SpriteKit&GameplayKit – 2D游戏开发

SpriteKit

SpriteKit 是一个通用结构，用于在二维坐标系中制作形状、粒子、文本、图画和视频。它运用 Metal 完结高性能烘托，一起供给简略的编程接口，使创立游戏和其他图形密集型应用程序变得容易。运用一组丰富的动画和物理行为，您能够快速为您的视觉元素增加生命，并在屏幕之间优雅地过渡。

在 iOS、macOS、tvOS 和 watchOS 上都支持 SpriteKit，而且它与 GameplayKit 和 SceneKit 等结构很好地集成。

属于2D游戏引擎

SpriteKit根本的烘托流程

• 在iOS传统的view的体系中，view的内容被烘托一次后就将一向等待，直到需求烘托的内容产生改动（比如用户产生交互，view的搬迁等）的时分， 才进行下一次烘托。这首要是由于传统的view大多作业在静态环境下，并没有需求频繁改动的需求。而关于SpriteKit来说，其本身便是用来制作大 多数时分是动态的游戏的，为了保证动画的流通和场景的继续更新，在SpriteKit中view将会循环不断地重绘。

• 动画和烘托的进程是和SKScene目标绑定的，只要当场景被呈现时，这些烘托以及其间的action才会被履行。SKScene实例中，一个循环按履行次序包括：

1. 每一帧开端时，SKScene的-update:办法将被调用，参数是从开端时到调用时所经过的时刻。在该办法中，咱们应该完结一些游戏逻辑，包括AI，精灵行为等等， 另外也能够在该办法中更新node的特点或许让node履行action
2. 在 update履行完毕后，SKScene将会开端履行一切的action。由于action是能够由开发者设定的（还记得runBlock:么），因此在这一个阶段我 们也是能够履行自己的代码的
3. 在其时帧的action完毕之后，SKScene的-didEvaluateActions将被调用，咱们能够在这个办法里对结点做最终的调整或许限制， 之后将进入物理引擎的核算阶段。
4. 然后SKScene将会开端物理核算，假如在结点上增加了SKPhysicsBody的话，那么这个结点将会具有物理特性，并参与到这个阶段的核算。 依据物理核算的成果，SpriteKit将会决议结点新的状况。
5. 然后-didSimulatePhysics会被调用，这相似之前的-didEvaluateActions。这里是咱们开发者能参与的最终的当地， 是咱们改动结点的最终机会。
6. 一帧的最终是烘托流程，依据之前设定和核算的成果对整个呈现的场景进行制作。完结之后，SpriteKit将开端新的一帧。

SKNode

SpriteKit 中的每个屏幕元素都称为一个Node。Node要么是视觉元素，要么是其他节点的容器。能够经过以分层办法在彼此并排和顶部增加节点来设置 SpriteKit 场景的外观。这种结构统称为节点树或节点层次结构。

• SKNode：是一个容器节点。它不烘托自己的任何内容，而是作为其子节点的布局东西。
• SKReferenceNode：不界说自己的内容，而是引证另一个节点或存档文件。
• SKCameraNode：界说场景中的视点。能够经过SKConstraint绑定视点和人物的关系，保证人物处于视图最中心。Getting Started with a Camera
• SKVideoNode：用于播映视频。
• SKAudioNode：用于播映音频，能够完结空间音频作用 Using Audio Nodes with the Scene’s Listener
• SKSpriteNode：用于图画纹路制作

如 ShowCase中的可见元素均为SKSpriteNode

更多详见 Nodes for Scene Building

SKAction

当需求为游戏增加动画时运用，在SKScene处理动画帧时会履行你设置的SKAction。经过SKAction能够完结Node的平移、缩放、旋转、播映音视频、播映帧动画等作用

如 ShowCase中人物的动画动作均为SKAction完结

• 除此之外还能够用于，游戏中的一些不受限于物理引擎的实时动画（如：反派人物突然冲进屋子打晕主角，抢走主角手中的奶茶）

更多详见 Getting Started with Actions

物理引擎

物理引擎是用来在游戏中模仿现实中实在物理国际的运动办法的。SpriteKit的物理引擎是运用Box2D 库，由于Box2D库是运用C++写的，所以苹果直接对其进行了OC/Swift的封装，简略易懂，比较于cocos2dx 有着很大的优势。可是，这样的一起也是有弊端的，由于封装的，不开源的问题，SpriteKit的物理引擎就不如cocos2dx的功能丰富。Box2D

尽管能够操控场景中每个节点的确切位置，但一般您期望这些节点相互交互、相互磕碰并在过程中传递速度改动。您或许还想做一些动作体系无法处理的工作，例如模仿重力和其他力。为此，您创立物理体 (SKPhysicsBody) 并将它们附加到场景中的节点。

