安卓小游戏：小板弹球

前言

这个是通过自定义View实现小游戏的第三篇，是小时候玩的那种五块钱的游戏机上的，和俄罗斯方块很像，小时候觉得很有意思，就模仿了一下。

需求

这里的逻辑就是板能把球弹起来，球在碰撞的时候能把顶部的目标打掉，当板没有挡住球，掉到了屏幕下面，游戏就结束了。核心思想如下：

• 1，载入配置，读取游戏信息、配置及掩图
• 2，启动游戏控制逻辑，球体碰到东西有反弹效果
• 3，手势控制板的左右移动

效果图

效果图已经把游戏的逻辑玩出来了，大致就是这么个玩法，就是我感觉这不像一个游戏，因为小球的初始方向就决定了游戏结果，也许我应该把板的速度和球的方向结合起来，创造不一样。

代码

import android.annotation.SuppressLint
import android.app.AlertDialog
import android.content.Context
import android.graphics.Bitmap
import android.graphics.Canvas
import android.graphics.Color
import android.graphics.Paint
import android.graphics.drawable.Drawable
import android.os.Handler
import android.os.Looper
import android.os.Message
import android.util.AttributeSet
import android.view.MotionEvent
import android.view.View
import com.silencefly96.module_views.R
import java.lang.ref.WeakReference
import kotlin.math.*

/**
 * 弹球游戏view
 *
 * 1，载入配置，读取游戏信息、配置及掩图
 * 2，启动游戏控制逻辑，球体碰到东西有反弹效果
 * 3，手势控制板的左右移动
 *
 * @author silence
 * @date 2023-02-08
 */
class BombBallGameView @JvmOverloads constructor(
    context: Context,
    attrs: AttributeSet? = null,
    defStyleAttr: Int = 0
): View(context, attrs, defStyleAttr) {
    companion object {
        // 游戏更新间隔，一秒20次
        const val GAME_FLUSH_TIME = 50L
        // 目标移动距离
        const val TARGET_MOVE_DISTANCE = 20

        // 距离计算公式
        fun getDistance(x1: Int, y1: Int, x2: Int, y2: Int): Float {
            return sqrt(((x1 - x2).toDouble().pow(2.0)
                    + (y1 - y2).toDouble().pow(2.0)).toFloat())
        }

        // 两点连线角度计算, (x1, y1) 为起点
        fun getDegree(x1: Float, y1: Float, x2: Float, y2: Float): Double {
            // 弧度
            val radians = atan2(y1 - y2, x1 - x2).toDouble()
            // 从弧度转换成角度
            return Math.toDegrees(radians)
        }
    }

    // 板的长度
    private val mLength: Int

    // 行的数量、间距
    private val rowNumb: Int
    private var rowDelta = 0

    // 列的数量、间距
    private val colNumb: Int
    private var colDelta = 0

    // 球的掩图
    private val mBallMask: Bitmap?

    // 目标的掩图
    private val mTargetMask: Bitmap?

    // 目标的原始配置
    private val mTargetConfigList = ArrayList<Sprite>()

    // 目标的集合
    private val mTargetList = ArrayList<Sprite>()

    // 球
    private val mBall = Sprite(0, 0, 0f)

    // 板
    private val mBoard = Sprite(0, 0, 0f)

    // 游戏控制器
    private val mGameController = GameController(this)

    // 上一个触摸点X的坐标
    private var mLastX = 0f

    // 画笔
    private val mPaint = Paint().apply {
        color = Color.WHITE
        strokeWidth = 10f
        style = Paint.Style.STROKE
        flags = Paint.ANTI_ALIAS_FLAG
        textAlign = Paint.Align.CENTER
        textSize = 30f
    }

    init {
        // 读取配置
        val typedArray = context.obtainStyledAttributes(attrs, R.styleable.BombBallGameView)
        mLength = typedArray.getInteger(R.styleable.BombBallGameView_length, 300)
        rowNumb = typedArray.getInteger(R.styleable.BombBallGameView_row, 30)
        colNumb = typedArray.getInteger(R.styleable.BombBallGameView_col, 20)

