《 合 成 大 西 瓜 》 重 制 版 ！（ 联 机 版 在 做 了 ）

Posted 2022-08-25 HullQin

背景

夏天又到啦，又到了吃西瓜的季节！怎么能少了《合成大西瓜》这款又好玩又解压的小游戏呢？

2021年，这款游戏风靡一时。

2022年，我HullQin（点开可关注我）自己写了一款《合成大西瓜》，但是加了一点点小功能：联机对战！

《合成大西瓜》重制单机版，点击这里马上体验！

原版《合成大西瓜》截图：

技术选型

大框架决策

参考我之前的文章《H5小游戏技术选型分析，低代码?小游戏框架?canvas或SVG?还能用React？》，基于文中的小游戏技术选型决策树来分析：

1. 玩法有创新，需要联机，不能使用无代码方案的模板。
2. 小游戏需要素材、音效、动画、物理引擎。
3. 自己精力够多，没有外界产品给压力，不需要赶上线时间。

因此，我的选择是：使用现有的渲染库。

具体技术实现决策

因为这是一个2D游戏，所以我选择了2D渲染库pixi.js。可以用它来渲染游戏界面、动画等。

因为这需要使用物理引擎，自己手撸一个也挺累的，还得学一下物理。所以我就选了一个成熟的物理引擎：box2d，它是知名且历史悠久的物理引擎，著名游戏《愤怒的小鸟》就是基于box2d来开发的。当然，我要在浏览器中运行，需要选择js实现的版本。通过分析github的更新频率，我最终选择了box2d.ts。

该游戏还需要监听事件，直接用浏览器原生支持的dom API即可。

该游戏需要播放音效，我直接用了dom API的audio标签。

该游戏需要联机对战，我是有相关开发经验的，你可以看看我之前的文章《用86行代码写一个联机五子棋WebSocket后端》，结论是：联机对战的网页，最好用Web Socket来实现。这一次，我也使用 Web Socket。

此外，为了让两个玩家联机，肯定需要他们以某种方式联系起来，比如进入同一个房间（房间号相同）。参考文章《我做了个《联机桌游合集: UNO+斗地主+五子棋》无需下载，点开即玩！叫上朋友，即刻开局！不看广告，不做任务，享受「纯粹」的游戏！》，我之前做了一个联机游戏框架，是基于React的，实现了基本的进入房间、Web Socket通信能力，还内置了一些公共前端组件和样式。所以这次，我直接基于我的框架开发。

先手撸单机版

下载依赖

现在我们不必手动配置Webpack脚手架了，可以直接使用vite开发！

使用React+ts模版，然后把react这个依赖删掉，就初始化项目成功了～

然后安装pixi依赖：

npm install pixi.js

然后是box2d.ts。作者只提供了UMD版本和ts源码，并没有发布npm。

我们直接copy ts源码过来开发，这样类型提示友好，而且遇到不懂的地方直接看源码。打包时，也可以一起编译，也可以把box2d.tx作为UMD放在html的head里用script引入。这样每次编译的速度会快一些。

另外pixi.js和box2d.ts就不必考虑tree shaking了，因为我测试了下，即使只引入必要的功能，他们体积还是那么大，干脆二者都用UMD引入固定版本吧，方便浏览器做缓存。

编写画布逻辑

参考app.ts和main.ts。

import  Application  from pixi.js;

const Width = 704;
const Height = 1408;

const app = new Application(
  width: Width,
  height: Height,
  antialias: true,
  backgroundColor: 0xffe89d,
);

document.getElementById(root)!.appendChild(app.view);

