Tài liệu Lập trình game di động sử dụng thư viện đồ họa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO MÔN HỌC ĐỒ HỌA MÁY TÍNH TÊN ĐỀ TÀI LẬP TRÌNH GAME DI ĐỘNG SỬ DỤNG THƯ VIỆN ĐỒ HỌA Người hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Tấn Khôi NHÓM: 1 Đà Nẵng, 05/2021 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ............................................................................................................................................ii 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.....................................................................................................................................1 1.1. 1.1.1. Framework Flutter..............................................................................................................1 1.1.2. Package hỗ trợ Flame Engine.............................................................................................2 1.2. Phần Update:.......................................................................................................................4 1.2.2. Phần Render:.......................................................................................................................4 2.1.1. 2.2. Phát biểu bài toán.....................................................................................................................7 Mô tả đầu vào.....................................................................................................................7 Cấu trúc dữ liệu, hoạt động, cấu trúc game..............................................................................8 2.2.1. Cấu trúc dữ liệu..................................................................................................................8 2.2.2. Cấu trúc game.....................................................................................................................8 2.2.3. Xử lí hoạt động, sự kiện trong game..................................................................................9 2.3. 4. Nhảy trong thể loại game đi cảnh (Platformer Game).............................................................5 THIẾT KẾ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH : GAME ANIMAL RUN....................................................7 2.1. 3. Cơ sở lý thuyết : Game Loop (Vòng lặp game).......................................................................3 1.2.1. 1.3. 2. Công cụ phát triển : Framework Flutter và package game Flame...........................................1 Tổ chức chương trình.............................................................................................................12 2.3.1. Cấu trúc tập tin chương trình và mô tả về những thư mục, tập tin chính.........................12 2.3.2. Import thư viện hỗ trợ.......................................................................................................13 2.3.3. Tổ chức các tập tin hỗ trợ (hình ảnh, font,…)..................................................................13 2.3.4. Tổ chức các tập tin code chính.........................................................................................14 KẾT QUẢ THỰC THI................................................................................................................................15 3.1. Xuất chương trình ra file apk cho thiết bị Android và cài đặt vào máy.................................15 3.2. Giao diện chính của trò chơi..................................................................................................16 3.3. Giao diện khi game over và pause game................................................................................16 3.4. Nhận xét đánh giá...................................................................................................................17 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN..................................................................................................17 4.1. Kết luận..................................................................................................................................17 4.2. Hướng phát triển.....................................................................................................................17 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................................................................18 PHỤ LỤC …………………………………………………………………………………………………...19 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Tổng quan về kiến trúc của tầng