提炼游戏引擎系列：初步设计引擎

前言

本文为后续引擎提炼定下了一个大致的方向，没有给出完整的引擎架构。这就够了！让我们在具体开发过程中再来从底向上设计吧！

本文目的

1、进行引擎提炼的前期规划，明确引擎提炼的整体流程和引擎的非功能性需求。
2、从炸弹人领域模型中提炼出精简的领域模型，作为炸弹人的参考模型。
3、从炸弹人参考模型中提炼出抽象的领域模型，作为引擎的初步领域模型。

本文主要内容

• 前期规划
• 回顾炸弹人设计
• 初步设计引擎

前期规划

开发流程

引擎提炼的整个流程如下图所示：

说明

• 回顾炸弹人游戏
介绍炸弹人游戏的基本情况，回顾炸弹人游戏的设计

• 初步设计引擎
给出引擎的初步设计，从炸弹人领域模型中提炼出一个精简的领域模型，作为炸弹人的参考模型，再从中提炼出一个抽象的领域模型，作为引擎的初步领域模型

• 第一次迭代
参考引擎的初步领域模型，从炸弹人参考模型中提炼出对应的通用类和基础的引擎框架，使引擎具备游戏入口、预加载、主循环、层、精灵、动画、事件管理等基本功能，并将炸弹人游戏改造为基于引擎实现，通过测试。
• 第二次迭代
进一步提炼炸弹人类和引擎类，提炼通用模式，消除引擎中的用户逻辑，进行引擎的整体梳理和修改，对应修改炸弹人游戏，通过测试。

本文进行“回顾炸弹人游戏”和“初步设计引擎”这两个步骤。

引擎非功能性需求

1、可测试性
引擎是一个可复用的组件，应该保证正确和可测试。
方案：编写全覆盖引擎的单元测试。
炸弹人游戏有完整的单元测试，可以将其修改为引擎的单元测试。

注：本系列不会讨论测试。
2、可扩展性
本系列提炼的引擎还不完善，后续会加入更多的功能，因此引擎需要具有灵活的架构，满足开闭原则，方便以后的扩展。
引擎应该支持插件化开发，独立功能的模块可以作为通用插件从引擎中独立出去，由用户选择是否引入到引擎中。
方案：基于高内聚低耦合的总体思想，使用面向对象思想，复用炸弹人游戏中可扩展性的模块，从中提炼引擎，保持良好的引擎架构。

3、可读性
引擎应该具备良好的可读性，易于后续开发时理解之前的设计，方便他人理解引擎的实现。
方案：
（1）保持代码整洁
（2）只保留必要的注释
（3）编写必要的文档
（4）通过良好的命名和测试用例来辅助读者理解代码
（5）代码风格应该统一

回顾炸弹人设计

本节会介绍炸弹人游戏的基本情况，让大家有个整体印象。

炸弹人系列博文

炸弹人游戏开发系列

炸弹人源码下载

炸弹人源码下载

炸弹人外部依赖

在炸弹人游戏中，我使用了以下的库：
第三方库
• jQuery
使用它的选择器，进行dom操作。
• progressBar
这是一个jQuery的进度条插件，我用它来显示预加载图片的进度。
• jasmine
这是一个测试框架，使用它可以进行Javascript单元测试。
我的库
• YOOP（命名空间：YYC.Class、YYC.AClass、YYC.Interface）
这是我的Javascript的oop框架。具体可参见发布我的Javascript OOP框架YOOP。
• 图片预加载控件PreLoadImg（命名空间：YYC.Control）
• 工具库YTool（命名空间：YYC.Tool）
我的工具方法库。
• jsExtend
Javascript原生对象扩展，对js的String和Array对象进行了扩展。
• 模式库（命名空间：YYC.Pattern）
包括创建对象模式的命名空间方法namespace和观察者模式的Observer.js

炸弹人的概念层次结构

炸弹人领域模型

炸弹人游戏的领域模型如下图所示：

查看大图

初步设计引擎

本节提出了我在实践过程中总结的引擎设计原则，以及炸弹人的参考模型和引擎的初步领域模型，为后面的引擎提炼打下了基础。

引擎设计原则

1、引擎不应该依赖用户，用户应该依赖引擎

引擎应该保持通用性，不应该包含用户逻辑。

2、尽量减少引擎依赖的外部文件
因为：
（1）增加引擎的不稳定性
依赖的外部文件变化时，引擎也需要对应修改。
（2）外部文件不一定完全适合引擎
外部文件不是基于引擎开发的，可能需要对其进行改造，从而适合引擎的需要。但是由于外部文件不稳定或者对外部文件实现不了解等原因，想要针对引擎的具体情况进行改造比较困难。
（3）加大用户负担
引擎可能只需要使用外部文件的一小部分，但是却需要引入整个外部文件，这会增加引擎的整个文件大小，加大用户负担。

所以：
（1）如果必须要依赖，也尽量依赖自己开发的库，而不要依赖第三库。
（2）第三方库可以作为插件引入到引擎中，由用户自行选择。
（3）可考虑将第三方库改造为引擎的内部库。
a.如果引擎依赖的是自己开发的、没有发布的库，则可以直接引入，作为引擎的内部库
因为自己开发的、独立发布的库需要独立变化，不应该与引擎绑到一起。
b.如果引擎只依赖第三方库的部分内容，则可将依赖的第三方库的最小集提取为引擎的内部库。

