新版“吃豆人”游戲的AI設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳漫紅，薛 雪

(北京聯(lián)合大學(xué) 師范學(xué)院， 北京 100011)

新版“吃豆人”游戲的AI設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳漫紅，薛 雪

(北京聯(lián)合大學(xué) 師范學(xué)院， 北京 100011)

新版“吃豆人”游戲在原版“吃豆人”游戲的基礎(chǔ)上，增加了一些現(xiàn)代元素和多種游戲規(guī)則模式，以達(dá)到成為現(xiàn)代人喜好的手機(jī)休閑游戲的目的。展示了該游戲的總體功能架構(gòu)，其中重點(diǎn)介紹了游戲人物的碰撞檢測(cè)和游戲人工智能的設(shè)計(jì)，所展示的新版“吃豆人”游戲開發(fā)的整個(gè)過程和提出的開發(fā)框架對(duì)Android游戲開發(fā)具有一定的參考意義。

“吃豆人”游戲；碰撞檢測(cè)；游戲人工智能

0 引言

提到“吃豆人”游戲，大家不禁會(huì)想起三十多年前由日本游戲公司南夢(mèng)宮(Namco)推出的一款有史以來最為成功的街機(jī)游戲——吃豆人。這個(gè)“吃豆人”形象是日本著名游戲設(shè)計(jì)師巖谷徹(ToruIwatani)所創(chuàng)，曾在電子游戲領(lǐng)域叱咤三十多年?，F(xiàn)如今“吃豆人”已經(jīng)成為流行文化的一部分，其主要人物是一個(gè)圓形的黃色小人，簡(jiǎn)約而不失創(chuàng)意，深受大眾喜愛，并且多次出現(xiàn)于各種包裝或卡通節(jié)目中，甚至之后的很多游戲都有其身影。原版的“吃豆人”游戲是跨平臺(tái)的，無論在微軟、索尼還是任天堂的主機(jī)以及帶有游戲功能的電視機(jī)上，人們都能玩到“吃豆人”游戲。

但隨著時(shí)代的發(fā)展，使用游戲機(jī)、電視機(jī)甚至是PC玩游戲已成為歷史，原版“吃豆人”游戲也已逐漸淡出公眾視野，主要是因?yàn)闆]有跟上當(dāng)今手機(jī)App時(shí)代的潮流。新版吃豆人游戲開發(fā)目的在于優(yōu)化經(jīng)典游戲，即在不破壞原版“吃豆人”游戲精髓的前提下，大大提高其耐玩性，使其成為具有故事背景、游戲模式多樣化，經(jīng)過測(cè)試可以在Android系統(tǒng)上運(yùn)行的且符合現(xiàn)代人喜好的手機(jī)休閑游戲，使曾風(fēng)靡一時(shí)的經(jīng)典“吃豆人”游戲以新的形式重現(xiàn)于人們的生活。同時(shí)對(duì)開發(fā)2D“像素風(fēng)”遍歷整個(gè)地圖類游戲及游戲的地圖具有管道特點(diǎn)的游戲AI設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)起到一定的借鑒作用。

1 基于Android新版“吃豆人”游戲功能設(shè)計(jì)

1.1 新版“吃豆人”游戲總體設(shè)計(jì)[1]

新版“吃豆人”游戲分為系統(tǒng)基礎(chǔ)與游戲主體兩層結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 新版“吃豆人”游戲總體設(shè)計(jì)圖

其中，系統(tǒng)基礎(chǔ)層包含聲音控制、圖像處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸，這三個(gè)模塊貫穿程序始終，起到根基作用；游戲主體模塊以用戶所見即所得為主，包含游戲選擇模塊和游戲過程模塊這兩大部分，其中游戲選單模塊業(yè)務(wù)邏輯是給游戲過程模塊傳值；游戲過程模塊是整個(gè)游戲中最為關(guān)鍵的部分，業(yè)務(wù)邏輯相對(duì)復(fù)雜，因此又將其細(xì)分為人機(jī)交互、游戲繪圖、人工智能、邏輯處理四部分。

1.2 游戲過程模塊設(shè)計(jì)

游戲過程模塊是實(shí)現(xiàn)新版“吃豆人”游戲的主要部分，展示出地圖、人物角色、敵人、道具等游戲內(nèi)容，并實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，使用戶能夠真正體驗(yàn)新版“吃豆人”游戲的樂趣。所以又包括：

(1)人機(jī)交互:實(shí)現(xiàn)用戶的控制，新版“吃豆人”游戲設(shè)計(jì)采用觸屏方式，當(dāng)用戶輕觸屏幕時(shí)，用戶控制的人物移動(dòng)方向?qū)?huì)改變。

