俄罗斯方块游戏开发系列教程4:形状碰撞检测(上)

Posted 2022-06-24 小蚂蚁教你做游戏

嗨！大家好，我是小蚂蚁。

今天，我们来继续学习下一个模块：形状碰撞检测。

在游戏开发中，我们所说的“碰撞”经常指的是物理碰撞，什么是物理碰撞呢？一般的在游戏开发工具中都会包含一个叫做“物理引擎”的东西，它的作用就是在游戏中模拟出现实中的物理效果。例如，我们扔一个东西，这个东西会因为重力而下落，最终落到地上，与地面发生碰撞。在游戏中，我们可以借助物理引擎，来模拟出东西下落掉到地面上的效果。当东西掉到地面上时，我们就说这个东西与地面发生了碰撞。

但是，在俄罗斯方块这个游戏中，是不需要使用物理引擎的，所以这里的“碰撞”指的并不是物理碰撞，而是通过计算来判断两个方块是否相邻，如果相邻，我们就说它们发生了“碰撞”。

在俄罗斯方块游戏中，“碰撞”一共包含下面的这 4 种情况：​

1.当形状达到最下方一行时，碰撞，形状停靠。

2.当形状下落时，任何一个位置碰到下方已有的方块，碰撞，形状停靠。

3.当形状向左/右移动时，两侧碰到任何一个已有方块，碰撞，形状不能再向两侧移动。

4.当形状切换时，如果新状态碰到任何一个已有方块，碰撞，形状不能切换到新状态。

今天这篇文章，我们先了解一下前两种情况。

下边界的碰撞

如图，当一个形状达到了最下方的第一行时，它就不能够再继续向下移动了。我们把这种情况叫做“下边界的碰撞”。

判断起来也很简单，红色圆点代表的是形状当前的位置，由于形状的状态不同，判断是否与下边界发生碰撞的距离也不同，如图，在 1，3 状态下，与下边界的碰撞距离是 1 个方块长度，在 2，4 状态下，与下边界的碰撞距离是1.5 个方块长度。

下落的碰撞

接着，来看一下在形状下落的过程中，如何检测是否发生碰撞。

如图，下方的红色方块表示的是之前已经摆放的方块，上方的绿色方块是下落的“形状1”，此时，它们应该发生碰撞，绿色的形状应该停止向下移动，摆放在当前的位置上。

对于下边界的碰撞来说，由于下边界是固定不变的，所以我们只需要根据当前状态，判断与下边界的距离即可判断碰撞。但是在游戏中，那些已摆放的红色方块的位置是不确定的，这就导致了发生碰撞的情况也是不确定的。

如图，所有的情况都会发生“碰撞”。

对于这样不确定的情况，该去如何检测碰撞呢？这时，我们就需要用到数据了。

如图，右侧的图片是一个数据表格，这个数据表格与左侧的游戏界面是对应的。现在，我们用 0 表示空位置， 1 表示有方块，然后对照着左侧的游戏界面将右侧的表格填满。这样，我们就把当前的游戏抽象成了数据，这个就叫做数据抽象化。（之前专门写了一篇与数据抽象化有关的文章​​《所有消除游戏背后那些看不见的数字》​​，基本上所有的消除游戏都离不开它)

填充上数据之后，我们再来看一下各种情况的碰撞。

试着观察一下碰撞的规律：只要当前形状上的任何一个方块位置的下方是 1 ，那么当前就会发生碰撞。

现在，我们重新再描述一下碰撞检测的过程：

依次查看当前形状上的每一个方块，如果发现有任何一个方块下方的位置是 1，那就意味着当前形状与已堆叠的方块发生了碰撞。

接下来，我们就来实现这个碰撞检测的过程。

如图，是“形状1”在 4 种不同状态下所对应的数据表格。如果，我们能够知道形状上的每一个方块在整个数据表格中的位置（行列号），那么，就能够依次的判断出下方的位置是否有 1 了。

在进行遍历的时候，我们一般都是习惯于从左往右，从上往下。所以，这里将左下方的位置当作遍历的起点。

如图，我们把红色的点叫做计算点，坐标轴的中心是当前形状的位置(x0,y0)，根据图片可以很直观的看出来不同状态下的计算点的位置。

这里算出的计算点的位置是在游戏坐标空间中的位置，还需要将它们进行一次转换，因为我们需要知道的是计算点在数据表格中的哪一行哪一列。

计算公式在这里了，已经讲过很多次了（所有的消除游戏里都会用到），就不再解释了。总之，我们能够获取到计算点在数据表格中的哪一行哪一列。

在得到了计算点的行列号之后，接下来就只需要以计算点为起点，依次查看每一个格子下方的数值，只要有任何一个格子下方的数值为 1，就证明发生碰撞。

上方举的是“形状1”的例子，俄罗斯方块中一共有 7 种“形状”，按照其包围矩形的形状可以分为 3 种类型。

形状1～5 是一种类型(2x3)，形状6是一种类型(1x4)，形状7是一种类型(2x2)。

不同的类型又对应着不同的计算点位置。

好了，以上就是理论基础了，接下来我们来看一下具体实现的积木逻辑。

首先，我们创建一个全局的表格变量，叫做“网格数据”，作用于整个俄罗斯方块游戏。0 表示没有方块，1表示有方块。

接着，我们为“形状1”创建 4 个表格数据，对应的就是它的四个状态。

然后，根据形状状态在表格中添上对应的数据，有方块的位置是 1 ，没有方块的位置是 0。

接着，来看一下积木逻辑。

最后，看一下碰撞检测函数中的积木逻辑。

这里比较难以理解的地方是同时对两个表格（一个全局数据表格，一个形状数据表格）进行遍历检查。我习惯于先在纸上画出来，进行推演。如果能够在纸上推演出整个过程话，使用程序来实现这个过程就会简单很多。

今天的内容就到这里了，稍微总结一下：我们了解形状碰撞检测中的两种情况，第一种“下边界的碰撞”，比较简单，第二种“下落的碰撞”，相对比较复杂，需要借助表格数据来进行碰撞的检测。

如果你对于消除游戏中的数据抽象化还不是很理解的话，借着这次机会可以好好研究一下。

有些东西是值得花时间深究的，因为它们有着以一当百的效果，搞定了一个就相当于搞定了一百个，数据抽象化就是这样的东西。

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