本节书摘来异步社区《Java 2D游戏编程入门》一书中的第8章，第8.1节，作者：【美】Timothy Wright（莱特），更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。
8.1 创建一个多边形包装类
制作一款2D太空飞船游戏时，首先要解决的大问题是，当飞船到达屏幕边缘时，会发生什么事情。一个解决方案是，将飞船保持在屏幕的中央，而移动其周围的环境。没有对加载文件的任何支持，也没有关卡编辑器的话，要做到这点似乎有点难。另一个选择是，当飞船到达屏幕边界的时候，将其弹回。这样做似乎显得很奇怪。第三种选择是，让飞船从一端到另一端折返。让我们采用第三种方法。
还有很多方法可以解决这一问题。一种方法是，让飞船完全离开屏幕，然后让其在另一端返回，如图8.1所示。
尝试这一想法似乎很简单。我们使用围绕飞船的一个边界框来测试飞船何时离开了屏幕，并且将其移动到另外一端。这种方法有两个问题：一个问题是，可能会使得飞船在飞行中变成只有很小的一块可见，从而很难碰到它；第二个问题是，飞船会持续地处在屏幕之外。这并不经常发生，但是，当多边形的大部分都在屏幕之外的时候，可能很难撞击到该物体。由于存在这些问题，因此与一直等待直到整个物体离开屏幕相比，折返物体似乎是更好的选择。
折返物体以使得离开屏幕一端的任何部分从屏幕的另一端返回，也需要担心风险。当你将一个物体从一端折返到另一端的时候，同一物体可能会有4个副本，如图8.2所示。
这使得不仅需要绘制4个副本，而且所有4个副本都需要进行碰撞检查。如果只对第一个物体进行碰撞检查，位于其对角的两个物体可能就不会记录碰撞，即便它们的绘制物体有重叠，如图8.3所示。
创建一个渲染列表，其中包含了每个物体的副本，这可以解决该问题。物体可以绘制，并且整个列表可用来检查碰撞。物体折返的时候不会遇到问题，因为一旦物体的中心到了游戏世界的边界之外，就会通过游戏世界的宽度和高度来调整其位置以将其折返。应该总是将折返位置放置在边界之中，这样做物体就不会跑到屏幕之外，如图8.4所示。
if( p < min )
p += w;
if( p > max )
p −= w;```
一旦物体的位置折返了，通过计算最小和最大(x,y)值来得到物体的 AABB，如图8.5所示。
<div style="text-align: center"><img src="https://yqfile.alicdn.com/413b80946f83687296413d8461e78fb715e0c9c6.png" width="" height="">
</div>
边界框判断物体是否在屏幕的边界之外，以及是否需要将其折返到另一端。
位于javagames.prototype包中的Polygon Wrapper类，包含了折返多边形及位置的方法。构造方法接受世界坐标表示的屏幕的宽度和高度，并且计算最小和最大向量值。hasLeftWorld()方法根据最小和最大世界坐标来检查给定的位置。如果给定的位置在世界的边界之外，wrapPosition()方法返回一个折返位置。通过世界的宽度和高度来调整该折返位置，以便新的位置不会在世界的边界之外。要折返的多边形的边界，通过如下方式计算：// PolygonWrapper.java
private Vector2f getMin( Vector2f[] poly ) {
Vector2f min = new Vector2f( Float.MAX_VALUE, Float.MAX_VALUE );
for( Vector2f v : poly ) {
min.x = Math.min( v.x, min.x );
min.y = Math.min( v.y, min.y );
}
return min;
}
private Vector2f getMax( Vector2f[] poly ) {
Vector2f max = new Vector2f( -Float.MAX_VALUE, -Float.MAX_VALUE );
for( Vector2f v : poly ) {
max.x = Math.max( v.x, max.x );
max.y = Math.max( v.y, max.y );
}
return max;
}`
wrapPolygon()方法计算最小和最大值，并且使用这些值来判断物体是否需要向北、南、东或西折返。如果物体向两个主要方向折返，例如，向南和向东，那么，它也需要向北和向西折返。四个主要方向的每一个都要进行测试。使用变换方法，复制每个折返多边形，并且将其添加到渲染列表：
// PolygonWrapper.java
private Vector2f[] transform( Vector2f[] poly, Matrix3x3f mat ) {
Vector2f[] copy = new Vector2f[ poly.length ];
for( int i = 0; i < poly.length; ++i ) {
copy[i] = mat.mul( poly[i] );
}
return copy;
}```
通过加上或减去世界的宽度和高度，在8个方向上折返多边形，如图8.6所示。
<div style="text-align: center"><img src="https://yqfile.alicdn.com/66b94eb9fb79fc2c0e599a61c0acd5e87016b0c7.png" width="" height="">
</div>
PolygonWrapper代码如下所示：package javagames.prototype;
import java.util.List;
import javagames.util.Matrix3x3f;
import javagames.util.Vector2f;
public class PolygonWrapper {
private float worldWidth;
private float worldHeight;
private Vector2f worldMin;
private Vector2f worldMax;
public PolygonWrapper( float worldWidth, float worldHeight ) {
this.worldWidth = worldWidth;
this.worldHeight = worldHeight;
