，「吃」只是「我」的一个动作
对于更复杂的情况，OOP 发展出了继承、多态这一套规则，用于抽象共有的属性与方法，以实现代码与逻辑的复用
class People {
void eat()
}
class He extends People {}
class She extends People {}

const he = new He()
const she = new She()
he.eat()
she.eat()
可以看出，我们关注的点是：He 和 She 都是「人」，都具有「吃」这个共通的动作
ECS - 三相之力

那么，换作 ECS 则如何呢？
我们首先需要有一个 Entity（它可以理解为一个组件 Component 的集合，仅此而已）
class Entity {
components: {}
addComponent(c: Component) {
    this.components = component
}
}
然后，在 ECS 中，一个 Entity 能干嘛，取决于所拥有的 Component：我们需要标识它可以「吃」
class Mouth {
name: 'mouth'
}
最后，需要引入一个 System 来统一执行 「吃」这个动作
class EatSystem {
update(list: Entity[]) {
    list.forEach(e => e.eat)
}
}
OK，现在 E C S 三者已经集齐，他们如何组合起来运行呢？
function run() {
const he = (new Entity()).addComponent(Mouth)
const she = (new Entity()).addComponent(Mouth)

const eatSystem = new EatSystem()
eatSystem.update()
}
在 ECS 中，我们关注的重点在于，Entity 都具有 Mouth 这个 Component，那么对应的 EatSystem 就会认为它可以「吃」
说到这里，大家可能都要骂坑爹了：整的这么复杂，就为了实现上面这简单的功能？其实说的没错...ECS 的引入，确实让代码变得更加多了，但这也正是它的核心思想所在：「组合优于继承」
当然，实际的 ECS 并没有这么简单，它需要大量的 utils 以及 辅助数据结构来实现 Entity、Component 的管理，比如说：

[*]需要设计数据结构以方便 Entity 的查询
[*]需要引入 Component 的状态管理、属性变化追踪等机制，参考资料：

[*]ECS ReactiveSystem：https://www.effectiveunity.com/ecs/06-how-to-build-reactive-systems-with-unity-ecs-part-1/
[*]ECS 检测 Component 状态变化：https://www.effectiveunity.com/ecs/07-how-to-build-reactive-systems-with-unity-ecs-part-2/
[*]ECS SystemStateComponent：https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.entities@0.0/manual/system_state_components.html

[*]真正工业级的 ECS 框架还需要优化内存管理机制，用来加速 System 的执行
这里比比了这么多，只是为了先给大家留下一个大概印象，具体的机制以及实现等内容，后面会结合项目的功能以及迭代来讲解 ECS 在其中的作用，这样也更有利于理解
ECS Pros and Cons

长处


[*]「组合优于继承」：Entity 所具有的表现，仅取决于它所拥有的 Component，这意味着完全解耦对象的属性与方法；另外，不存在继承关系，也就意味着不需要再为基类子类的各种问题所头疼（eg：菱形继承、基类修改影响所有子类...etc）
[*]「数据与逻辑的完全抽离」：Entity 由 Component 组成，Component 之中只有数据，没有方法；而 System 只有方法，没有数据。这也就意味着，我们可以简单地把当前整个游戏的状态生成快照，也可以简单地将快照还原到整个游戏当中（这点对于多人实时网游而言，非常重要）
[*]「表现与逻辑的抽离」：组件分离的方式天生适合逻辑和表现分离。通过一些组件来控制表现，以此实现同一份代码，同时运行于服务端与客户端
[*]「组织方式更加友好」：真实的 ECS 中，Entity 本身仅具有 id 属性，剩下完全由 Component 所组成，这意味着可以轻松做到游戏内对象与数据、文档之间的序列化、表格化转换
不足之处