3、引擎应该具有很好的可扩展性
这里可扩展性包括两个方面：引擎可扩展性和用户可扩展性。
（1）引擎可扩展性
在前面的非功能性需求中已经说过了，引擎应该具有灵活的架构，方便以后的扩展。
（2）用户可扩展性
用户可扩展性指用户可以插入自己的逻辑到引擎中，实现引擎的变化点。

4、尽量减少用户负担
引擎应该实现底层逻辑，用户只负责实现业务逻辑。
引擎应该尽量封装高层API，提供给用户使用，减少用户的工作量。

代码组织方式

文件组织方式一般有两种：
1、使用js模块加载器（如sea.js）。在沙箱环境中，将需要引用的文件加载进来，然后通过局部变量名来使用。
2、使用命名空间。

因为：
（1）引擎文件数量不是很多，还不需要用模块加载器。
（2）如果使用模块加载器，则引擎必须依赖模块加载器，用户使用引擎时也必须按照模块加载器的方式来引用引擎文件，这样会增加复杂度，加大用户负担。

所以引擎采用命名空间的方式来组织文件，引擎的顶级命名空间为YE。

引擎名

该引擎命名为YEngine2D。

代码结构

炸弹人和引擎代码结构如下图所示：

• Content
  炸弹人游戏的资源文件
  • Image
    图片资源文件
• Scripts
  js文件
  • bomber
    炸弹人js文件
  • myTool
    工具
    • frame
      框架文件
    • pattern
      模式文件
    • tool
      工具文件
  • plugin
    外部插件
  • yEngine2D
    引擎文件
• Views
  页面

思考

1、炸弹人改造为基于引擎实现后，是否需要通过炸弹人的单元测试？
因为：
（1）在提炼引擎的过程中，引擎变动频繁，引擎变动会导致使用引擎的炸弹人变动，对应的炸弹人单元测试也会可能跟着变动。这样就需要经常修改单元测试，工作量太大。
（2）我不会二次开发炸弹人游戏，不需要维护炸弹人的单元测试。
（3）本系列的重点是提炼引擎，应该把精力都集中在引擎上。
综上所述，只对引擎进行单元测试，而不再维护炸弹人的单元测试，改为直接通过浏览器运行炸弹人游戏来进行运行测试。

2、引擎应该是通用的，还是只针对“炸弹人游戏”所属的RPG类型？
因为提炼引擎的目的是为了更快地开发游戏，不仅仅只有RPG类型，也包括其它类型的游戏，所以应该提出一个通用的引擎。
然而本系列并不能提出一个完全通用的引擎，因为我是从炸弹人游戏中提炼引擎的，该引擎只能保证适应炸弹人这种RPG类型的游戏。提炼通用引擎是一个长期任务，目前我只能在提炼引擎时尽可能地消除炸弹人游戏的用户逻辑，提高通用性。在以后的实践中，需要将该引擎尽可能多地应用到不同类型的游戏中，这样才能最终得到一个通用的游戏引擎。

领域模型分析

炸弹人参考模型

对炸弹人的领域模型进行精简，去掉具体的实现类，只保留必要的、能体现整个概念层次结构的和游戏框架的类：

精简后的领域模型即为本系列的炸弹人参考模型。

引擎初步领域模型

对炸弹人参考模型进行抽象，提出抽象角色类（一个角色类可代表多个具体类，如DataOperate类，在炸弹人游戏中代表了MapDataOperate、GetPath等类），作为引擎的初步领域模型。

• Config
  全局配置类，存放游戏中的常量、枚举值、配置信息。

• LoadResource
  加载资源的类，负责加载各种资源

• Main
  入口类，是整个系统的入口，负责启动游戏，页面只与该类耦合，该类是整个系统的入口。

• Director
  游戏主逻辑类，负责游戏的统一调度。

为什么命名不沿用炸弹人的“Game”？
因为“Game”这个名字范围太大，不能突出“统一调度”的职责，因此命名为“Director”更为合适

• Scene
  场景类，为集合类，从炸弹人的LayerManager抽象而来，负责管理场景。

在炸弹人游戏开发中，我从“如何统一调度各个层”的逻辑出发，提出了层管理类LayerManager。
现在可以进一步抽象，提出“场景”这个概念，游戏中可能包含多个场景（至少一个），场景类Scene与“场景”是1对1的关系，Scene不仅负责统一调度场景内各个层，还应该包含与场景的相关的属性和方法。

• Hash
  具有哈希结构的集合类。

• Layer
  层类，为集合类，负责层内精灵的统一管理。

该类对应“分层渲染”的概念，一个Layer对应一个画布canvas。

• Collection
  具有线性结构的集合类。

• Sprite
  精灵类。
  每一个单独的个体都是一个精灵类。如玩家、敌人、炸弹等，与该个体密切相关的属性和方法都放到该类中。

• AI
  人工智能类，负责实现人工智能算法，具体可以包括寻路算法、敌人的移动模式和行为设置等。

• Factory
  工厂类，负责创建类的实例，封装类的创建逻辑。

• Animation
  帧动画控制类，负责控制帧动画的播放。

• DataOperator
  数据操作类，负责对数据进行读、写操作。

• Data
  数据类，保存游戏数据

• EventManager
  事件管理类，负责事件的监听和移除。

最新的引擎版本

有兴趣的话您可以看下最新的引擎版本（这个不是本系列博文提出的引擎版本，而是最新修改后的引擎版本）：
发布HTML5 2D游戏引擎YEngine2D

参考资料

炸弹人游戏系列

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提炼游戏引擎系列：开篇介绍

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提炼游戏引擎系列：第一次迭代