        // 球的掩图
        var drawable = typedArray.getDrawable(R.styleable.BombBallGameView_ballMask)
        mBallMask = if (drawable != null) drawableToBitmap(drawable) else null
        // 目标的掩图
        drawable = typedArray.getDrawable(R.styleable.BombBallGameView_targetMask)
        mTargetMask = if (drawable != null) drawableToBitmap(drawable) else null

        // 读取目标的布局配置
        val configId = typedArray.getResourceId(R.styleable.BombBallGameView_targetConfig, -1)
        if (configId != -1) {
            getTargetConfig(configId)
        }
        typedArray.recycle()
    }

    private fun drawableToBitmap(drawable: Drawable): Bitmap? {
        val w = drawable.intrinsicWidth
        val h = drawable.intrinsicHeight
        val config = Bitmap.Config.ARGB_8888
        val bitmap = Bitmap.createBitmap(w, h, config)
        //注意，下面三行代码要用到，否则在View或者SurfaceView里的canvas.drawBitmap会看不到图
        val canvas = Canvas(bitmap)
        drawable.setBounds(0, 0, w, h)
        drawable.draw(canvas)
        return bitmap
    }

    private fun getTargetConfig(configId: Int) {
        val array = resources.getStringArray(configId)
        try {
            for (str in array) {
                // 取出坐标
                val pos = str.substring(1, str.length - 1).split(",")
                val x = pos[0].trim().toInt()
                val y = pos[1].trim().toInt()
                mTargetConfigList.add(Sprite(x, y, 0f))
            }
        }catch (e : Exception) {
            e.printStackTrace()
        }
        // 填入游戏的list
        mTargetList.clear()
        mTargetList.addAll(mTargetConfigList)
    }

    override fun onSizeChanged(w: Int, h: Int, oldw: Int, oldh: Int) {
        super.onSizeChanged(w, h, oldw, oldh)
        // 开始游戏
        load()
    }

    // 加载
    private fun load() {
        mGameController.removeMessages(0)
        // 设置网格
        rowDelta = height / rowNumb
        colDelta = width / colNumb
        // 设置球，随机朝下的方向
        mBall.posX = width / 2
        mBall.posY = height / 2
        mBall.degree = (Math.random() * 180 + 180).toFloat()
        // 设置板
        mBoard.posX = width / 2
        mBoard.posY = height - 50
        // 将目标集合中的坐标改为实际坐标
        for (target in mTargetList) {
            val exactX = target.posY * colDelta + colDelta / 2
            val exactY = target.posX * rowDelta + rowDelta / 2
            target.posX = exactX
            target.posY = exactY
        }
        mGameController.sendEmptyMessageDelayed(0, GAME_FLUSH_TIME)
    }

    // 重新加载
    private fun reload() {
        mGameController.removeMessages(0)
        // 重置
        mTargetList.clear()
        mTargetList.addAll(mTargetConfigList)
        mGameController.isGameOver = false
        // 设置球，随机朝下的方向，注意：因为Y轴朝下应该是180度以内
        mBall.posX = width / 2
        mBall.posY = height / 2
        mBall.degree = (Math.random() * 180 + 180).toFloat()
        // 设置板
        mBoard.posX = width / 2
        mBoard.posY = height - 50
        // 由于mTargetConfigList内对象被load修改了，清空并不影响对象，不需要再转换了
        mGameController.sendEmptyMessageDelayed(0, GAME_FLUSH_TIME)
    }

    override fun onDraw(canvas: Canvas) {
        super.onDraw(canvas)
        // 绘制网格
        mPaint.strokeWidth = 1f
        for (i in 0..rowNumb) {
            canvas.drawLine(0f, rowDelta * i.toFloat(),
                width.toFloat(), rowDelta * i.toFloat(), mPaint)
        }
        for (i in 0..colNumb) {
            canvas.drawLine(colDelta * i.toFloat(), 0f,
                colDelta * i.toFloat(), height.toFloat(), mPaint)
        }
        mPaint.strokeWidth = 10f