[*]「System 之间存在执行顺序上的耦合」：容易因为 System 的某些副作用行为（删除 Entity、移除 Component）而影响到后续 System 的执行。这需要一些特殊的机制来尽量避免
[*]「C 与 S 之间分离」：导致 S 难以跟踪 C 的属性变化（因为 S 中没有任何状态；可以参考 unity 引入 SystemStateComponent / GlobalSystemVersion 等，见 「扩展阅读」 部分 1/2/3）
[*]「逻辑内聚，也更分散」：比如 A 对 B 攻击，传统 OOP 中很容易纠结伤害计算这件事情需要在 A 的方法还是 B 的方法中处理；而 ECS 中可以有专门的 System 处理这件事。但同样的，System 也容易造成逻辑的分散，导致单独看某些 System 代码难以把握到完整的逻辑
引擎各部分

相比负责游戏逻辑的框架，引擎更多的是注重提供某一方面的功能。比如：

[*]渲染引擎
[*]物理引擎
[*]AI 引擎
[*]...etc
这些引擎，每一部分都很复杂；为了省事，我们这个项目，将使用现成的渲染引擎以及现成的资源管理加载器（Layabox，一个 JS 的 H5 游戏引擎）
这里各部分的内容，跟游戏本身的内容关联比较紧密，我会在后面讲到的时候详细说明，这里就先不展开了。免得大家带着太多的问题，影响思考
0x02 创世的次日

在整个游戏世界的基础确定了之后，我们可以开始着手游戏的开发了。当然，在这之前，我们需要先准备一些美术方面的资源
大地与水 - Tilemap

作为一个 moba 游戏，地图设计是必不可少的。而没有设计技能，没有美术基础的我们，要怎么才能比较轻松的将脑子里的思路转换为对应的素材呢？
这里我推荐一个被很多独立游戏使用的工具：Tilemap Editor。它是一个开源且免费的 tilemap 编辑器，非常好用；此外，整个图形化的编辑过程也非常的简单易上手，资源也可以在网上比较简单的找到，这里就不赘述过多
Tilemap Editor：https://www.mapeditor.org/

如此这般，一番操作之后，我们得到了一个简单的地图。现在我们可以开始整个游戏开发的第一步了
场景 & 角色 - 大地创生

我们需要有两个 Entity，其中一个对应场景 —— initArena，一个对应我们的人物 —— initPlayer，核心代码：
initArena.ts

function initArena() {
const arena = new Entity()
world.addEntity(
    arena
      .addComponent<Position>('position', { x: 0, y: 0 })
      .addComponent<RectangularSprite>('sprite', {
      width,
      height,
      texture: resource
      })
)
}

initPlayer.ts

function initPlayer() {
const player = new Entity()
player
    .addComponent('player')
    .addComponent<Position>('position', new Point(64 * 7, 64 * 7))
    .addComponent<RectangularSprite>('sprite', {
      pivot: { x: 32, y: 32 },
      width: 64,
      height: 64,
      texture: ASSETS.PIXEL_TANK
    })

world.addEntity(player)
}

在把这两个 Entity 加入游戏之后，我们还需要一个 System 帮助我们把它们渲染出来。我将它起名为 RenderSystem，由它专门负责所有的渲染工作（这里我们直接使用现成的是渲染引擎，如果大家对这方面有兴趣的话，回头也可以再做一个延伸的分享与介绍...渲染其实也是很有意思的事情并不）
renderSystem.ts

class RenderSystem extends System {
update() {
    const entities = this.getEntities('position', 'sprite')

    for (const i in entities) {
      const entity = entities
      const position = new Point(entity.getComponent<Position>('position'))
      const sprite = entity.getComponent<RectangularSprite>('sprite')

      if (!sprite.layaSprite) {
      // init laya sprite... ignore
      }

      const { layaSprite } = sprite
      const { x, y } = position
      layaSprite.pos(x, y)
    }
}
}