UI và Engine của Flutter........................................................................1 Hình 2: Package Flame............................................................................................................................................2 Hình 3: Game BWO được lập trình từ package Flame dành cho Flutter................................................................2 Hình 4: Mô tả về một vòng lặp game mobile cơ bản................................................................................................3 Hình 5: Ví dụ minh họa về Phần Update về cấp độ xuất hiện kẻ thù dựa vào số điểm của người chơi..................4 Hình 6: Các đối tượng được thêm vào màn hình chơi.............................................................................................4 Hình 7: Các đối tượng được thêm vào sẽ được thêm vào một tập hợp các đối tượng theo thứ tự...........................5 Hình 8: Thực hiện vẽ các đối tượng, phần render sẽ thực hiện vẽ từng đối tượng từ tập hợp đó...........................5 Hình 9: Minh họa về thuật toán nhảy, xử lý tính toán..............................................................................................5 Hình 10: Tiến hành cài đặt nhảy vào trong game....................................................................................................6 Hình 11: Tập hình ảnh về nhân vật chính player gồm tập hợp các thứ tự theo hành động: đứng yên, chạy, nhảy, bị đau cho việc tạo hình động...................................................................................................................................7 Hình 12: Tập hình ảnh về các kẻ thù enemy theo sheet, dùng để tạo hình động trong trò chơi..............................7 Hình 13: Tập hình ảnh layer dùng để xây dựng ảnh parallax.................................................................................8 Hình 14: Minh họa về các xếp ảnh parallax gồm các layer.....................................................................................8 Hình 15: Font hỗ trợ Press Start 2P dùng cho font chữ của HUB...........................................................................8 Hình 16: Cấu trúc dữ liệu OrderedSet kiểu Componet cho việc render componet..................................................8 Hình 17: Cấu trúc của game....................................................................................................................................9 Hình 18: Event onTapDown kèm với event nhảy trong game..................................................................................9 Hình 19: Hiệu ứng nhảy của nhân vật player........................................................................................................10 Hình 20: Xử lí sự kiện khi nhân vật tiếp đất...........................................................................................................10 Hình 21: Loạt hiệu ứng khi player chạm vào enemy, p1: Xử lí khoảng cách chạm, p2: Sự kiện khi nhân vật bị chạm, p3: Loạt hoạt ảnh của nhân vật khi chạm, p4: Giao diện hub GameOver..................................................11 Hình 22: Cấu trúc tập tin của chương trình...........................................................................................................12 Hình 23: Khai báo các thư viện hỗ trợ...................................................................................................................13 Hình 24: Thư mục assets dùng để chứa các tập tin hỗ trợ về hình ảnh, font chữ..................................................13 Hình 25: Thư mục lib chứa source code chính của trò chơi..................................................................................14 Hình 26: Thực hiện câu lệnh flutter build apk để release game ra file apk để cài đặt vào máy............................15 Hình 27: Game được cài vào thiết bị Android (Xiaomi Mi 9)................................................................................15 Hình 28: Giao diện chính của game.......................................................................................................................16 Hình 29: Giao diện khi gameover và pause game..................................................................................................16 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Công cụ phát triển : Framework Flutter và package game Flame 1.1.1. Framework Flutter - Là framework cross-platform dùng để xây dựng ứng dụng trên thiết bị di động, web, windows với hiệu suất cao, chất