        // 绘制板
        canvas.drawLine(mBoard.posX - mLength / 2f, mBoard.posY.toFloat(),
            mBoard.posX + mLength / 2f, mBoard.posY.toFloat(), mPaint)

        // 绘制球
        canvas.drawBitmap(mBallMask!!, mBall.posX - mBallMask.width / 2f,
            mBall.posY - mBallMask.height / 2f, mPaint)

        // 绘制目标物
        for (target in mTargetList) {
            canvas.drawBitmap(mTargetMask!!, target.posX - mTargetMask.width / 2f,
                target.posY - mTargetMask.height / 2f, mPaint)
        }
    }

    @SuppressLint("ClickableViewAccessibility")
    override fun onTouchEvent(event: MotionEvent): Boolean {
        when(event.action) {
            MotionEvent.ACTION_DOWN -> {
                mLastX = event.x
            }
            MotionEvent.ACTION_MOVE -> {
                val len = event.x - mLastX
                val preX = mBoard.posX + len
                if (preX > mLength / 2 && preX < (width - mLength / 2)) {
                    mBoard.posX += len.toInt()
                    invalidate()
                }
                mLastX = event.x
            }
            MotionEvent.ACTION_UP -> {}
        }
        return true
    }

    private fun gameOver() {
        AlertDialog.Builder(context)
            .setTitle("继续游戏")
            .setMessage("请点击确认继续游戏")
            .setPositiveButton("确认") { _, _ -> reload() }
            .setNegativeButton("取消", null)
            .create()
            .show()
    }

    // kotlin自动编译为Java静态类，控件引用使用弱引用
    class GameController(view: BombBallGameView): Handler(Looper.getMainLooper()){
        // 控件引用
        private val mRef: WeakReference<BombBallGameView> = WeakReference(view)
        // 游戏结束标志
        internal var isGameOver = false

        override fun handleMessage(msg: Message) {
            mRef.get()?.let { gameView ->
                // 移动球
                val radian = Math.toRadians(gameView.mBall.degree.toDouble())
                val deltaX = (TARGET_MOVE_DISTANCE * cos(radian)).toInt()
                val deltaY = (TARGET_MOVE_DISTANCE * sin(radian)).toInt()
                gameView.mBall.posX += deltaX
                gameView.mBall.posY += deltaY
                // 检查反弹碰撞
                checkRebound(gameView)

                // 球和目标的碰撞
                val iterator = gameView.mTargetList.iterator()
                while (iterator.hasNext()) {
                    val target = iterator.next()
                    if (checkCollision(gameView.mBall, target,
                            gameView.mBallMask!!, gameView.mTargetMask!!)) {
                        // 与目标碰撞，移除该目标并修改球的方向
                        iterator.remove()
                        collide(gameView.mBall, target)
                        break
                    }
                }

                // 循环发送消息，刷新页面
                gameView.invalidate()
                if (!isGameOver) {
                    gameView.mGameController.sendEmptyMessageDelayed(0, GAME_FLUSH_TIME)
                }else {
                    gameView.gameOver()
                }
            }
        }

        // 检测碰撞
        private fun checkCollision(s1: Sprite, s2: Sprite, mask1: Bitmap, mask2: Bitmap): Boolean {
            // 选较长边的一半作为碰撞半径
            val len1 = if(mask1.width > mask1.height) mask1.width / 2f else mask1.height / 2f
            val len2 = if(mask2.width > mask2.height) mask2.width / 2f else mask2.height / 2f
            return getDistance(s1.posX, s1.posY, s2.posX, s2.posY) <= (len1 + len2)
        }