Position & Sprite

上面的代码，其实就是 ECS 思想的体现：Position 储存位置信息，Sprite 储存渲染相关的宽高以及贴图、轴心点等信息；而 RenderSystem 会在每一帧中遍历所有具有这两个 Component 的 Entity，并渲染他们
然后，我们有了 E 与 S，还需要一个东西把它们串联起来。这里引入了一个 World 的概念，E 与 S 均是 W 里面的成员。然后 W 每一帧调用一次 update 方法，更新并推进整个世界的状态。这样我们整个逻辑就能跑通了！
world.ts

class World {
update(dt: number) {
    this.systems.forEach(s => s.update(dt))
}

addSystem(system: System) {}
addEntity(entity: Entity) {}
addComponent(component: Component) {}
}
万事俱备，让我们来运行一下代码：


这样，我们创造游戏世界的第一步：简单的场景 + 角色 就渲染出来了~
输入组件 - 赋予生命

众所周知，游戏的核心在于交互，游戏需要根据玩家的输入（操作）实时产生输出（反馈），玩游戏的过程本质上就是一个跟游戏互动的过程。这也正是游戏与传统艺术作品的区别：不仅仅是被动的接受，还可以通过自己的行为，影响它的走向发展
要实现这点，我们离不开输入。对于 moba 游戏而言，比较自然的操作方式是「轮盘」。轮盘其实可以看做是虚拟摇杆：处理玩家在屏幕上的触控操作，输出方向信息
对于游戏而言，这个轮盘应该只是 UI 部分，不应该与其他游戏逻辑相关对象存在耦合。这里我们考虑引入一个 UIComponent 的全局 UI 组件机制，用于处理游戏世界中的一些 UI 对象
摇杆组件 joyStick.ts

abstract class JoyStick extends UIComponent {
protected touchStart(e: TouchEvent)
protected touchMove(e: TouchEvent)
protected touchEnd(e: TouchEvent)
}
虚拟摇杆主要的逻辑是：


其中我们需要：

[*]从屏幕对应的全局坐标系转换到摇杆的局部坐标系（线性变换）
[*]判断落点是否在摇杆内（点在圆内）
[*]跟手移动（向量缩放）
通过一些简单的向量运算，我们可以获取到玩家触控所对应的摇杆内的点，并实现摇杆的跟手交互


但是，这离让坦克动起来，还是有点差距的。我们要怎么把这个轮盘的操作转换成小车的移动指令呢？
事件系统 - 控制的中枢

因为游戏是以固定的帧率运行的，所以我们需要一个实时的事件系统来收集各种各样的指令，等待每帧的 update 时统一执行。因此我们需要引入名为 BackgroundSystem 的后台系统（区别于普通系统）来辅助处理用户输入、网络请求等实时数据
BackgroundSystem.ts

class BackgroundSystem {
start() {}
stop() {}
}
它与普通 System 不同，不具有 update 方法；取而代之的是 start 与 stop。它在整个游戏开始时，便会执行 start 方法以监听某些事件，并在 stop 的时候移除监听
SendCMDSystem.ts

class SendCMDSystem extends BackgroundSystem {
start() {
    emitter.on(events.SEND_CMD, this.sendCMD)
}
stop() {
    emitter.off(events.SEND_CMD, this.sendCMD)
}

sendCMD(cmd: any) {
    const queue: any[] = this.world.getComponent('cmdQueue')
    // 离线模式下直接把指令塞进队列
    if (!this.world.online) {
      queue.push(cmd)
    } else {
      // 走 socket 把指令发到服务端
    }
}
}

（此处留待之后做在线模式扩展用）
注意，我们在这里引入了「全局组件」的概念，某些 Component，比如这里的命令序列，又或者是输入组件，它不应该从属于某个具体的 Entity；取而代之的，我们让他作为整个 World 之中的单例而存在，以此实现全局层面的数据共享
RunCMDSystem.ts

class RunCMDSystem extends BackgroundSystem {
start() {
    emitter.on(events.RUN_CMD, this.runCMD)
}
stop() {
    emitter.off(events.RUN_CMD, this.runCMD)
}

runCMD() {
    const queue: any[] = this.world.getComponent('cmdQueue')

    queue.forEach(this.handleCMD)
}

handleCMD(cmd: any) {
    const type: Command = cmd.type
    const handler: CMDHandler = CMD_HANDLER
    if (handler) {
      handler(cmd, this.world)
    }
}
}