(2)游戲繪圖:負(fù)責(zé)將處理完成的圖片繪制到屏幕上，其中包括地圖、主角、怪物、計(jì)分板的繪制方法和實(shí)際繪制指令。游戲中的尺寸單位將根據(jù)手機(jī)機(jī)型不同進(jìn)行調(diào)整。通過此模塊先獲取設(shè)備的屏幕分辨率，再根據(jù)分辨率計(jì)算單位尺寸，最終通過單位尺寸的倍數(shù)將所有內(nèi)容繪制在屏幕上。游戲繪圖模塊將每20s執(zhí)行一次，起到刷新屏幕繪制內(nèi)容的作用。

(3)人工智能AI:賦予游戲中敵人行動(dòng)的規(guī)則。在游戲過程中，每個(gè)敵人擁有一個(gè)初始的人工智能，但不是一成不變的，通過時(shí)間的推移或是道具的拾取，敵人的AI將會(huì)不斷變化。

(4)邏輯處理:是游戲中至關(guān)重要的一部分，它決定著游戲中勝敗的條件、碰撞的發(fā)生、分?jǐn)?shù)、生命值以及各種單位屬性的變化。該模塊定義在MainGame類中，其中又包含了獲得道具的函數(shù)、與敵人發(fā)生碰撞的函數(shù)以及游戲勝敗的函數(shù)等。

2 新版“吃豆人”游戲人物與情節(jié)設(shè)計(jì)

新版“吃豆人”游戲選取《東方project》作為游戲背景，《東方Project》是一個(gè)日本同人游戲社團(tuán)(上海愛麗絲幻樂團(tuán))所制作的一系列動(dòng)畫和漫畫，曾風(fēng)靡一時(shí)，其二次創(chuàng)作經(jīng)常應(yīng)用于游戲、動(dòng)畫、漫畫、音樂、文學(xué)等諸多領(lǐng)域。

2.1 游戲人物外觀設(shè)計(jì)

游戲?qū)⑦x取博麗靈夢(mèng)、霧雨魔理沙和十六夜咲夜這三名代表性人物作為主角，她們將被困于奇幻的魔法迷宮之中，游戲玩家將控制她們一步步破解魔法封印，逃離魔法迷宮。

(1)主角設(shè)計(jì)

游戲主角共設(shè)定三種，可供玩家選擇。她們的形象、速度、生命值都不一樣。具體如下：

主角一：十六夜咲夜，生命值7、速度4。她是完全灑脫的從者。其特點(diǎn)是速度最慢但生命值極高。適合操作不熟練的玩家選擇。

主角二：博麗靈夢(mèng)，生命值3、速度5。她是樂園的美妙巫女，各項(xiàng)能力均衡，是整個(gè)故事的核心人物。其特點(diǎn)是速度最慢但生命值極高。適合新玩家選擇。

主角三：霧雨魔理沙，生命值1、速度6。她是普通的魔法使，其特點(diǎn)是生命值最少但速度最快。適合高級(jí)玩家選擇。

(2)怪物精靈(NPC)設(shè)計(jì)

NPC1：當(dāng)游戲主角吃到綠色魔法石頭后，所有怪物將會(huì)變?yōu)閯?dòng)物并喪失攻擊性，NPC1將會(huì)變身為可愛的小兔子。

NPC2：當(dāng)主角吃到綠色魔法石頭后，NPC2會(huì)變身為憨厚老實(shí)的小烏龜。

NPC3:當(dāng)主角吃到綠色魔法石頭后，NPC3會(huì)變身為無攻擊力的小貓。

2.2 游戲人物的屬性設(shè)置

為了使游戲更適合現(xiàn)代人的特點(diǎn)，同時(shí)達(dá)到2.1節(jié)人物外觀的設(shè)計(jì)要求，對(duì)新版“吃豆人”游戲人物設(shè)計(jì)了18個(gè)屬性，其中整型變量占大多數(shù)，一共有11個(gè)；布爾型變量有4個(gè)用來判斷人物的移動(dòng)方向；Bitmap數(shù)據(jù)類型有3個(gè)，主要負(fù)責(zé)游戲人物狀態(tài)顯示的圖片來源。具體如下[2]：

intcharacter：游戲人物角色變量,變量的值為1～3，值為1時(shí)，匹配人物為“博麗靈夢(mèng)”；值為2時(shí)，匹配人物角色“霧雨魔理沙”；值為3時(shí)，匹配人物為“十六夜咲夜”。

intlife：游戲主角的生命值。因?yàn)樵撚螒蚺鲎菜惴ǖ奶攸c(diǎn)，實(shí)際顯示的生命值為此變量的1/2。

intscore：游戲主角的得分。即玩家獲得的分?jǐn)?shù)，該屬性會(huì)在游戲過程中不斷變化。

intstep：游戲人物的步長。表示人物角色的移動(dòng)速度，由于不同手機(jī)機(jī)型的屏幕尺寸和分辨率不同，該屬性的值采用相對(duì)坐標(biāo)表示。

