游戏设计入门——游戏程序框架设计

游戏开发这个世界太广阔了，这篇文章中，我只在程序实现的抽象逻辑上，开一个口子进行一些肤浅的阐述。

当我去设计一个游戏，一个玩法，包含规则，游戏对象等等一系列的游戏系统，用纸可以写下来，用嘴可以说出来，但是当我想要用程序去实现这一堆东西的时候，就有些无从下手。

比如我们大家都会下五子棋，它有一个明确的规则“一人一字交替放置棋子，率先5颗连成一线获胜”，在现实世界中，我们不用考虑五子棋的硬件配置，拿一张白纸，画上横纵格子，两人分别执笔就可以完成一场五子棋的游戏，或者是使用正规的五子棋盘和棋子。无论用什么玩，要实现“玩”是很简单的。

但是在做一个五子棋视频游戏的时候，那就需要把“棋子”“棋盘”这些东西用软件去实现，

进一步，作为抽象概念的“游戏规则”“胜负判断”也需要软件去实现，这就需要更多的“用计算机思维去思考”。

于是我花了一些时间，凭借有限的本科计算机基础以及一些自我东拼西凑的自学，总结了一下游戏框架的一个通用设计方案。

一.随便开个头

首先阐述一下大的抽象概念，这里也不用被“抽象”二字吓到了，什么是抽象，就是归纳总结出来的结论之类的东西，就像把自行车，飞机，汽车都抽象为“交通工具”一样，这里归纳总结一下这些玩意的共性，于是“交通工具”这一个抽象概念就诞生了。

视频游戏程序框架，我认为她（she）就是一个循环（Loop）过程性，“开始游戏——杀敌/解密/闯关/…——游戏胜利/游戏失败——开始游戏”，对吧，关键字，循环（Loop）的，过程的。

进一步对此概念进行细化，衍生出GameState（游戏状态）和GameController（游戏/规则控制器），至于为什么会有这两个概念？我是参考了UE4提供的GameState类和GameMode类，同时也参考了前辈们用Flash写的游戏逻辑，至此我总结为GS和GC两大块，至于更高级的学术阐述，受限于我学识水平目前还做不到。

二.GameState

GameState就是对游戏状态的描述，最基本的两个，GamePlay（开始游戏）GameOver(游戏结束)，这里GameOver不能理解成玩家平时看见的GameOver，玩家平时看见的GameOver大多表示游戏失败，而在这里，这个概念只是表示游戏结束，因为无论你游戏胜利还是游戏失败，游戏都结束了（GameOver）。

在此之上，可以进行扩展，例如现在游戏都会有主菜单，也有暂停，或者有多人模式，游戏设置等等，于是我们可以在GameState中添加MainMenu，GamePause，MultiPlay，GameOption等等。

使用GameState进行游戏状态的管理有什么用？最重要的就是给你一个清晰的编程实现游戏的思路，或者说给你一个入手点，至于方便管理游戏进程，方便后续游戏程序功能性扩展，降低游戏程序各系统耦合性等等，实在太多了。

至于GameState如何使用？这东西就是用来切换的，作为标识游戏目前状态的一个Flag。

之前在阅读《游戏人工智能编程案例精粹》这本书中，其中详解了FSM（有限状态机）在游戏AI的应用和扩展，以此联想，对于GameState的处理使用FSM岂不是再合适不过了。《lua游戏开发实践指南》中提到“对于Singleton，无论什么情况下，只要它们提供方便就使用它们”，虽然这句话说的太满，不太符合中国人的思维，也不符合辩证法（笑），但也某种程度上表明Singleton的实用性和广泛性。所以更进一步，使用Singleton（单例模式）的FSM处理GameState，以我来看是极好的。

当然，以上是抽象概念的阐述，最终用到游戏程序设计上，还得按照一些编程语言的语法和特性来实现，这里，我也给出了一份Unity的C#的原型代码，可以当作伪代码吧。

Unity的C#的原型代码：

publicclassS_GameState : MonoBehaviour {

publicenumGameState

{

GamePlay,

GamePause,

GameOver,

GameReady,

GameInit

}

publicstaticS_GameState Instance;

privateGameState m_GameState;

void Awake()

{

Instance = this;

}

publicGameState GetGameState()

{

returnm_GameState;

}

publicvoid ToGamePlay()

{

m_GameState = GameState.GamePlay;

}

publicvoid ToGamePause()

{

m_GameState = GameState.GamePause;

}

publicvoid ToGameOver()

{

m_GameState = GameState.GameOver;

}

publicvoid ToGameInit()

{

m_GameState = GameState.GameInit;