这样，就设置了canvas的宽、高、背景色，并开启了反锯齿选项。然后把这个canvas添加到了id为root的元素的children里面。

加载图片资源

先定义好图片资源的常量：

name表示图片名字，也是图片的地址，将会去这个路径下载图片资源。

radius是个自定义的参数，表示它在游戏中的半径。

imgRadius也是个自定义的参数，表示它的图片的半径。因为图片比例可能不合适，我们可能要缩放图片，所以定义在这里，方便修改参数。imgRadius不能改，就是图片的真实半径像素，可能会修改的是radius。

const Fruits = [
   name: /fruits/fruit_1.png, radius: 26, imgRadius: 26 ,
   name: /fruits/fruit_2.png, radius: 39, imgRadius: 39 ,
   name: /fruits/fruit_3.png, radius: 54, imgRadius: 54 ,
   name: /fruits/fruit_4.png, radius: 59.5, imgRadius: 59.5 ,
   name: /fruits/fruit_5.png, radius: 76, imgRadius: 76 ,
   name: /fruits/fruit_6.png, radius: 91.5, imgRadius: 91.5 ,
   name: /fruits/fruit_7.png, radius: 100, imgRadius: 93 ,
   name: /fruits/fruit_8.png, radius: 115, imgRadius: 129 ,
   name: /fruits/fruit_9.png, radius: 130, imgRadius: 154 ,
   name: /fruits/fruit_10.png, radius: 140, imgRadius: 151 ,
   name: /fruits/fruit_11.png, radius: 150, imgRadius: 202 ,
];

是使用pixi.js的Loader来加载的，加载完毕后，可以执行一个回调函数（假设我们提前定义了回调函数是init）。

import  Loader  from @pixi/loaders;

const images = Fruits.map((i) => i.name);
document.getElementById(root)!.appendChild(app.view);
Loader.shared.add(images).load(init);

构造物理引擎世界

在初始化函数init中，要做什么呢？

当然是要构造一个属于我们的物理引擎世界！使用box2d！

初始化一个物理引擎的世界，它有一个y轴的重力加速度，我们模拟地球，设置为10。

const world = new b2.World( x: 0, y: 10 );

注意：box2d世界中，所有的单位，都是米、千克、秒，这三个基本物理单位。并不是像素！它是真正的把物理公式代入到了引擎中。所以我们上面取了10，是因为现实中，重力加速度约等于9.8m/s2，约等于10m/s2。

但是我们展示，又是用的像素，所以需要一个Ratio，用于转换像素和米：

const Ratio = 35;

创造墙壁

然后，我们需要创造墙壁，是一个长方形，我们用ChainShape创造一个闭环：

const createWall = () => 
  const wallBodyDef = new b2.BodyDef();
  const wallFixtureDef = new b2.FixtureDef();
  wallBodyDef.type = b2.staticBody;
  wallFixtureDef.density = 0;
  wallFixtureDef.friction = 0.2;
  wallFixtureDef.restitution = 0.3;
  wallFixtureDef.filter.groupIndex = -20;
  wallFixtureDef.shape = new b2.ChainShape().CreateLoop([
     x: 0, y: 0 / Ratio ,
     x: 0, y: Height / Ratio ,
     x: Width / Ratio, y: Height / Ratio ,
     x: Width / Ratio, y: 0 / Ratio ,
  ]);
  const wallBody = world.CreateBody(wallBodyDef);
  wallBody.CreateFixture(wallFixtureDef);
  wallBody.SetUserData( type: -1 );
;

其中density是墙壁的密度，它不需用动，所以不需要密度。friction是摩擦力。restitution是弹性数值（符合物理规律的弹性是0-1，0表示没弹性，1表示碰撞时不会有任何动量损失，如果你设置的比1大，就不能量守恒啦，会越撞越快！）groupIndex是用于计算能否发生碰撞的一个属性。

创造水果

设置一个fruitId，每次有新水果，Id要自增。

fruits则存储了本局所有的水果。key就是Id。这里使用了对象，而非数组，是因为相同水果碰撞后，某水果就消失了，这样数组就不连续了，不太方便，我们也不希望水果的Id发生改变。所以就用了对象。水果消失时，delete就好。

生成水果时，纵坐标时固定的，横坐标可以传入，不传则位于中间。横坐标需要做个极限判断，以防它超出我们的墙壁。

import  Sprite  from @pixi/sprite;
import  Loader  from @pixi/loaders;

let fruitId = 0;
const fruitDefaultY = 204 / Ratio;
const fruits: [key: string]: body: b2Body, sprite: Sprite = ;

