2021SC@SDUSC

一.概述

本文将介绍ebiten在RunGame函数中逐帧执行的Update()方法，Draw()方法和Layout()方法。

首先分析确定这三个方法所具有的功能是什么：

Update()——更新游戏逻辑，几乎每一帧都要调用，Ebiten默认每秒调用Update方法60次，且第一次调用Draw方法之前确保必须先调用一次Update方法初始化。

Draw()——绘制游戏画面，每帧都会调用游戏的Draw函数来绘制屏幕，参数表示一个屏幕图像。采用更新后的内容作为游戏屏幕。

Layout()——接受以设备无关像素为单位的原生外部大小，并返回游戏的逻辑屏幕大小，在台式机上，外部是窗口或显示器(全屏模式)。在浏览器上，外部是一个实体元素；在手机上，外部是视野的大小。即使外部大小和屏幕大小不同，渲染比例也会自动调整为与外部相配。确保在第一次调用Update之前先调用Layout。

下面将逐一分析其实现原理。

二.代码分析

上述三个方法接口定义如下：

type Game interface {Update() errorDraw(screen *Image)Layout(outsideWidth, outsideHeight int) (screenWidth, screenHeight int)
}

1.Update()

更新游戏逻辑，该方法通常是在游戏的开发过程中自行实现上述game类的接口，每个游戏Update()中的内容都不相同，以游戏2048为例，Update()方法如下：

//Update更新当前游戏状态
func (g *Game) Update() error {g.input.Update()if err := g.board.Update(g.input); err != nil {return err}return nil
}

其中此时的Game类和g.input.Update()，g.board.Update()都是开发者自己定义的方法，用于更新该游戏的逻辑，此处就不过多赘述了。

2.Draw()

还是以2048游戏为例，此时定义的Draw()如下：

func (g *Game) Draw(screen *ebiten.Image) {if g.boardImage == nil {w, h := g.board.Size()g.boardImage = ebiten.NewImage(w, h)}screen.Fill(backgroundColor)g.board.Draw(g.boardImage)op := &ebiten.DrawImageOptions{}sw, sh := screen.Size()bw, bh := g.boardImage.Size()x := (sw - bw) / 2y := (sh - bh) / 2op.GeoM.Translate(float64(x), float64(y))screen.DrawImage(g.boardImage, op)
}

功能是将当前游戏以图像的形式绘制到指定屏幕上。
其中多次调用了ebiten的方法，下面依次分析。

实现判断当前屏幕释放存在可以绘制的背景图像，如果没有，那么调用ebiten的新建图像方法：

//newimage返回空图像。
//。
//如果宽度或高度小于1或大于设备相关的最大尺寸，newimage会死机。
//。
//如果RunGame已经结束，newimage会死机。
func NewImage(width, height int) *Image {if isRunGameEnded() {panic(fmt.Sprintf("ebiten: NewImage cannot be called after RunGame finishes"))}if width <= 0 {panic(fmt.Sprintf("ebiten: width at NewImage must be positive but %d", width))}if height <= 0 {panic(fmt.Sprintf("ebiten: height at NewImage must be positive but %d", height))}i := &Image{mipmap: mipmap.New(width, height),bounds: image.Rect(0, 0, width, height),}i.addr = ireturn i
}

返回一个初始化的空Image类型的对象。位于根目录下的image.go文件内，Image类即图像类的定义如下：

//Image表示一组矩形像素。
//像素格式为Alpha预乘RGBA。
//Image实现image.Image和dra.Image。
type Image struct {//addr保持自我检查复制。//类似的示例请参见string.Builder。addr *Imagemipmap *mipmap.Mipmap //Mipmap(有时候拼写成mipmap)是一种电脑图形图像技术，用于在三维图像的二维代替物中达到立体感效应。bounds   image.Rectangle //边界original *Imagescreen   bool
}

接下来调用Fill方法给这个空图像填充背景颜色。位于根目录下的image.go文件内
Fill方法的实现细节如下：

//Fill用纯色填充图像。
//。
//释放图像时，Fill不执行任何操作
func (i *Image) Fill(clr color.Color) {//使用原来的大小覆盖整个地域(#1691)。//DrawImage自动裁剪渲染区域。orig := iif i.isSubImage() {orig = i.original}w, h := orig.Size()op := &DrawImageOptions{}op.GeoM.Scale(float64(w), float64(h))r, g, b, a := clr.RGBA()var rf, gf, bf, af float64if a > 0 {rf = float64(r) / float64(a)gf = float64(g) / float64(a)bf = float64(b) / float64(a)af = float64(a) / 0xffff}op.ColorM.Scale(rf, gf, bf, af)op.CompositeMode = CompositeModeCopyi.DrawImage(emptySubImage, op)
}