由于指令可能会非常多，因此我们需要引入一系列的 helper 来辅助该系统执行命令，这并不与 ECS 的设计思路有冲突
另外，虽然为了执行指令而引入这两个 BackgroundSystem 的行为看似麻烦，但长远来看，其实是为了方便之后的扩展~因为多人游戏时候，我们的操作很多时候并不能马上被执行，而是需要发送到服务器，由它收集排序之后返回给客户端。这时候，客户端才能依次执行这序列中的指令
joyStick.ts #2

class MoveWheel extends JoyStick {
touchStart(e: TouchEvent) {
    const e = super.touchStart(e)
    emitter.emit(events.SEND_CMD, /* 指令数据 */)
}
// 各种方法 ...
}
这时，我们就可以对摇杆简单扩展，把操作事件转换成指令交由 BackgroundSystem 去执行了
运动

折腾了这么多之后，我们已经有了移动的指令，那么要怎么才能让角色动起来呢？仍然是通过 ECS 之间的配合：我们需要一个在 RunCMDSystem 中执行指令的 helper，以及处理运动的 MoveSystem
playerCMD.ts

function moveHandler(cmd: MoveCMD, world: World) {
const { data, id } = cmd
const entity = world.getEntityById(id)
if (entity) {
    const { speed } = entity.components
    const velocity = new Point(data.point).normalize().scale(speed)
    const degree = (Math.atan2(velocity.y, velocity.x) / Math.PI) * 180
    entity
      .addComponent('velocity', velocity)
      .addComponent('orientation', degree > 0 ? degree - 360 : degree + 360)
}
}
moveSystem.ts

class MoveSystem extends System {
update(dt: number) {
    const entities = this.getEntities('velocity')
    for (const i in entities) {
      const entity = entities

      const position = entity.getComponent<Point>('position')
      const velocity = entity.getComponent<Velocity>('velocity')
      position.addSelf(velocity * dt)
    }
}
}

我们先获取到移动指令，然后根据该指令解算出速度对应的单位向量，然后结合 Entity 对应的 Speed 组件放缩这个向量，便是我们需要的 Velocity，同时根据速度对应方向，可以获取角色的朝向；
这之后，我们只需要在 MoveSystem 中做简单的向量运算，便能计算出下一帧的角色所处位置了！


跟随相机

虽然目前我们已经可以实现全方向的自由移动了，但是总感觉少了点什么...唔，我们缺少一个相机！没有相机的话，我们只能以固定的视角观察这个场景，这显然是不合理的...
那么，所谓的相机，又应该如何实现呢？最常见的相机，是以跟随的形式存在的。也就是说，不管我们操控的角色如何行动，相机总会把它放在视野范围的最中心
（换句话说，相机的实现本质上就是个矩阵，用于将世界坐标映射到相机坐标...这个是 3D 游戏里面的逻辑，对此感兴趣回头可以再做个渲染器的实现，展开来讲...）
想清楚了这点，其实就不难了：我们的相机的视口尺寸，与屏幕的宽高相等；然后我们这里只是一个2D 界面，从世界坐标到相机坐标只需要一个简单的平移变换即可：
cameraSystem.ts

class CameraSystem extends System {
start() {
    this.updateCamera()
}
update() {
    this.updateCamera()
}

updateCamera() {
    const camera = this.world.getComponent('camera') as Rect
    const me = this.world.getEntityById(this.world.userId)
    if (me) {
      const position = me.getComponent('position') as Position
      camera.pos(position.x - camera.w / 2, position.y - camera.h / 2)
    }
}
}
renderSystem.ts # 2

class RenderSystem extends System {
update() {
    const camera = this.world.getComponent('camera') as Rect

    for (const i in entities) {
      // ignore other code...
      const position = new Point(entity.getComponent<Position>('position'))
      const sprite = entity.getComponent<RectangularSprite>('sprite')
      // 不在可见范围 就不更新了
      if (
      !camera.intersection({
          x: position.x,
          y: position.y,
          w: sprite.width,
          h: sprite.height
      })
      ) {
      continue
      }
      position.subSelf(camera.topLeft)
    }
}
}