// 定义好所有种类水果的物理性质
const fruitBodyDef = new b2.BodyDef();
fruitBodyDef.type = b2.dynamicBody;
fruitBodyDef.position.Set(Width / 2 / Ratio, fruitDefaultY);
const fruitFixtureDefs = Fruits.map((fruit, index) => 
  const fixtureDef = new b2.FixtureDef();
  fixtureDef.density = 0.1;
  fixtureDef.friction = 0.2;
  fixtureDef.restitution = 0.3;
  fixtureDef.shape = new b2.CircleShape(fruit.radius / Ratio);
  fixtureDef.filter.groupIndex = 1;
  return fixtureDef;
);

// 生成一个水果
const createFruit = (id: number, x = Width / 2) => 
  let newX = x;
  if (x < 5) newX = 5;
  if (x > Width - 5) newX = Width - 5;
  const fruit = Fruits[id];
  const fruitBody = world.CreateBody(fruitBodyDef);
  fruitBody.SetSleepingAllowed(true);
  fruitBody.SetPositionXY(newX / Ratio, fruitDefaultY);
  fruitBody.CreateFixture(fruitFixtureDefs[id]);
  fruitBody.SetUserData( type: id, id: fruitId );
  const sprite = new Sprite();
  sprite.anchor.set(0.5);
  sprite.x = -299;
  sprite.y = -299;
  sprite.texture = Loader.shared.resources[fruit.name].texture!;
  sprite.scale.set(fruit.radius / Fruits[id].imgRadius);
  app.stage.addChild(sprite);
  fruits[fruitId++] =  body: fruitBody, sprite ;
;

设置SetSleepingAllowed是为了提高性能。SetUserData存了我们的自定义数据给水果。

生成水果时，body只是物理引擎中记录的数据。我们还需要展示给用户，需要用pixi.js的Sprite来实现。

初始，先把Sprite定义到看不到的位置（-299，-299），之后物理引擎模拟后，再把它放到正确的位置，这是为了避免水果重叠时，物理引擎会闪现移动水果，避免重叠，这样用户体验会闪烁，所以初始先隐藏水果是最好的。毕竟，可能再过0.17秒，它就出现啦，不必担心这一点时间的损失。

注意sprite.scale.set，这是设置了图片的缩放。记得上面定义的radius和imgRadius嘛？这里就是它的意义，你可以任意设定水果的大小，只要展示时缩放到对应大小就可以了。

增加点击事件

我们要兼容PC端click和移动端端touchend，来创造水果：

const canvas = document.getElementsByTagName(canvas)[0];
canvas.addEventListener(touchend, (event) => 
  const  changedTouches  = event;
  if (changedTouches.length !== 1) return;
  const left = parseFloat(getComputedStyle(rootElement).marginLeft);
  const  clientX  = changedTouches[0];
  createFruit(Math.floor(3.99 * Math.random()), (clientX - left) / 0.625);
);
canvas.addEventListener(click, (event) => 
  if (ontouchend in window) return;
  const  offsetX  = event;
  createFruit(Math.floor(3.99 * Math.random()), offsetX);
);

其中，针对TouchEvent是可以直接用changedTouches[0].globalX这个属性的，但是这个似乎不是标准的属性，所以我用clienX换算了一下。

if (ontouchend in window) return; 这句话是为了防止再移动端，同时触发click事件和touchend事件。这样可能一次就扔2个水果了。