先判断i图像是不是子图像，如果是，那么就获取它的源图像，并获取宽高，再设置绘制图像时的选项，即DrawImageOptions。下一步中的GeoM是图像的几何变换选项，该方法的目的是将图像的矩阵按照上面给出的宽高进行缩放，下面的颜色同理，然后再设置图像绘制的合成模式为复制。最后调用DrawImage方法完成绘制。

其中DrawImageOptions的定义如下：

//DrawImageOptions表示DrawImage的选项。
type DrawImageOptions struct {//Geom是要绘制的几何矩阵。//默认(零)值为Identity，即在(0，0)处绘制图像GeoM GeoM//ColorM是要绘制的颜色矩阵。//默认(零)值为Identity，不会改变任何颜色。ColorM ColorM//CompositeMode是绘制的合成模式。//默认值(零)为规则的Alpha混合CompositeMode CompositeMode//滤镜是纹理滤镜的一种。//默认(零)值为FilterNeadest。Filter Filter
}

两个缩放方法的实现即进行相关的矩阵计算，实现如下，分别位于根目录下的geom.go文件内和colorm.go文件内。

//Scale按(x，y)缩放矩阵。
func (g *GeoM) Scale(x, y float64) {a := (g.a_1 + 1) * xb := g.b * xtx := g.tx * xc := g.c * yd := (g.d_1 + 1) * yty := g.ty * yg.a_1 = a - 1g.b = bg.c = cg.d_1 = d - 1g.tx = txg.ty = ty
}

//Scale按(r，g，b，a)缩放矩阵
func (c *ColorM) Scale(r, g, b, a float64) {c.impl = c.affineColorM().Scale(float32(r), float32(g), float32(b), float32(a))
}

最后是DrawImage方法，传入两个参数分别是图像和图像绘制选项，实现细节如下：

func (i *Image) DrawImage(img *Image, options *DrawImageOptions) {i.copyCheck()if img.isDisposed() {panic("ebiten: the given image to DrawImage must not be disposed")}if i.isDisposed() {return}dstBounds := i.Bounds()dstRegion := driver.Region{X:      float32(dstBounds.Min.X),Y:      float32(dstBounds.Min.Y),Width:  float32(dstBounds.Dx()),Height: float32(dstBounds.Dy()),}//锁定前计算折点，因为用户可以在。//options.ImageParts接口没有死锁(例如调用Image函数)。if options == nil {options = &DrawImageOptions{}}bounds := img.Bounds()mode := driver.CompositeMode(options.CompositeMode)filter := driver.Filter(options.Filter)a, b, c, d, tx, ty := options.GeoM.elements32()sx0 := float32(bounds.Min.X)sy0 := float32(bounds.Min.Y)sx1 := float32(bounds.Max.X)sy1 := float32(bounds.Max.Y)vs := graphics.QuadVertices(sx0, sy0, sx1, sy1, a, b, c, d, tx, ty, 1, 1, 1, 1)is := graphics.QuadIndices()srcs := [graphics.ShaderImageNum]*mipmap.Mipmap{img.mipmap}i.mipmap.DrawTriangles(srcs, vs, is, options.ColorM.affineColorM(), mode, filter, driver.AddressUnsafe, dstRegion, driver.Region{}, [graphics.ShaderImageNum - 1][2]float32{}, nil, nil, false, canSkipMipmap(options.GeoM, filter))
}

首先是i.copyCheck()方法，检查图像i和i.addr是否相同即进行保持自我复制检查。

再检查i和传入的img参数的mipmap是否为空，均不为空后进入下一步。

i.Bounds()返回目的图像的边界即bounds属性。

driver.Region提取出刚刚获得的边界中的边界起点X，Y值以及边界宽高。

然后判断传入的option是否为空，如果为空则重新初始化。

接下来获取传入图像的边界img.Bounds()，图像绘制选项的合成模式，纹理过滤以及几何变换参数a, b, c, d, tx, ty。

获取边界的宽高的最大值和最小值，并根据上述变量得到一个不会和其他分片重叠的四边形分片。

is是一个四元指数，src是着色器图像数量*一个初始化的Mipmap对象。

最后根据mipmap的DrawTriangles方法完成图像的绘制。

该方法就是Draw()方法的 核心部分 ，上述最后三步的实现细节在此暂时不讨论。

3.Layout()

const (ScreenWidth  = 420ScreenHeight = 600boardSize    = 4
)
//Layout实现ebiten.Game的布局
func (g *Game) Layout(outsideWidth, outsideHeight int) (screenWidth, screenHeight int) {return ScreenWidth, ScreenHeight
}

在本例子中，Layout()就是返回事先人为设置好的屏幕宽高，并根据给定的外部尺寸进行调整。

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