CameraSystem 之中每一帧更新一次相机的位置（重新定位相机，使其以主角为中心），然后 RenderSystem之中针对别的物体做一次平移变换即可；另外，这里还增加了相交检测，如果待渲染的物体不位于相机可见范围之内的话，则不作更新
这里插入视频
0x03 地形 & 碰撞检测 / 处理

现在我们可以自由行走在游戏世界内了！但是我们...嗯，目前还与缺乏一些与世界内元素的互动。比如不允许穿越地图的边界；我们绘制在地图内的墙壁，也应该是不能穿越的地形...此外，可能还需要更复杂的玩法，比如河流（角色不能穿越，但是子弹可以..）沼泽（进入减速）所以，我们下一步要做的，就是加入这一套与地形有关的交互逻辑
地形系统

各种各样的地形，可以一定程度上丰富游戏的玩法与深度。我们以常见的 moba 游戏为例，一般会包括以下几种地形：

[*]平地：即没有任何特殊效果的地形
[*]墙壁：不允许通过，可能会对视野有阻碍（Dota 中的树林）
[*]草丛：进入之后可以隐蔽（LOL、王者）
[*]高地：高地上的单位能看见同样位于高地，或者外部地形上的单位；但外部地形上的单位无法看见高地上的单位
[*]...
为了简单演示，我们这里只做一下简单的墙壁：阻碍玩家的移动，也不会被子弹摧毁。由于墙壁的贴图已经在编辑地图的时候加入了，我们目前需要做的只有

[*]加入墙壁对应的 Entity
[*]每帧检测玩家的位置，接触到墙壁的时候不允许移动
为了实现这个玩法，我们需要引入专门检测并处理碰撞的 System
「Attention」：下面这里的碰撞相关逻辑，其实不应该直接放在 system 内，而是应该抽象出一个单独的，类似渲染引擎那样的物理引擎，然后才是在 system 中每帧调用
碰撞检测 / 处理

首先，让我们从最简单的情况开始：矩形与矩形之间的碰撞。由于我们使用了 Tilemap ，这导致我们的碰撞检测情况比较简单：两个水平和垂直方向上对称矩形碰撞
这里并不会展开来讲太多关于数学上的东西，具体可以参考一个简单的几何库 rect.ts
参考：https://aotu.io/notes/2017/02/16/2d-collision-detection/index.html

rect.ts

相交判定部分..具体规律（比如 rect1.topLeft.x 总是小于 rect2.topRight.x etc...）可以对照上图找
class Rect {
intersection(rect: Rect) {
    return (
      this._x < rect.x + rect.w &&
      this._x + this._w > rect.x &&
      this._y < rect.y + rect.h &&
      this._y + this._h > rect.y
    )
}
}
collisionTestSystem.ts

有了相交判定方法之后，我们就能简单的实现一个碰撞检测系统了
class CollisionTestSystem extends System {
update() {
    const entities = this.world.getEntities('collider', 'velocity')
    const allEntities = this.world.getEntities('collider')

    const map: { : { : boolean } } = {}

    for (let i in entities) {
      const entityA = entities
      const colliderA = entityToRect(entityA, true)
      const colliders: Entity[] = []

      map = {}
      for (let j in allEntities) {
      if (i === j) {
          continue
      }

      map || (map = {})
      if (map || map) {
          continue
      }
      map = map = true

      const entityB = allEntities
      const colliderB = entityToRect(entityB)
      if (colliderA.intersection(colliderB)) {
          colliders.push(entityB)
      }
      }

      if (colliders.length) {
      entityA.addComponent<Entity[]>('colliders', colliders)
      }
    }
}
}