以上逻辑保证，点击哪里/触摸哪里，水果就创造再哪里的横坐标。

让画面动起来

生成好基本的墙壁和水果后，我们就可以开始模拟我们的物理世界啦！

需要在init函数中调用一次loop()，之后loop就会递归调用自己。

const TimeStep = 1 / 120;
const VelocityIterations = 10;
const PositionIterations = 10;

const loop = () => 
  world.Step(TimeStep, VelocityIterations, PositionIterations);
  world.Step(TimeStep, VelocityIterations, PositionIterations);
  world.Step(TimeStep, VelocityIterations, PositionIterations);
  Object.keys(fruits).forEach((id) => 
    const fruit = fruits[id];
    const  body, sprite  = fruit;
    const  x, y  = body.GetPosition();
    const angle = body.GetAngle();
    sprite.x = x * Ratio;
    sprite.y = y * Ratio;
    sprite.rotation = angle;
  );
  requestAnimationFrame(loop);
;

你知道requestAnimationFrame吗？这个在按帧渲染的场合（动画更新频繁）非常有用！它的意思是：告诉浏览器——你希望执行一个动画，并且要求浏览器在下次重绘之前调用指定的回调函数更新动画。该方法需要传入一个回调函数作为参数，该回调函数会在浏览器下一次重绘之前执行。

每次浏览器绘制，都要执行一遍loop函数，loop作用是：

调用world.Setp，使当前的物理世界模拟走过TimeStep秒。TimeStep越小，越精确，后面两个参数是循环次数，越多越精确。当然太多次循环，性能也会有所损耗。

这里我们连续模拟3次1/120秒，再渲染一次，是比模拟1次1/40秒渲染一次更精确的，因为计算量更大了。亲测，误差更小了，更真实了，也很流畅。如果模拟1次1/120秒再渲染一次，会感觉画面卡卡的，很慢。

现在，游戏已经可以玩啦！

相同水果碰撞检测

import * as b2 from ../b2;

b2.ContactListener.prototype.PreSolve = (contact) => 
  const a = contact.GetFixtureA().GetBody().GetUserData();
  const b = contact.GetFixtureB().GetBody().GetUserData();
  if (a.type !== b.type || a.type >= 10) return;
  const minId = Math.min(a.id, b.id);
  const maxId = Math.max(a.id, b.id);
  const contactedFruit = contactedFruits.get(minId);
  if (!contactedFruit) 
    if (mergingFruitSet.has(minId) || mergingFruitSet.has(maxId)) return;
    contactedFruits.set(minId, maxId);
    mergingFruitSet.add(minId);
    mergingFruitSet.add(maxId);
    contact.SetEnabled(false);
    return;
  
  if (contactedFruit === maxId) 
    contact.SetEnabled(false);
  
;

如果遇到相同的2个水果，就contact.SetEnabled(false);，表明他们不会再碰撞了，并且记录下来。

之后在world.Step之后，判断一下碰撞的水果是哪些，把下面的水果变大，上面的水果删掉，就相当于：2个小水果合并成一个大水果啦！

const doWithContactedFruits = () => 
  contactedFruits.forEach((maxId, minId) => 
    let top = fruits[maxId];
    let bottom = fruits[minId];
    if (top.body.GetPosition().y > bottom.body.GetPosition().y) 
      const mid = top;
      top = bottom;
      bottom = mid;
    
    bottom.body.DestroyFixture(bottom.body.GetFixtureList()!);
    const data = bottom.body.GetUserData();
    bottom.body.CreateFixture(fruitFixtureDefs[data.type + 1]);
    bottom.body.SetUserData( ...data, type: data.type + 1 );
    mergingFruitSet.delete(minId);
    mergingFruitSet.delete(maxId);
    delete fruits[top.body.GetUserData().id];
    world.DestroyBody(top.body);
    app.stage.removeChild(top.sprite);
    const newFruit = Fruits[data.type + 1];
    bottom.sprite.texture = Loader.shared.resources[newFruit.name].texture!;
    bottom.sprite.scale.set(newFruit.radius / newFruit.imgRadius);
  );
  contactedFruits.clear();
;

loop函数增加这个doWithContactedFruits函数的调用：

const loop = () => 
  world.Step(TimeStep, VelocityIterations, PositionIterations);
  doWithContactedFruits();
  world.Step(TimeStep, VelocityIterations, PositionIterations);
  doWithContactedFruits();
  world.Step(TimeStep, VelocityIterations, PositionIterations);
  doWithContactedFruits();
  // ...