}

补记：

至于FSM和Singleton，请教谷歌老师是一个很好方法，不过，这里我稍微阐述一些FSM的应用，FSM早些年用于游戏AI的构建，毕竟游戏AI不同于科研领域的AI，游戏AI不是为了让玩家无法战胜而设立的，基本上游戏AI就是一套规律的集合，比如《黑暗之魂3》的第一个BOSS——古达，其中一个规律就是半血之后会变身，变身时候有动画，不会攻击，玩家可以很安逸的砍空一条体力，然后全身而退，这个规律，打几百遍古达都不会变。

回到原来话题，FSM广泛应用于游戏AI的地位现在基本被行为树取代了，然后FSM现在就专职做起了角色动画的管理，比如第三人称玩家角色的各种动画切换，UE4和Unity都使用FSM进行动画状态切换的管理。

三.GameController

说完了GameState，就该说一下GameController了

GameController就是用来管理游戏规则的了，比如开始游戏了，要生成玩家角色，生成敌人，生成地图等等；玩家按了ESC，要暂停游戏了；玩家通关了，妙极，GameOver；

所以GameController比起GameState要更加具体，基本上GameController就是要处理GameState切换之后一系列工作，依旧是五子棋，比如GameState从MainMenu切换到了GamePlay，那么GameController就要加载一个载入画面，载入结束后，消掉载入画面，同时显示一个棋盘等待。当然，OnLoading也可以作为一个GameState，至于要不要这个OnLoading的GameState，就归到弹性选项里面好了（笑）。

这里就需要一个游戏状态的检测，如果游戏某一时刻切换了状态，那么作为GameController就得做点事情了，所以要快！准！狠！

于是在一个独立线程里面整个一while（true）来不断循环判断是否游戏状态进行了切换

当然GameController也可以使用一个Singleton来实现，我认为是不错的，不仅可以异步执行，而且很快，充分满足快准狠的需要，而且分离了游戏的渲染线程和逻辑线程，并行优化/劣化好像很不错（笑）——对于一般的小型游戏，多线程可能会杀鸡用牛刀，反而劣化的游戏性能。

不过现在游戏引擎都体统了一个每帧调用的函数，所以将游戏状态检测放在里面也是很好的，以下，提供一个Unity的C#代码，以供参考。

Unity的C#的原型代码：

void Awake()

{

Instance = this;

}

void Start()

{

m_StartWait = newWaitForSeconds(m_StartDelay);

m_EndWait = newWaitForSeconds(m_EndDelay);

StartCoroutine(GameStateOperator());

}

IEnumeratorGameStateOperator()

{

while(true)

{

switch(S_GameState.Instance.GetGameState())

{

caseS_GameState.GameState.GameInit:

GameInit();

break;

caseS_GameState.GameState.GameReady:

GameReady();

break;

caseS_GameState.GameState.GamePlay:

GamePlay();

break;

caseS_GameState.GameState.GamePause:

GamePause();

break;

caseS_GameState.GameState.GameOver:

GameOver();

break;

}

yieldreturnnull;

}

补记：

这里使用了Unity的伪线程——协程，方便使用多线程进行参考，同时也为了让代码结构清晰一些。

四.状态切换

GameState提供了游戏状态来切换，GameController提供了状态切换后的工作处理，那么问题来了，什么玩意儿来切换GameState呢？

自然是游戏对象了，GameObejct，玩家角色，Npc，某个子弹，某些触发器，键盘操作等等。回到上面看看GameState的切换函数使用了public，也是这个原因，反正都是static了，稍微裸一点，我觉得颇为不错（笑）。

回到原来话题，比如玩家角色也许有一个HP的属性，当HP==0时，GameOver，调用一下GameState的状态切换函数，将状态切换称GameOver，这时，GameController检测到了GameState切换了，开始做出响应，很完美。

当然GameController也可以用一用状态切换，比如一些类似关卡倒计时计算需要写在GameController里面，当倒计时为0是，游戏结束，这时候就需要GameController调用切换函数了。同样的，对于玩家角色的HP检测放到GameController里面也未尝不可，不过这显然不符合OOP的设计原则，这么明显的增加耦合性，软件工程老师要气死。但是我就是要气死他（笑）。

补记：

对于游戏对象的分析和设计，我觉得需要综合OOP思想和设计原则，虽然设计主流游戏类型，大多有原型了，比如UE4就很人性化，提供了各种类型游戏原型，这里UML之类工具使用起来也是极好的。当然不能忘了UI的设计，UI是要契合游戏程序的，有效利用GameState是很好的入口点。下一篇我应该会说说UI设计的东西。

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