lượng tốt cho đa nền tảng do Google phát triển, viết bằng ngôn ngữ Dart, vừa có Ahead of Time của static type language, complier xong mới chạy, vừa có Just In Time như các dynamic type language. Khi lập trình, vừa sử dụng Just In Time để load lại các thay đổi, khi build sản phẩm thì dùng Ahead of Time để tối ưu hiệu năng như việc sử dụng code native. Chính vì điều đó khiến Dart cho một hiệu năng vượt trội. Hình 1: Tổng quan về kiến trúc của tầng UI và Engine của Flutter - Lớp Engine của Flutter được xây dựng bằng ngôn ngữ C/C++ nên nó cho khả năng tối ưu, tốc độ xử lý đem lại hiệu suất cao chính vì vậy Flutter ngoài phát triển các ứng dụng đa nền tảng còn có thể sử dụng để làm game di động vì sức mạnh từ lớp Engine của nó.  Có thể dùng Flutter để làm game. 1 1.1.2. Package hỗ trợ Flame Engine - Flame là một module game engine Flutter cung cấp giải pháp lập trình game bằng Framework Flutter. Tận dụng lợi thế về mặt cấu trúc, sức mạnh hạ tầng cung cấp bởi Flutter nhưng đơn giản hóa câu lệnh cần để xây dựng dự án. Hình 2: Package Flame - Cung cấp các thành phần cơ bản cần thiết cho lập trình game như hình ảnh, sprites, sprites sheet, animation và hệ thống gồm component khác nhau. Hình 3: Game BWO được lập trình từ package Flame dành cho Flutter 2 1.2. Cơ sở lý thuyết : Game Loop (Vòng lặp game) - - Vòng lặp (Game loop) là một trong yếu tố cực kỳ quan trọng của một trò chơi. Là một tập hợp các câu lệnh để thiết bị chạy đi lặp đi lặp lại Các tựa game thường có một thông số gọi là Khung hình trên giây (FPS), nghĩa ra nếu tựa game của ta chạy ở 60 khung hình trên 1 giây thì thiết bị đang chơi game đó đang thực hiện vòng lặp game 60 lần trên 1 giây.  Hiểu đơn giản: 1 khung hình = 1 lần chạy vòng lặp game. Một vòng lặp game dành cho thiết bị di động gồm 2 phần: update và render, ngoài ra đối với game dành cho cả web, desktop gồm 3 phần: resize (cho việc thay đổi kích thước cửa sổ web, desktop), update và render. Trong bài báo cáo này, ta xem xét vòng lặp cho thiết bị di động. Hình 4: Mô tả về một vòng lặp game mobile cơ bản 3 1.2.1. Phần Update: - Xử lý các chuyển động của đối tượng như nhân vật, kẻ thù, chướng ngại vật, bản đồ và các phần khác như bộ điếm giờ. Hình 5: Ví dụ minh họa về Phần Update về cấp độ xuất hiện kẻ thù dựa vào số điểm của người chơi - Hầu hết các sự kiện được xảy ra ở đây, ví dụ như là xử lý sự kiện, tính toán nếu như kẻ thù bị trúng đạn hoặc là nhân vật chạm vào kẻ thù. 1.2.2. Phần Render: - Là phần sẽ vẽ ra toàn bộ đối tượng có trong màn hình, đây là quá trình riêng biệt khi mọi thứ được đồng bộ theo đúng dữ liệu, đầu vào. Hình 6: Các đối tượng được thêm vào màn hình chơi 4 Hình 7: Các đối tượng được thêm vào sẽ được thêm vào một tập hợp các đối tượng theo thứ tự Hình 8: Thực hiện vẽ các đối tượng, phần render sẽ thực hiện vẽ từng đối tượng từ tập hợp đó 1.3. Nhảy trong thể loại game đi cảnh (Platformer Game) - Đối với những thể loại game đi cảnh nói chung, nhảy là một trong những sự kiện không thể thiếu, áp dụng phương trình cùng một số biến vật lí cơ bản và tính toàn trên phần update của game loop. Hình 9: Minh họa về thuật toán nhảy, xử lý tính toán - Ban đầu chúng ta cần xác định vị trí gốc, vận tốc và trọng lực được khai báo tùy vào game, phần update của game loop sẽ thực hiện một loại sự kiện tương tự như (tiếp nhận sự kiện chạm vào screen hay joystick,.. phát hiện 5 - chạm vào đối tượng…). Báo cáo nói về game này chỉ thực hiện nhảy theo trục y. Trong khoảng thời điểm game được update liên tục từ game loop, nếu nhảy được kích hoạt, thuộc tính speedY trừ cho một lượng size màn hình để đối tượng có thể di chuyển theo trục Y để nhảy lên, sau một thời gian thì sẽ được cộng một lượng GRAVITY kèm thời gian update đó, dùng để thực hiện hạ dần độ cao khi nhảy dựa vào GRAVITY, vị trí Y hiện tại của đối tượng thực hiện sẽ được cộng mới từ thuộc tính speedY, đối tượng sẽ nhảy lên và hạ dần tới khi tiếp đất (isOnGround) thì vị trị Y sẽ quay về vị trí ban đầu khi tiếp đất. Hình 10: Tiến hành cài đặt nhảy vào trong game 6 2. THIẾT KẾ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH : GAME ANIMAL RUN 2.1. Phát biểu bài toán 2.1.1. Mô tả đầu vào 2.1.1.1 Tập hình ảnh về nhân vật chính Hình 11: Tập hình ảnh về nhân vật chính player gồm tập hợp các thứ tự theo hành động: đứng yên, chạy, nhảy, bị đau cho việc tạo hình động 2.1.1.2 Tập hình ảnh về kẻ thù enemy Hình 12: Tập hình ảnh về các kẻ thù enemy theo sheet, dùng để tạo hình động trong trò chơi 2.1.1.3 Tập tin về đối tượng hỗ trợ 7 Hình 13: Tập hình