我们这里采用了比较简单的两重循环暴力遍历，但还是尽可能的去降低运算量：

[*]没有 Velocity 的 Entity 不会动，因此第一重循环不需要考虑他们
[*]使用两层字典，避免重复运算已经判定过的物体
然后，我们便可以根据这个检测到的碰撞信息，进行下一步的碰撞处理
collisionHandleSystem.ts

class CollisionHandleSystem extends System {
update() {
    const entities = this.world.getEntities('colliders', 'velocity')

    for (const i in entities) {
      const entity = entities
      const colliders = entity.getComponent<Entity[]>('colliders')

      const typeA = entity.getComponent<Collider>('collider').type

      colliders.forEach(e => {
      const typeB = e.getComponent<Collider>('collider').type
      const handler = handlerMap
      if (handler) {
          handler(entity, e, this.world)
      }
      })
      entity.removeComponent('colliders')
    }
}
}

这里我们做了一个 handler 的字典，因为碰撞处理系统也需要大量的 helper 来辅助处理各种物体之间碰撞的情况（比如目前仅有 「角色与墙壁」，之后会引入更多的地形，以及更多的 Entity），之后就可以方便扩展
最后，我们只需要往世界里面加入几个空气墙对应的 Entity 即可：
initArena.ts

.forEach((e: Rect) => {
const { x, y, w, h } = e

world.addEntity(
    new Entity()
      .addComponent<Position>('position', {
      x,
      y
      })
      .addComponent<Collider>('collider', {
      width: w,
      height: h,
      type: ColliderType.Obstacle
      })
)
})
同理，墙壁也可以这样加入到我们的游戏世界中，具体代码就不贴了，同样在 initArena.ts 文件内
展示一下...
攻击 & 子弹

ok，在引入了碰撞检测与处理的系统之后，是时候更进一步引入攻击系统了。首先，我们要设计一个攻击模式：

[*]使用轮盘搓方向，这样可以支持 360° 射击
[*]攻击之间存在间隔
先加入一个轮盘：它只关心滑动结束时候的方向，并根据该方向生成一个攻击指令：
joyStick.ts #3

class AttackWheel extends JoyStick {
constructor(params: JoyStickParams) {
    super(params)
}

touchEnd(e: TouchEvent): undefined {
    const event = super.touchEnd(e)

    emitter.emit(events.SEND_CMD, {
      type: Command.Attack,
      ...event
    })

    return undefined
}
}

但是在新加了这个轮盘之后，我们会很惊喜的遇到一个新问题：全局的触摸事件冲突了...回想一下，我们的 addEventListener 是直接往 document 上面添加的监听方法，因此每一个触摸事件，都会触发两个轮盘的 handler。这里我们引入一个变量 identifier 用于解决这个问题
joystick.ts #4

class JoyStick extends UIComponent {
touchMove(e: TouchEvent): Event | undefined {
    // ignore ...
    const point = this.getPointInWheel(changedTouches)
    if (this.identifier === changedTouches.identifier) {
      // ignore ...
    }
    return undefined
}
}
指令有了，再加入攻击指令的处理方法：
playerCMD.ts #2

function attackHandler(cmd: AttackCMD, world: World) {
const { id, data, ts } = cmd
const entity = world.getEntityById(id)

if (entity) {
    const attackConfig = entity.getComponent<Attack>('attack')
    const lastAttackTS = entity.getComponent<number>('lastAttack') || 0

    if (attackConfig.cooldown < ts - lastAttackTS) {
      entity.addComponent('attacking', data.point)
      entity.addComponent('lastAttackTS', ts)
    }
}
}