        // 击中目标时获取反弹角度,角度以两球圆心连线对称并加180度
        private fun collide(ball: Sprite, target: Sprite) {
            // 圆心连线角度，注意向量方向，球的方向向上，连线以球为起点
            val lineDegree = getDegree(ball.posX.toFloat(), ball.posY.toFloat(),
                target.posX.toFloat(), target.posY.toFloat())
            val deltaDegree = abs(lineDegree - ball.degree)
            ball.degree += if(lineDegree > ball.degree) {
                2 * deltaDegree.toFloat() + 180
            }else {
                -2 * deltaDegree.toFloat() + 180
            }
        }

        // 击中边缘或者板时反弹角度,反射角度和法线对称，方向相反
        private fun checkRebound(gameView: BombBallGameView) {
            val ball = gameView.mBall
            val board = gameView.mBoard
            // 左边边缘，法线取同向的180度
            if (ball.posX <= 0) {
                val deltaDegree = abs(180 - ball.degree)
                ball.degree += if (ball.degree < 180)  {
                    2 * deltaDegree - 180
                }else {
                    -2 * deltaDegree - 180
                }
            // 右边边缘
            }else if (ball.posX >= gameView.width) {
                val deltaDegree: Float
                ball.degree += if (ball.degree < 180)  {
                    deltaDegree = ball.degree - 0
                    -2 * deltaDegree + 180
                }else {
                    deltaDegree = 360 - ball.degree
                    2 * deltaDegree - 180
                }
            // 上边边缘
            }else if(ball.posY <= 0) {
                val deltaDegree = abs(90 - ball.degree)
                ball.degree += if (ball.degree < 90)  {
                    2 * deltaDegree + 180
                }else {
                    -2 * deltaDegree + 180
                }
            // 和板碰撞，因为移动距离的关系y不能完全相等
            }else if (ball.posY + gameView.mBallMask!!.height / 2 >= board.posY) {
                // 板内
                if (abs(ball.posX - board.posX) <= gameView.mLength / 2){
                    val deltaDegree = abs(270 - ball.degree)
                    ball.degree += if (ball.degree < 270)  {
                        2 * deltaDegree - 180
                    }else {
                        -2 * deltaDegree - 180
                    }
                }else {
                    isGameOver = true
                }
            }
        }
    }

    // 圆心坐标，角度方向（degree，对应弧度radian）
    data class Sprite(var posX: Int, var posY: Int, var degree: Float)

    /**
     * 供外部回收资源
     */
    fun recycle()  {
        mBallMask?.recycle()
        mTargetMask?.recycle()
        mGameController.removeMessages(0)
    }
}

对应style配置，这里rowNunb不能用了，和上个贪吃蛇游戏冲突了，不能用一样的名称。游戏数据的数组我也写在这里了，实际应该分开写的，但是小游戏而已，就这样吧！

res -> values -> bomb_ball_game_view_style.xml

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<resources>
    <declare-styleable name="BombBallGameView">
        <attr name="length" format="integer"/>
        <attr name="row" format="integer"/>
        <attr name="col" format="integer"/>
        <attr name="ballMask" format="reference"/>
        <attr name="targetMask" format="reference"/>
        <attr name="targetConfig" format="reference"/>
    </declare-styleable>
    <string-array name="BombBallGameConfig">
        <item>(0,5)</item>
        <item>(0,6)</item>
        <item>(0,7)</item>
        <item>(0,8)</item>
        <item>(0,9)</item>

        <item>(0,10)</item>
        <item>(0,11)</item>
        <item>(0,12)</item>
        <item>(0,13)</item>
        <item>(0,14)</item>

        <item>(1,3)</item>
        <item>(1,5)</item>
        <item>(1,7)</item>
        <item>(1,9)</item>
        <item>(1,11)</item>
        <item>(1,13)</item>
        <item>(1,15)</item>
    </string-array>
</resources>