worldMax = new Vector2f( worldWidth / 2.0f, worldHeight / 2.0f );
worldMin = worldMax.inv();
}
public boolean hasLeftWorld( Vector2f position ) {
return position.x < worldMin.x || position.x > worldMax.x ||
position.y < worldMin.y || position.y > worldMax.y;
}
public Vector2f wrapPosition( Vector2f position ) {
Vector2f wrapped = new Vector2f( position );
if( position.x < worldMin.x ) {
wrapped.x = position.x + worldWidth;
} else if( position.x > worldMax.x ) {
wrapped.x = position.x - worldWidth;
}
if( position.y < worldMin.y ) {
wrapped.y = position.y + worldHeight;
} else if( position.y > worldMax.y ) {
wrapped.y = position.y - worldHeight;
}
return wrapped;
}
public void wrapPolygon( Vector2f[] poly, List renderList ) {
Vector2f min = getMin( poly );
Vector2f max = getMax( poly );
boolean north = max.y > worldMax.y;
boolean south = min.y < worldMin.y;
boolean west = min.x < worldMin.x;
boolean east = max.x > worldMax.x;
if( west ) renderList.add( wrapEast( poly ) );
if( east ) renderList.add( wrapWest( poly ) );
if( north ) renderList.add( wrapSouth( poly ) );
if( south ) renderList.add( wrapNorth( poly ) );
if( north && west ) renderList.add( wrapSouthEast( poly ) );
if( north && east ) renderList.add( wrapSouthWest( poly ) );
if( south && west ) renderList.add( wrapNorthEast( poly ) );
if( south && east ) renderList.add( wrapNorthWest( poly ) );
}
private Vector2f getMin( Vector2f[] poly ) {
Vector2f min = new Vector2f( Float.MAX_VALUE, Float.MAX_VALUE );
for( Vector2f v : poly ) {
min.x = Math.min( v.x, min.x );
min.y = Math.min( v.y, min.y );
}
return min;
}
private Vector2f getMax( Vector2f[] poly ) {
Vector2f max = new Vector2f( -Float.MAX_VALUE, -Float.MAX_VALUE );
for( Vector2f v : poly ) {
max.x = Math.max( v.x, max.x );
max.y = Math.max( v.y, max.y );
}
return max;
}
private Vector2f[] wrapNorth( Vector2f[] poly ) {
return transform( poly, Matrix3x3f.translate( 0.0f, worldHeight ) );
}
private Vector2f[] wrapSouth( Vector2f[] poly ) {
return transform( poly, Matrix3x3f.translate( 0.0f, -worldHeight ) );
}
private Vector2f[] wrapEast( Vector2f[] poly ) {
return transform( poly, Matrix3x3f.translate( worldWidth, 0.0f ) );
}
private Vector2f[] wrapWest( Vector2f[] poly ) {
return transform( poly, Matrix3x3f.translate( -worldWidth, 0.0f ) );
}
private Vector2f[] wrapNorthWest( Vector2f[] poly ) {
return transform(
poly, Matrix3x3f.translate( -worldWidth, worldHeight )
);
}
private Vector2f[] wrapNorthEast( Vector2f[] poly ) {
return transform(
poly, Matrix3x3f.translate( worldWidth, worldHeight )
);
}
private Vector2f[] wrapSouthEast( Vector2f[] poly ) {
return transform(
poly, Matrix3x3f.translate( worldWidth, -worldHeight )
);
}
private Vector2f[] wrapSouthWest( Vector2f[] poly ) {
return transform(
poly, Matrix3x3f.translate( -worldWidth, -worldHeight )
);
}