至此，简易的《合成大西瓜》单机版就做完啦！

它目前是个初版：无动画、无音效、瞬间合成、随机出现水果；基于pixi.js、box2d.ts和vite。

但是物理引擎、渲染，都是我们手撸的！你可以随意修改参数，加你想加的功能！

源码 + 体验地址

Github: https://github.com/HullQin/make-watermelon

体验地址: https://game.hullqin.cn/dxg

待优化

合成不应该是瞬间的，应该要持续一小会儿，让两个水果慢慢靠近，再炸掉。要展示动画。要播放音效。

【6月17日的版本中已完成该优化】鼠标点击后不应该随机生成。应该像俄罗斯方块那样，先展示当前要下落的水果，再提示下一个水果，这样可以提高技术成分，降低运气成分。

再搞搞联机版

内测画面抢先看：

这是2个浏览器，上面小的窗口，展示了对方的游戏界面，下面的大窗口，是自己的游戏界面。

双方通过Web Socket与服务器通信交换数据。

动作类游戏联机对战，最大的难题，就是实时数据同步。

解决数据同步方案v1

第一个版本，我运用了2个机制来展现对方的画面：

1. 通过Web Socket传输所有水果的ID、类型、坐标、移动速度。获取后，渲染在界面上。每100ms同步一次，可再动态调整。
2. 构造一个对方的物理引擎世界，基于Web Socket获得的信息，继续模拟，使画面连续。

但是仅靠上面2个机制来模拟对方的画面，有时还是一卡一卡的，画面不连续。而且100ms同步一次，带宽消耗挺高的。

解决数据同步方案v2

我思考了v1方案效果差的原因，得出2个痛点：

1. 水果的自转速度没有传输，自转速度会影响碰撞后的方向，导致本地模拟和对面模拟的结果有差异。所以自转速度也应该纳入数据同步的一部分。
2. 两个设备性能有差异时，不能依赖帧率来进行物理模拟。应该按照时间戳来模拟。这样哪怕浏览器的帧率有波动，双方的「时间」也应该是一致的。所以loop函数在联机对战中，需要修改，使之结合时间戳来做world.Step物理模拟。

此外每次全量同步水果数据，当水果变多，传输包体积太大，也会影响性能。

因此，基于以上的不足，改进后的方案v2如下：

1. 通过Web Socket传输当前游戏时间戳、所有水果的ID、类型、坐标、移动速度、自转速度。获取后，渲染在界面上。每1000ms同步一次。（减少了同步频率，节约带宽）
2. 构造一个对方的物理引擎世界，基于Web Socket获得的信息，继续模拟，使画面连续。
3. world.Step频率随着毫秒时间戳变化，而不是固定的每次requestAnimationFrame时执行3次模拟。保证物理世界模拟的速度跟浏览器性能无关，也保证两位玩家时间同步。

解决数据同步方案v3

此外，我给出了可选的v3方案，将来我会在v2和v3中挑选1个：

1. 每次下落水果时，把当前游戏的时间戳、下落的水果类型和横坐标传输给服务器，设置批量发送机制，每1000ms至多发送一次。（带宽消耗降到最低）
2. 每5000ms同步一次全量数据，避免极端情况两端物理模拟的差异。（如果将来实验发现没有差异，本步骤可以取消）
3. 其它与方案v2相同。

最后，我还需要点时间，继续优化数据同步机制，争取把这个联机版《合成大西瓜》做出来，送给大家！

敬请期待！求关注～

写在最后

我是HullQin，公众号线下聚会游戏的作者（欢迎关注公众号，发送加微信，交个朋友），转发本文前需获得作者HullQin授权。我独立开发了《联机桌游合集》，是个网页，可以很方便的跟朋友联机玩斗地主、五子棋等游戏，不收费没广告。还独立开发了《合成大西瓜重制版》。还开发了《Dice Crush》参加Game Jam 2022。喜欢可以关注我 HullQin 噢～我有空了会分享做游戏的相关技术。