基于libGDX的Android赛车游戏的设计与实现

张 晓， 张艳青， 苏 航

（1.华南理工大学 计算机科学与工程学院，广东 广州 510006；2.华南理工大学 软件学院，广东 广州 510006）

随着科技的发展，智能手机已经与我们的日常生活密不可分，当前主流的智能终端操作系统有 Android，IOS和Windows Phone等，其中Android是Google公司推出的开源手机操作系统[1]。2012年11月数据显示，Android占据全球智能手机操作系统市场76%的份额，中国市场占有率为90%。越来越多的人喜欢在闲暇时间玩手机游戏，中国手机游戏市场在近几年也一直保持了较快的发展[2]。优良的手机游戏不仅能给人们的生活带来乐趣，也能给开发者带来可观的经济收益。游戏引擎是游戏的核心，选择一款兼容性好、高效、容易使用的游戏引擎，能大大降低游戏开发的成本。libGDX游戏开发框架就是这样一款备受开发者青睐的引擎。本文将介绍利用libGDX来快速的开发一款简单、有趣的Android赛车游戏。

1 libGDX介绍

libGDX基于 Apache License，Version 2.0协议，由 Java/C/C++语言编写而成，是一个免费并且高效的跨平台的2D/3D的 游 戏 开 发 框 架 ， 它 由 audio、files、graphics、math、physics、scenes、utils这些主要类库所组成，分别对应了libGDX中的音频操作，文件读取，2D/3D渲染，libGDX绘图相关运算，Box2D封装，2D/3D游戏组件，以及libGDX内置工具类，它们之间的关系如图1所示。它使用JNI封装了物理引擎Box2D的C++版本，使得其运行效率比其他同级的物理引擎要更快[3]。

图1 libGDX框架架构Fig.1 Framework architecture of libGDX

一般在Android开发中，一个页面是一个Activity，一个应用中包含多个Activity。而在基于libGDX的Android应用中，只有一个Activity，而且是用一个继承了Activity的Android Application来作为整个程序的父类。libGDX中把Screen当成页面，通过Game的setScreen方法来实现不同页面的切换。每个Screen又可包含多个Stage对象，同一个Screen中多个Stage的切换也可以达到页面切换的效果。 而页面中的物体称为 Actor，在 Screen 的 show（）方法中，调用 Stage.Add（Actor actor）方法将物体添加到Stage中，这样就构成一个游戏页面。在Screen的render（）方法中，可以不断的更新各个Actor的状态，从而达到游戏运行时动态变化的效果。

2 系统方案设计

赛车游戏的主要逻辑位于游戏主页面中，在手机屏幕下方摆放一辆赛车，让用户通过手机的重力加速度感应器来控制左右移动，让其他的赛车和背景赛道地图像下滚动，可以给人一种相对的向前运动的感觉。用户控制赛车向前行驶，会和屏幕上的其他Actor发生碰撞，所以必须要有碰撞检测。

根据赛车游戏的特点，通过加载资源，进入游戏主菜单页面，然后点击“开始游戏”即可进入游戏主界面开始游戏了。当游戏结束时会进入成绩排行榜页面，显示历史成绩，在排行榜页面也可以返回到游戏主菜单或者直接重新开始游戏。游戏的设计流程图如图2所示。

图2 赛车游戏流程图Fig.2 Flow chart the racing game

3 系统实现

3.1 地图滚动

要实现赛道地图滚动的效果，一种比较简单的方案是用两张关于赛道的图片放在一起，在屏幕中向下移动，一张图片移出屏幕造成的空余由另一张图片移进屏幕来填补，不断循环，这样可以达到赛道滚动的效果，如图3所示。libGDX中Actor的setY方法可以直接设置图片的Y轴坐标，从而让图片不断的移进、移出屏幕。

3.2 元素添加与移动

游戏主页面中赛道上面包含的可移动的元素有赛车和道具等。这些元素都是作为Actor对象来添加到页面的Stage中的。

赛车分为两类，一类是用户直接控制的赛车，取名为playerCar，另一类是由系统自动控制的赛车，取名为friendCar。playerCar位于屏幕中Y轴方向上的固定位置，通过重力加速传感器来控制playerCar的左右移动。friendCar由系统控制运行，多辆friendCar不断的放在屏幕上（赛道图的顶端），并设置向下运行的速度。因此，playerCar在垂直方向上绝对位置不变，而多辆friendCar向下方移动，让用户感觉playerCar是在向前行驶。

图3 地图循环滚动过程Fig.3 Map cycle rolling process

为了提高程序运行的效率，可以用对象池来管理friendCar。即在程序初始化的时候，实例化多个friendCar对象，放到一个集合中构成对象池，当需要添加赛车到屏幕上的时候，从对象池中取出一个friendCar，按照需要修改相应属性，然后将它放到屏幕中上运行[4]。当这个friendCar要从屏幕上消失（被炸毁或者超出屏幕）的时候，可直接将这个对象放回到对象池中，如图4所示。