private Vector2f[] transform( Vector2f[] poly, Matrix3x3f mat ) {
Vector2f[] copy = new Vector2f[ poly.length ];
for( int i = 0; i < poly.length; ++i ) {
copy[i] = mat.mul( poly[i] );
}
return copy;
}
}`
位于javagames.prototype包中的ScreenWrapExample，如图8.7所示，使用PolygonWrapper类来折返一个屏幕上来回移动的方块。pos向量保存了方块的位置。poly数组保存了方块多边形。renderList保存了要折返的方块的副本，以及最初的变换多边形。折返变量是前面所介绍的PolygonWrapper。
initialize()方法创建了所有的物体并且将鼠标设置为相对移动，从而不需要鼠标离开屏幕物体就可以在屏幕上折返。如果使用绝对位置的话，processInput()方法使用鼠标位置来移动方块；如果使用相对移动的话，它通过将当前位置和相对移动相加来移动方块。该方法还使用空格键来切换相对鼠标移动。
transform()方法创建了对象的一个副本，并且通过给定的矩形来变换它。updateObjects()方法清理了渲染列表，将方块折返并变换，然后使用PolygonWrapper将物体的任何副本添加到渲染列表中。render()方法将渲染列表中的所有物体绘制到屏幕上。
package javagames.prototype;
import java.awt.*;
import java.awt.event.KeyEvent;
import java.util.ArrayList;
import javagames.util.*;
public class ScreenWrapExample extends SimpleFramework {
private Vector2f pos;
private Vector2f[] poly;
private ArrayList<Vector2f[]> renderList;
private PolygonWrapper wrapper;
public ScreenWrapExample() {
appBorderScale = 0.9f;
appWidth = 640;
appHeight = 640;
appMaintainRatio = true;
appTitle = "Screen Wrap Example";
appBackground = Color.WHITE;
appFPSColor = Color.BLACK;
}
@Override
protected void initialize() {
super.initialize();
mouse.setRelative( true );
renderList = new ArrayList<Vector2f[]>();
wrapper = new PolygonWrapper( appWorldWidth, appWorldHeight );
poly = new Vector2f[] {
new Vector2f( -0.125f, 0.125f ),
new Vector2f( 0.125f, 0.125f ),
new Vector2f( 0.125f, -0.125f ),
new Vector2f( -0.125f, -0.125f ),
};
pos = new Vector2f();
}
@Override
protected void processInput( float delta ) {
super.processInput( delta );
if( mouse.isRelative() ) {
Vector2f v = getRelativeWorldMousePosition();
pos = pos.add( v );
} else {
pos = getWorldMousePosition();
}
if( keyboard.keyDownOnce( KeyEvent.VK_SPACE ) ) {
mouse.setRelative( !mouse.isRelative() );
if( mouse.isRelative() ) {
pos = new Vector2f();
}
}
}
@Override
protected void updateObjects( float delta ) {
super.updateObjects( delta );
renderList.clear();
pos = wrapper.wrapPosition( pos );
Vector2f[] world = transform( poly, Matrix3x3f.translate( pos ) );
renderList.add( world );
wrapper.wrapPolygon( world, renderList );
}
private Vector2f[] transform( Vector2f[] poly, Matrix3x3f mat ) {
Vector2f[] copy = new Vector2f[ poly.length ];
for( int i = 0; i < poly.length; ++i ) {
copy[i] = mat.mul( poly[i] );
}
return copy;
}
@Override
protected void render( Graphics g ) {
super.render( g );
g.drawString( "Press Space to Toggle mouse", 20, 35 );
Matrix3x3f view = getViewportTransform();
for( Vector2f[] toRender : renderList ) {
for( int i = 0; i < toRender.length; ++i ) {
toRender[i] = view.mul( toRender[i] );
}
Utility.drawPolygon( g, toRender );
}
}
public static void main( String[] args ) {
launchApp( new ScreenWrapExample() );
}