掩图也还是从Android Studio里面的vector image来的，我觉得还阔以。

res -> drawable -> ic_circle.xml

<vector android:height="24dp" android:tint="#6F6A6A"
    android:viewportHeight="24" android:viewportWidth="24"
    android:width="24dp" xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android">
    <path android:fillColor="@android:color/white" android:pathData="M12,2C6.48,2 2,6.48 2,12s4.48,10 10,10 10,-4.48 10,-10S17.52,2 12,2zM17,13h-4v4h-2v-4L7,13v-2h4L11,7h2v4h4v2z"/>
</vector>

res -> drawable -> ic_target.xml

<vector android:height="24dp" android:tint="#6F6A6A"
    android:viewportHeight="24" android:viewportWidth="24"
    android:width="24dp" xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android">
    <path android:fillColor="@android:color/white" android:pathData="M12,2C6.48,2 2,6.48 2,12s4.48,10 10,10 10,-4.48 10,-10S17.52,2 12,2zM17,13h-4v4h-2v-4L7,13v-2h4L11,7h2v4h4v2z"/>
</vector>

layout也说一下，前面都没写layout，这里用到了字符串数组，说下吧

    <com.silencefly96.module_views.game.BombBallGameView
        android:id="@+id/gamaView"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="match_parent"
        android:background="@color/black"
        app:ballMask="@drawable/ic_circle"
        app:targetMask="@drawable/ic_target"
        app:targetConfig="@array/BombBallGameConfig"
        />

主要问题

下面简单讲讲吧，主要结构和前面游戏没什么变化，就是游戏逻辑变得复杂了很多。

资源加载

和前面一样，资源加载就是从styleable配置里面读取设置，这里需要额外说明的就是目标的配置文件了。

这里顶部目标是通过外部的配置文件来设置的，接受的是一个字符串数组的资源id，我这保存在下面：

res -> values -> bomb_ball_game_view_style.xml -> BombBallGameConfig

结构是一个坐标，需要注意的是要配合row和col使用（行数和列数），第一个数字表示第几行，第二个数字表示第几列。

<item>(0,5)</item>

读取的时候是把行标和列标读到了Sprite的posX和posY里面，这里是错误的，当时在init读取的时候无法获得控件的宽高，所以暂时先存放下，在onMeasuer -> onSizeChanged得到宽高之后，在load中对数据进行处理，mTargetList（游戏操作的列表）和mTargetConfigList（原始数据列表）都保存的是读取到的配置对象，即使mTargetList清空了，配置对象不变，依然保存在mTargetConfigList，这里要分清，不然reload的时候再处理就大错特错了。

板的移动

这里叫板，实际是通过paint画出来的线，只是设置的strokeWidth比较粗而已。移动的时候在onTouchEvent的ACTION_MOVE事件中更新板的坐标，在onDraw会以它的坐标和长度绘制成“板”。

球对四周的反弹

球的数据保存在Sprite对象里面，里面保存了三个变量，坐标以及方向。球在四个边的反弹（板实际就是下边），类似光的反射，找到反射面以及反射的法线，再以法线对称就得到反射路线了。实际操作上，先获取入射方向与法线夹角的绝对值，对称到法线另一边，再旋转180度掉头，就能得到出射方向了。

当然计算的时候要根据实际情况计算，尤其是0度和360度作为法线时。

球和目标的碰撞时的反射

球和目标的碰撞就不说了，很简单，计算下两个中心的距离就行了。这里说下碰撞后的反射问题，和上面在四周的反射类似，这里也是要通过反射面和法线来决定，实际上法线就是两个圆心的连线，而且小球和目标碰撞时，方向只会向上，所以取小球中心为起点，目标中心为中点，得到法线向量，再去计算角度就很简单了。

球的初始随机方向问题

球的初始随机方向我是想让它向上的，那应该生成哪个范围的角度呢？我们上学的时候X轴向右，Y轴向上，上半部分角度时[0, 180]，那这时候U轴向下了，角度范围呢？答案很简单了，就是[180, 360]，上面碰撞的代码实际是我以默认上半区为[0, 180]的时候写的，实际也无需修改，因为只是坐标轴对称了，逻辑并没对称。