我们根据攻击指令的发起 id，获取对应 Entity 的 Attack Component，它里面包含了关于攻击的信息（伤害、间隔、子弹...），并为对应对象增加一个 Attacking Component 用以指示状态
attackSystem.ts

class AttackSystem extends System {
update() {
    const entities = this.getEntities('attacking')

    for (const i in entities) {
      const entity = entities

      const position = entity.getComponent<Point>('position').clone

      const attackingDirection = entity.getComponent<Point>('attacking')
      const attackConfig = entity.getComponent<Attack>('attack')

      const velocity = attackingDirection.normalize()

      const { width, height } = attackConfig.bullet
      position.addSelf(width / 2, height / 2)
      velocity.scaleSelf(attackConfig.speed)

      const bullet = new Entity()
      bullet
      .addComponent<Bullet>('bullet', { /* ... */ })
      .addComponent<Point>('position', position)
      .addComponent<Point>('velocity', velocity)
      .addComponent<RectangularSprite>('sprite', {/* ... */})
      .addComponent<Collider>('collider', {/* ... */})

      this.world.addEntity(bullet)
      entity.removeComponent('attacking')
    }
}
}

AttackSystem 会遍历所有具有 Attacking 的对象，并根据它的一系列信息生成一个子弹。然后这个子弹会在 MoveSystem 中不断地按照发射方向移动
攻击判定 & Entity 的销毁

当然，上面这个无限射程的子弹，其实并不是我们所希望的；同时，子弹在打到障碍物的时候也不应该穿透过去。这里我们稍微修改一下原有的系统，使得子弹在击中敌人或者墙壁时消失：
moveSystem #2

// 增加以下代码
if (entity.has('bullet')) {
const { range, origin } = entity.getComponent<Bullet>('bullet')
if (range * range < position.distance2(origin)) {
    entity.addComponent('destroy')
}
}

超出了射程范围的子弹，应该被移除... 其实这个逻辑，应该另外再加一个 BulletSystem 之类的系统用于处理的，这里我偷懒了...我们会给超出了射程范围的子弹加一个 Destroy 的标记，之后销毁它。原因在下面的 DestroySystem 处有提到
creatureBullet.ts

function creatureBullet(
entityA: Entity,
entityB: Entity,
world: World
) {
const aIsBullet =
    entityA.getComponent<Collider>('collider').type === ColliderType.Bullet

const bullet = aIsBullet ? entityA : entityB
const creature = aIsBullet ? entityB : entityA

const { generator: generatorID } = bullet.getComponent<Bullet>('bullet')
if (generatorID === creature.id) {
    return
}
bullet.addComponent('destroy')
}

与障碍物/角色碰撞的子弹，也需要移除。但是忽略子弹与自身的碰撞（因为子弹是从角色当前位置被发射出去的）
destroySystem.ts

class DestroySystem extends System {
update() {
    const entities = this.getEntities('destroy')
    for (const i in entities) {
      this.world.removeEntity(entities)
    }
}
}

这里做的还比较简单，如果是完整的实现，还可以补充上子弹销毁时候的「爆炸动画效果」。我们可以借助 ECS 中的 Entity 上面的 removeFromWorld 回调实现之
*ps：这里的 DestroySystem 执行顺序应该位于所有 System 之后。这也是 ECS 应该遵循的设计：推迟所有会影响其他 System 的行为，放在最后统一执行
**pps：这里可以再增加一个池化的机制，减少子弹这类需要反复创建/销毁的对象的维护开销


AI 的引入

到目前为止，我们已经有一个比较完整的地图，以及可自由移动、攻击的角色。但只有一个角色，游戏是玩不起来的，下一步我们就需要往游戏内加入一个个的 AI 角色
我们将随机生成 Position (x, y) 的位置，如果该位置对应的是空地，那么则把 AI 玩家放置在此处
initPlayer.ts # 2

function initAI(world: World, arena: TransformedArena) {
for (let i = 0; i < count; i++) {
    let x, y
    do {
      x = random(left, right)
      y = random(top, bottom)
    } while (tilemap !== -1)

    const enemy = generatePlayer({
      player: true,
      creature: true,
      position: new Point(cellPixel * x, cellPixel * y),
      collider: { /* ... */ },
      speed,
      sprite: { /* ... */ },
      hp: 1
    })

    world.addEntity(enemy)
}
}

但是，这些 AI 角色，他们都莫得灵魂！
在我们创造 AI 角色之后，下一步就需要给他们赋予生命，让他们能够移动，能够攻击，甚至给他们更加真实的一些反应，比如挨打了会逃跑，会追杀玩家...etc。要实现这样的 AI，让我们先来了解一下游戏 AI 的一种比较常用的实现方式——决策树（或者叫 行为树）
行为树