• SKPhysicsWorld：场景中物理引擎的驱动程序；它为您供给了装备和查询物理体系的能力（如：装备物体相关，磕碰检测等）。SKScene持有
• SKPhysicsBody：SKNode的特点描绘该Node的物理性质（如：质量、摩擦系数、恢复系数）以及磕碰特点

关于磕碰：

• SKPhysicsBody.categoryMask 表明物体的磕碰体类型
• SKPhysicsBody.collisionMask 描绘会与该物体产生磕碰的类型调集
• SKPhysicsBody.contactMask 描绘磕碰后会触发磕碰检测的类型调集

如：ShowCase中 界说了妨碍(001)、玩家(010)、坏人(100)三种磕碰类型

player.physicsBody.collisionMask = 001 表明只要妨碍能与玩家产生磕碰

player.physicsBody.contactMask = 111 表明这三种物理体与玩家磕碰后都会触发磕碰检测

给SKPhysicsWorld设置SKPhysicsContactDelegate ，然后代理中完结即可在代码中监听到磕碰产生和完毕

当然关于杂乱的物理作用，需求设置物理体的连接。详细能够看 Connecting Bodies with Joints

GameplayKit

GameplayKit 结构调集了为编写 iOS 和 OS X 游戏的根底东西和技能。与 SpriteKit 或 SceneKit 这些高档引擎不同的是，GameplayKit 不参与动画和视觉烘托等相关内容。相反，你能够运用 GameplayKit 来开发你的游戏机制，并运用最小的代价来规划模块化，可扩展的游戏架构。

组件实体规划形式

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SKScene中持有一切component，能够在主循环直接告诉笼统的component履行动作，无需重视详细Entity

如下图中的，进犯检测代码

• 遍历GameScene一切AttackComponent，找到isAttacking的component
• 遍历一切HurtComponent（界说为可被进犯的组件）
• 判别HurtComponent和AttackComponent的间隔和方向
• 间隔方向合理，则告诉HurtComponent被进犯到

GKStateMachine

在几乎一切的游戏中，游戏相关的代码逻辑往往高度依赖于其时游戏所在的状况。比方说，一个玩家人物的动画代码将随着他其时处于行走，跳跃仍是站立状况而改动；一个敌方人物的移动代码也将随着他被赋予的 AI 智能的判别而改动，这个智能决议了他其时会去追逐一个弱小的玩家，仍是逃离一个强大的玩家；乃至你的游戏在任何时分的每一帧里哪部分代码将被履行也随着游戏是否在运行，是否被暂定又或许是否处在菜单场景或许一些剪辑场景等等这些状况而改动。

当你开端编写一个游戏时，你能够简略的将一切的依赖状况改动的代码放在一个当地——比如说，放在一个 SpriteKit 游戏的每一帧的更新办法中。然而，当你的游戏不断地变大变杂乱，这个办法将变得难以保护，也更难扩展。

更好的是，你能够有条理界说游戏中不同的状况，而且进一步规定状况间的切换规矩。而这些界说被咱们称之为状况机（State Machines）。这样，你能够将不同状况和相应的代码相关起来，那样在一个特定状况下，你就知道游戏的每一帧应该做什么，什么时分应该转化到另一个状况，以及转换状况过程中应该做什么动作。经过运用状况机来组织你的代码，你能够更加简略的区别游戏的杂乱行为。

例图：一个为人物动画规划的状况机

例图：一个为游戏界面规划的状况机

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初始化时，状况界说由Entity传给对应component，对应component持有stateMachine

当进入不同状况时获取animationComponent来履行动画（下图为：RunningState，进入后会调用animationComponent来设置履行动画）

RuleSystem

许多游戏包括杂乱的规矩设定。例如，一个回合制的人物扮演游戏就或许包括以下的规矩：当敌对的人物进入同一个空间时会产生什么，谁将在接下来的战斗中占上风？或许说人物是否有机会去进犯对方？当其他人物企图进犯或许和参战者对战，会产生什么？这些规矩的设定会变得十分杂乱，以至于编程言语里的条件逻辑语句变得十分笨重。

一些十分风趣的游戏会包括突发行为体系，依附于一些简略规矩的简略实体，它们之间的相互作用会在整个体系中呈现出风趣的形式。例如，单个敌人人物在动作游戏中的方针或许取决于人物的血量，敌人怎么看到玩家人物，有多少其他的敌对人物在附近，玩家怎么常常击败敌人，以及其他要素。总之，在游戏中，这些要素会使得游戏变得更加逼真，一些敌人会成群的进犯玩家，有些则会逃跑。

