多人联机对战游戏的设计与实现
2018-01-09吕艳阳
吕艳阳
摘要：在程序设计课程中，学生普遍认为多人联机对战游戏制作难度大，一般选择休闲小游戏作为综合实践项目。制作一款包含客户端、服务端的多人联机对战游戏，可以综合应用各种程序设计技术、网络编程技术以及设计模式，提高学生专业实践能力。
关键词：多人联机； 游戏； 网络编程； 设计模式； 客户端； 服务端
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）34-0081-03
Abstract： In the program design course， the students are generally believed that Multiplayer Online Battle Game is difficult to develop， usually choose little recreational game as comprehensive practical project. Make a Multiplayer Online Battle Game including client and server， can practice various technology， such as programming technology， network technology and design patterns， to improve students' professional practical ability.
Key words： Multiplayer Online； Game； network programming； design patterns； client； server
1 概述
腾讯运营的多人对战游戏，取得了巨大的市场成功。这款游戏是一个典型的C/S结构的网络游戏，包含客户端部分和服务端部分。在教学工作中，把这样的题目作为综合实践项目，多数学生都觉得制作难度大，一般会选择休闲小游戏。
即使学生学习了程序设计、socket网络编程、设计模式等课程，学生很难综合应用各门专业课程，制作一款多个用户联机、对战竞技、包含服务端、客户端的对战游戏。
该游戏的开发，综合使用了MVC架构、多线程、socket网络编程和消息处理、设计模式等技术，程序耦合較低，架构良好，实现了多人联机对战的主要流程和功能。
2 游戏结构
该游戏使用MVC架构、JAVA语言制作，不依赖第三方引擎，适合课程教学。游戏主要功能：
服务端：在一台计算机上运行服务端程序。服务端负责接收消息，转发消息，让各个客户端的事件同步，从而画面同步。
客户端：开启8台电脑，运行客户端。每人控制一名英雄角色，点击鼠标移动，按Q、W键使用攻击技能、补血技能。
胜负规则：双方阵营各4人，每方有一个防御塔，摧毁对方塔则获胜。实际部署效果如图1、图2所示。
游戏作为一种软件，完全符合MVC（Model View Control）架构。M负责数据存储，图片资源素材；V负责视图显示、图片绘制；C负责程序控制，刷新各项数据。良好的程序架构，就是这三部分分工协作。
3 客户端功能和类结构
3.1 总体结构
游戏效果如图3所示：
客户端总体程序、事件关系如图4所示：
程序主要包括以下类：
红方列表HeroArray类：存放红方英雄和塔。
蓝方列表EnemyArray类：存放蓝方英雄和塔。
技能类SkillArray类，定义两个对象，存放双方阵营发出的技能，包括攻击技能和补血技能。
程序的底层组件，包括图片类、移动类、动画类、技能类。将单个组件封装，能存放、管理多个对象的类，包括图片数组类，技能数组类，动画数组类。
3.2 可移动的图片
可移动的图片（ItemPathBase类），由两个类组合而成，图片类ItemBase和移动类Path，类图如图5所示。
图片类ItemBase：包含一个玩家单位的基本数据和素材图片（java的Image类）。
移动类Path：包含一次移动的基本数据，例如起始/结束坐标、方向向量等。由父类Path保存公共的数据，Path的子类实现不同的移动方式：A点到B点， A点朝B点方向移动。
一个英雄角色，一个发出的子弹，一个塔，都是使用ItemPathBase类。
3.3 动画
动画由多幅图片组成，依次绘制到屏幕上。
单个动画的类AniBm：
属性：Imgae对象，对应一个图片文件；动画状态，准备/播放/结束。
方法：绘制图片，当前帧加1，设置输出坐标。
一次补血技能的动画，就是使用AniBm类。
用列表存放多个动画，并实现动画的添加、删除、刷新，就是多个动画的类AniBmArray。
动画的类图如图6所示：
3.4 多个英雄角色
把多个游戏单位以及碰撞检测，封装成一个类ItemArrayBase类。多个英雄、塔，都使用这个类。
属性：列表ArrayList
方法：绘制人物图片的函数，绘制生命条，碰撞检测，如果碰到敌方技能，该英雄减少血量。一方塔被摧毁，则对方获胜。
用户控制的单位是列表中的某一个元素。不同客户端，操纵不同英雄角色，实现了多人对战。
3.5 移动功能
当点击鼠标，设置玩家控制单位的目的地坐标，开始移动。通过游戏循环，不断地刷新坐标，实现移动功能。
移动类Path类，用一个整数表示当前状态，状态集合包括停、走两种状态：
public static int READY=1；
public static int MOVE=2；
状态改变过程：
1） 设置目的地坐标后，状态设置为MOVE，表示开始走；
2） 如果状态是MOVE，刷新坐标数据；
3） 如果到达目的地，状态设置为READY，表示一次移动结束。
3.5 攻击技能、补血技能
基本的父类包含公共数据、技能状态，子类实现不同技能。
1） 技能的父类SkillBase类：
属性：技能状态，准备/发出/结束；
方法：绘制，启动技能，刷新数据，是否进行碰撞检测。
2） 子类，攻击技能SkillBullet类：
属性：一个可移动的子弹图片
方法：绘制子弹；刷新子弹坐标；需要碰撞检测。
3） 子类，补血技能SkillAddHp类：
属性：图片数组，存放一段动画素材；
方法：绘制动画；刷新动画帧；不需要碰撞检测。
类图如图7所示：
4 服务端功能和类结构
4.1 多种设计方案
某方案A：服务端实现业务逻辑功能，不断地发送各个画面。这样的数据量太大，对于对战游戏，会有延迟。
某方案B：实时地发送所有游戏角色的坐标、属性数据，客户端收到数据后，绘制一幅画面。这样发送的数据量大，发送次数多。
该游戏服务端的实现方案：使用socket网络编程，转发事件消息。
具体过程：
当用户触发一个事件，例如玩家移动、发出技能Q或者W，以字符串形式，打包成一条消息。
服务端接收消息，转发给其他客户端。客户端解析消息，完成对应操作，实现事件同步，从而画面同步。
服务端界面，只有一个文本框，显示网络消息。如图8所示：
4.2 服务端监听客户端连接
服务端设置端口号，建立ServerSocket后，采用多线程技术，每成功连接一个客户端，开启一个新线程类ClientObserverThread类。
4.3 事件消息转发
使用设计模式的观察者模式。每个监听线程作为观察者，收到消息后，转发给其他观察者。类图如图9所示：
主题类Subject类：
用ArrayList
观察者ClientObserverThread类：
主要方法：
1） run函数：用循环不断地接收消息。
2） update函数：调用send发送消息，作为观察者模式的观察者接口。
5 网络消息
客户端产生的消息采用逗号分隔的字符串。消息如表1所示：
6 结束语
充分利用设计模式，使程序架构良好，可以在程序較少改动的情况下，补充新功能。当设置好客户端的消息格式，服务端和客户端可以分别改进优化，互不影响，有利于学生团队分工协作。
多人联机对战游戏的开发，使学生知道，综合利用所学课程，可以设计实现商业级游戏的流程和功能。通过实战锻炼，改善程序架构，提高专业技术能力。
参考文献：
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