整个行为树，由一系列的节点所组成，每个节点都具有一个 execute 方法，它返回一个 boolean，我们将根据这个返回值来决定下一步的动作。节点可以分为以下几类：

[*]选择节点：执行所有子节点，当遇到第一个为 true 的返回值时结束
[*]顺序节点：执行所有子节点，当遇到第一个为 false 的返回值时结束
[*]条件节点：一般用来作为叶子节点与顺序节点、行为节点组合，实现条件执行动作的功能
[*]行为节点：具体执行动作的节点，比如移动、攻击...etc
更具体的解释可参考 https://www.cnblogs.com/KillerAery/p/10007887.html
tankTree.ts

这里我们构建了几个 AI 最基本的动作，作为叶子节点

[*]移动
[*]索敌
[*]攻击
省略了大部分逻辑相关代码，具体可见 systems/ai 目录下相关文件
class RandomMovingNode extends ActionNode {
execute() {
    // 寻路...
    return true
}
}

class SearchNode extends ConditionNode {
condiction() {
    // 检测范围内是否存在敌人
}
}

class AttackNode extends ActionNode {
execute() {
    // 向敌人发起攻击
    return true
}
}

// Tree Component 有方法, 不太好, 想想怎么改
export class TankAITree extends BehaviorTree {
constructor(world: World, entity: Entity) {
    this.root = new ParallelNode(this).addChild(
      new RandomMovingNode(this),
      new SequenceNode(this).addChild(
      new SearchNode(this),
      new AttackNode(this)
      )
    )
}
}

在这几个基础的叶子节点上，搭配上文提到的 并行、顺序 等节点，就可以组成一棵简单的 AI 行为树：AI 一边随机移动，一边搜索当前范围内是否存在敌人


然后我们把行为树附加到 AI 角色身上，他们就可以动起来了！
运行展示一下...
0x04 总结

到这里，我们已经做出来一个简单的游戏了！第一部分的内容，到这里就暂告一段落了。回顾一下，在这部分里面，我们：

[*]实现了一套逻辑层相关的 ECS 框架，用于管理复杂的游戏对象的更新交互逻辑
[*]实现了简单的事件系统，以及 UI 组件相关逻辑
[*]简单实现了游戏中的大部分逻辑：移动、攻击、相机跟随...
当然，它也还差一些未完成的部分：

[*]多人游戏支持
[*]游戏选单（Game Menu）：包括重新开始、退出游戏等
[*]更丰富的玩法：比如守家 / 占点 / 夺旗...多种模式
[*]更多的游戏元素：技能、升级成长、地形...
[*]...
这只是一个作为教程的示例，并不能做到尽善尽美，但还是希望大家能在整个分享里面，对「如何从零开始做一个游戏」这件事，有一个或多或少的认知。如果能让大家感觉到，「做一个游戏，其实很简单」 的话，那今天的分享就算是成功了~
说起来...后面如果有时间，可以把这些点都补充上去，实际上，都还挺有趣的..
0x05 扩展阅读


[*]ECS ReactiveSystem：https://www.effectiveunity.com/ecs/06-how-to-build-reactive-systems-with-unity-ecs-part-1/
[*]ECS 检测 Component 状态变化：https://www.effectiveunity.com/ecs/07-how-to-build-reactive-systems-with-unity-ecs-part-2/
[*]ECS SystemStateComponent：https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.entities@0.0/manual/system_state_components.html
[*]2d 碰撞检测：https://aotu.io/notes/2017/02/16/2d-collision-detection/index.html
[*]游戏 AI 行为树：https://www.cnblogs.com/KillerAery/p/10007887.html
0x05 作者


作者：肖涛涛
文章来源：公众号Tecvan

查看完整版本: 爆肝万字，一文让你入门游戏开发的所有概念！「做一个游戏 ...