图4 利用对象池来管理赛车流程图Fig.4 Flow chart of using object pool to manage the car

赛车对象池就是赛车对象的一个集合，libGDX中可以使用Group对象来表示这样的一个集合，通过Group对象的getChildren（）方法来得到该集合中的所有元素。

程序中可以添加一些道具，比如炸弹道具，playerCar得到这个道具之后，可以发射出炸弹，可以炸毁与之有接触的friendCar。道具的添加和移动可以基本按照赛车添加和移动的方式来实现。

3.3 碰撞检测

用户控制赛车向前行驶，会和friendCar以及道具产生碰撞。playerCar与friendCar之间的碰撞检测可以采用libGDX中已经封装好的Box2D物理引擎，Box2D可以很方便的检测到碰撞，并根据设置刚体的各种属性，让碰撞的效果更加逼真。

而playerCar与道具的碰撞则不必采用Box2D，可以直接把赛车和道具看成两个矩形，从而只需检测两个矩形是否有接触[5]，libGDX 中 Actor的 getX（）和 getY（）方法可以得到该Actor的所处位置，getWidth（）和getHeight（）可以得到该Actor的宽度和高度，这样就能很容易的检测两个Actor代表的矩形是否相交，如果这两个矩形有相交，则表示有碰撞。

3.4 成绩排名

用户每玩一次游戏，都会根据游戏中相应的数据计算出一个得分作为本次游戏的成绩。Android系统集成了SQLite，它是一款非常流行的嵌入式数据库，支持SQL查询，并且只占用很少的内存[6]。可以用本地数据库SQLite将成绩保存起来，让用户能够查看历史成绩，但是如果保存每次游戏的成绩，那将势必会使应用占据越来越多的手机存储空间。从手机空间和用户体验的角度来看，可以只存前十名的成绩。如果用户成绩数据表中已经存了十条记录，那么下一条前十的成绩可以直接用来更新原来的第十名的成绩。

3.5 屏幕适配

Android手机种类繁多，对应的手机屏幕的尺寸也是大小不一。赛车游戏的UI需要尽量照顾到各种尺寸的手机屏幕。我们可以取当前比较普遍的手机屏幕分辨率800*480为基准，用本手机的高度除以800得到BX，用本手机的宽度除以480得到BY，将BX，BY作为一个基础的比例，程序中布局时，设置图片位置时，用相应的宽度和高度来分别乘以BX和BY，再进行设置，可以达到很好的屏幕适配效果。

3.6 动画与声音

libGDX中提供了Animation类，可以用来实现动画效果，其实质就是连续播放多张图片。libGDX中用Sound来播放比较短暂的声音如爆炸声音，用Music来播放长时间的声音比如背景音乐，通过Sound和Music可以很方便的播放游戏中需要的声音。为了保证游戏的流畅性，动画中包含的多张图片和声音资源都需要进行预加载。

4 仿真结果

整个应用实现完成以后，在LG Nexus4手机中得以成功运行。选取了游戏运行时主页面的几个运行画面，运行结果充分显示出程序运行良好，也基本符合设计要求。如图5所示，在游戏主页面中 playerCar是用户控制的赛车，friendCar由系统控制，图中出现了两个道具，分别是能量道具和炸弹道具。如图6所示，用户通过点击屏幕右半部分使playerCar发射炸弹，炸毁一辆friendCar时出现的爆炸动画。

图5 游戏主页面Fig.5 Main page of racing game

图6 爆炸效果Fig.6 The explosion effect

5 结束语

文中介绍了游戏开发框架libGDX，并基于此框架设计和开发了一款流畅、有趣的Android赛车游戏，玩家通过简单的交互如点击手机屏幕左侧或右侧、轻微摇晃手机就可以体验本游戏。结果表明，libGDX提供了丰富且易用的接口，使用它来开发手机游戏，在保证功能得以实现的同时，又可以缩短开发时间、降低开发难度。

[1]黎忠文，覃志东，王全宇，等.基于Android平台手机游戏引擎的设计与实现[J].计算机工程与设计，2014，35（1）:119-124.LI Zhong-wen，QIN Zhi-dong，WANG Quan-yu，et al.Design and implementation of mobile game engine based on Android platform[J].Computer Engineering and Design，2014，35（1）:119-124.

[2]崔浩然.基于Android平台的手机游戏的设计与实现[D].西安:西安科技大学2011.

[3]吴庆林.基于libGDX的Android游戏研究与开发[D].广州:华南理工大学，2012.

[4]水超，李慧.对象池模式的扩展与设计[J].计算机工程，2004，30（9）:26-27.SHUI Chao，LIU Hui.Extension and implementation of object pool pattern[J].Computer Engineering，2004，30 （9）:26-27.

[5]高春晓，刘玉树.碰撞检测技术综述[J].计算机工程与应用， 2002（5）:9-11.GAOChun-xiao，LIUYu-shu.A survey of collision detection[J].Computer Engineering and Applications，2002（5）:9-11.

[6]彭艳，杨欧.Android平台的数据存储技术[J].计算机系统应用，2012，21（5）:192-193.PENG Yan，YANG Ou.Analysis on the data storage of android application[J].Computer Systems&Applications，2012，21（5）:192-193.