在 GameplayKit 中，规矩体系解决了这两个问题。经过把游戏逻辑中确认的根本部分笼统成数据，规矩体系能够帮助你把游戏分解成功能性的、可重复的、可扩展的块。经过兼并含糊的逻辑，规矩体系能够把人物的行为判别变为接连的变量而不是离散的状况，即使是简略的规矩组合也能完结完结杂乱的动作。

GameplayKit 包括了两个首要的类来构建规矩体系：GKRule和GKRuleSystem

• GKRule：代表基于外部状况而作出的详细决议；
• GKRuleSystem：核算一系列对应状况数据的规矩来决议一系列的现实；

一个GKRuleSystem目标有三个关键部分：规矩议程，状况数据和现实。

• 议程。将一组规矩增加到规矩体系目标的agenda中（addRule:或addRulesFromArray:办法）。默许情况下，体系会按照他们增加到议程中的次序来核算规矩，这样做能够保证某些规矩一直在其他规矩前面核算，改动这些规矩的显著性。
• 状况。规矩体系的state字典包括的信息规矩能够依据其进行测试。状况字典能够为你的规矩设置供给任何有用的参阅，例如你游戏形式中的字符串、数字或许自界说类。你怎么编写规矩决议了这些规矩将运用数据结构。
• 现实。现实表明从体系中的规矩评估得出一个定论，而且能够是任何类型的目标，一般是像字符串这样简略的数据目标就足够了，从游戏模型中界说目标也能够被运用。一个现实的隶属度是一个数字，决议了它在现实的体系设置存在。1.0 级的现实包括，但零级的现实并非如此。当一个规矩体系评估其规矩，该规矩操作能够确认一个现实，将其增加到体系中，或回收一个现实，从体系中删去。

ShowCase中 界说了几种现实

PlayerNearRule中，经过ruleSystem中state带来的其时环境信息，咱们能便利的判别。玩家在附近这样一个现实。grade()评价函数，ShowCase中咱们界说1.0为产生了现实

经过RuleComponentDelegate 咱们能得知RuleComponent现已完结了对其时场景产生现实的判别，在BadGuyEntity中 咱们就能依据现实定论来决议反派履行的动作

游戏中的智能

关于ShowCase中，BadGuy追杀玩家就属于一种简略的智能，经过Component、StateMachine以及RuleSystem咱们得以完结。

不过不止于此，苹果还供给了为智能博弈规划的 GKMinmaxStrategist

运用了最小最大查找。经过装备估值函数和查找深度即可获取对手的博弈判别定论

该算法详细能够查看 对抗查找(最小最大查找Minimax、Alpha-Beta剪枝查找、蒙特卡洛树查找

游戏中的随机

• GKRandomDistribution类本身将产生一个特定范围内的均匀散布——也便是说，任何一个在既定的最大值和最小值之间的值将有同等概率呈现。任何时分当你需求生成一个详细区间的随机值时，你能够运用这个类。掷骰子便是一个特定范围内的产生均匀散布的常见例子，如图 2-1 所示。

图 2-1随机散布模仿单个骰子

• GKGaussianDistribution类将供给了一个高斯散布（又称正态散布）模型，如图 2-2 所示。在一个正态散布中，处于中心值（均值）的成果呈现的概率最高，而更大值或更小值的成果呈现的概率更低。这种散布是对称的：无论是高于或低于平均值，平均值间隔相同的成果的产生概率都是一样的。

图 2-2高斯散布相当于多个骰子抛掷的成果

• 高斯散布呈现在许多你或许模仿在游戏中的实在国际的现象。例如：

  • 多个骰子抛掷。假如一个人物扮演游戏运用抛掷三个六面骰子（一般简称3D6）来核算一击的损伤，你能够在游戏中击中最常形成 9 到 13 点损伤的前提下安全的平衡其他变量。
  • 玩家抛掷飞镖。每个飞镖击中 X 或许 Y 坐标是均匀散布的，这导致了飞镖将在飞镖盘的中心区域集合。
  • 随机生成特性人物。在身高，体重，以及其他非玩家人物的物理特性上运用正态散布，将使你的游戏人口更加实在，其间大多数人是平均身高，很高或许很矮的人则并不多见。

• GKShuffledDistribution本身是均匀散布的，但随着时刻推移也阻止了重复值在序列中产生，如图 2-3 所示。

• 图 2-3洗牌类随机散布避免了重复呈现相同值

参阅

developer.apple.com/spritekit/

www.kingyeung.com/2014/05/spr…

SpriteKit Programming Guide

SpriteKit Framework Reference

GameplayKit Programming Guide

Sample Code

• SpriteKitShowCase – 本文项目的源码
• Boxes: GameplayKit Entity-Component Basics
• AgentsCatalog: Using the Agents System in GameplayKit
• DemoBots: Building a Cross Platform Game with SpriteKit and GameplayKit

ShowCase