ảnh layer dùng để xây dựng ảnh parallax Hình 14: Minh họa về các xếp ảnh parallax gồm các layer Hình 15: Font hỗ trợ Press Start 2P dùng cho font chữ của HUB 2.2. Cấu trúc dữ liệu, hoạt động, cấu trúc game 2.2.1. Cấu trúc dữ liệu - Game Engine hỗ trợ “Tập hợp có thứ tự” OrderedSet kiểu Componet cho phần render, dùng để vẽ các Compent được thêm vào BaseGame Hình 16: Cấu trúc dữ liệu OrderedSet kiểu Componet cho việc render componet 2.2.2. Cấu trúc game 8 Hình 17: Cấu trúc của game 2.2.3. Xử lí hoạt động, sự kiện trong game 2.2.3.1 Xử lí sự kiện onTapDown - Khi người chơi thực hiện chạm vào màn hình, sự kiện onTapDown trong game sẽ được kích hoạt, sự kiện được gắn kèm với sự kiện nhảy. Hình 18: Event onTapDown kèm với event nhảy trong game 9 - Khi sự kiện kích hoạt thì loại hiệu ứng đồng thời xảy ra, như loại ảnh player nhảy từ tập tin hỗ trợ hình ảnh, xếp lại với nhau tạo ảnh động Hình 19: Hiệu ứng nhảy của nhân vật player 2.2.3.2 Xử lí sự kiện khi player tiếp đất sau nhảy - Khi nhân vật tiếp đất isOnGround có giá trị bằng bục nhảy thì loạt hoạt ảnh của nhân vật thay đổi từ trạng thái jump sang trạng thái running. Hình 20: Xử lí sự kiện khi nhân vật tiếp đất 2.2.3.3 Xử lí sự kiện khi player chạm vào enemy - Khi khoảng cách từ viền của enemy tới tâm player dưới 45, dựa vào mình cài đặt, thì loạt sự kiện xảy ra: Hub heart sẽ bị trừ hết mạng, game engine thực hiện stop game, Hub game over hiện lên, hoạt ảnh của nhân vật player từ running sang hiting hoặc là jumping sang hitting. 10 Hình 21: Loạt hiệu ứng khi player chạm vào enemy, p1: Xử lí khoảng cách chạm, p2: Sự kiện khi nhân vật bị chạm, p3: Loạt hoạt ảnh của nhân vật khi chạm, p4: Giao diện hub GameOver 11 2.3. Tổ chức chương trình 2.3.1. Cấu trúc tập tin chương trình và mô tả về những thư mục, tập tin chính. Hình 22: Cấu trúc tập tin của chương trình - android: Thư mục cho Native Code (Kotlin) của hệ điều hành Android. ios: Thư mục dành cho Native Code (Swift) của hệ điều hành iOS, iPadOS. assets: Thư mục dùng để chứa các tập tin hỗ trợ như hình ảnh, font, nhạc,… lib: Thư mục dùng để chứa source code chính của chương trình: web: Thư mục dành chứa các tập tin hỗ trợ cho việc chạy trên nền tảng web, do Flutter hỗ trợ web. pubspec.yaml: Tập tin dành cho việc khai báo các thư viện, thông số phiên bản, các tập tin hỗ trợ dành cho project. 12 2.3.2. Import thư viện hỗ trợ - Thư viện hỗ trợ cho Flutter có đường dẫn: https://pub.dev/ Hình 23: Khai báo các thư viện hỗ trợ - cupertino_icons: Hỗ trợ về mặt giao diện cho các thiết bị chạy iOS, iPadOS. flame: Game Engine dành cho Flutter. flutter_launcher_name: Setting tên cho game khi cài đặt vào thiết bị. flutter_icons: Setting icon cho game khi cài đặt vào thiết bị. 2.3.3. Tổ chức các tập tin hỗ trợ (hình ảnh, font,…) Hình 24: Thư mục assets dùng để chứa các tập tin hỗ trợ về hình ảnh, font chữ - fonts: Dùng để chứa font chữ hỗ trợ cho Hub. 13 - images: Dùng để chứa hình ảnh của nhân vật player, background, nhân vật enemy. icon.png: Dùng để làm icon cho game. 2.3.4. Tổ chức các tập tin code chính Hình 25: Thư mục lib chứa source code chính của trò chơi - game_screens: Chức tập tin code liên quan tới screen của game model: Dùng để chức các tập tin code liên quan tới đối tượng sử dụng lặp đi lặp lại như enemy. utils: Dùng để chức các tập tin code liên quan tới các component, controller, file hỗ trợ xuyên suốt của game như sprite: player, enemy. Thông số: constant. main.dart: Setting kiểu màn hình, hướng xoay màn hình, chạy ứng dụng. 14 3. KẾT QUẢ THỰC THI - Do game được lập trình trên nền tảng Windows nên kết quả của báo cáo lấy từ chương trình được chạy trên thiết bị Android 3.1. Xuất chương trình ra file apk cho thiết bị Android và cài đặt vào máy Hình 26: Thực hiện câu lệnh flutter build apk để release game ra file apk để cài đặt vào máy Hình 27: Game được cài vào thiết bị Android (Xiaomi Mi 9) 15 3.2. Giao diện chính của trò chơi Hình 28: Giao diện chính của game 3.3. Giao diện khi game over và pause game Hình 29: Giao diện khi gameover và pause game 16 3.4. Nhận xét đánh giá - Game chạy tốt trên hầu hết Android, ít hiện tượng bị drop FPS, giật lag. Đảm bảo các enemy xuất hiện đúng theo sắp xếp, cài đặt của người lập trình. 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1. Kết luận - Thực hiện đúng lý thuyết, nguyên lý, tận dụng tốt tài nguyên do game engine và framework cung cấp Hạn chế: Thiếu menu, nhạc cho game sinh động. 4.2. Hướng phát triển - Cập nhật lên cửa hang trên giao diện là một tựa game hoàn toàn mới. 17