intstayBean：剩余豆子數(shù)。表示主角通關(guān)還需吃掉的豆子數(shù)。

intx與inty：游戲人物的橫、縱坐標(biāo)。表示主角位于屏幕中橫、縱向的位置。

intxP與intyP：游戲人物橫、縱坐標(biāo)的偏移量。該變量負(fù)責(zé)微調(diào)游戲人物實(shí)際繪制在屏幕中的橫、縱向位置。

intx()：主角橫向的偏移坐標(biāo)。表示主角實(shí)際繪制在屏幕中的橫向位置，該屬性的值為x+xP。

inty()：主角縱向的偏移坐標(biāo)。表示主角實(shí)際繪制在屏幕中的縱向位置，該屬性的值為y+yP。

BitmapresourceBmp1：主角跑步狀態(tài)的圖片來源，數(shù)據(jù)類型為Bitmap。該變量負(fù)責(zé)獲取主角跑步狀態(tài)的圖片。

BitmapresourceBmp2：主角站立狀態(tài)的圖片來源，數(shù)據(jù)類型為Bitmap。該變量負(fù)責(zé)獲取主角站立狀態(tài)的圖片。

BitmapplayerBmp：主角顯示在地圖上的圖片。該屬性表示人物角色實(shí)際顯示在地圖上的圖片，該圖片由resourceBmp1和resourceBmp2分割而成。

booleanup，booleandown，booleanleft，booleanright：游戲人物角色是否向上、下、左、右移動(dòng)。

2.3 游戲人物的方法設(shè)置[3]

游戲主角的方法有4種，其中publicvoidmoveUD()和publicvoidmoveLR()分別控制主角上下和左右移動(dòng)；publicvoidrun是主角的多線程方法；publicvoiddrawPlayer是繪制主角的方法。

(1)publicvoidmoveUD()：主角上下移動(dòng)的方法。當(dāng)up屬性為true時(shí)，up1屬性在0～20內(nèi)循環(huán)自增，其中0到4、4到10、10到14、14到20這四種情況下，playerBmp屬性分別匹配主角向上移動(dòng)的四幅圖片，并且實(shí)時(shí)判斷人物角色上方是否有障礙物，若沒有障礙物，則主角的坐標(biāo)屬性y減去步長屬性step；否則主角的坐標(biāo)不變。當(dāng)down屬性為true時(shí)，down1屬性在0～20內(nèi)循環(huán)自增，其中0到4、4到10、10到14、14到20這四種情況下，playerBmp屬性分別匹配主角向下移動(dòng)的四幅圖片，并且實(shí)時(shí)判斷人物角色下方是否有障礙物，若沒有障礙物，則主角的坐標(biāo)屬性y加上步長屬性step；否則主角的坐標(biāo)不變。

(2)publicvoidmoveLR()：主角左右移動(dòng)的方法。當(dāng)left屬性為true時(shí)，left1屬性在0～20內(nèi)循環(huán)自增，其中0到4、4到10、10到14、14到20這四種情況下，playerBmp屬性分別匹配主角向左移動(dòng)的四幅圖片，并且實(shí)時(shí)判斷人物角色左方是否有障礙物，若沒有障礙物，則主角的坐標(biāo)屬性x減去步長屬性step；否則主角的坐標(biāo)不變。當(dāng)right屬性為true時(shí)，right1屬性在0～20內(nèi)循環(huán)自增，其中0到4、4到10、10到14、14到20這四種情況下，playerBmp屬性分別匹配主角向右移動(dòng)的四幅圖片，并且實(shí)時(shí)判斷人物角色右方是否有障礙物，若沒有障礙物，則主角的坐標(biāo)屬性x加上步長屬性step；否則主角的坐標(biāo)不變。

(3)publicvoidrun()：主角的多線程方法。當(dāng)主角的一個(gè)實(shí)例的線程開啟時(shí)，運(yùn)行此方法。在此方法中定義了循環(huán)運(yùn)行moveLR()和moveUD()的語句，并定義為每隔20ms循環(huán)一次。

(4)publicvoiddrawPlayer(Contextcontext,Canvascanvas,intplotSizeX,intplotSizeY)：主角的繪制方法。該方法是通過up、down、left、right和up1、down1、left1、down1八個(gè)變量的值來綜合判斷人物角色的移動(dòng)狀態(tài)，從而匹配到相應(yīng)的圖片，然后根據(jù)主角橫向和縱向的偏移坐標(biāo)繪制到屏幕相應(yīng)的位置上。

3 碰撞檢測(cè)

新版“吃豆人”游戲?qū)儆?D像素風(fēng)，游戲的地圖是以矩形圖塊為基本單位，所以其碰撞檢測(cè)選用矩形碰撞檢測(cè)方法[4]。

3.1 矩形碰撞檢測(cè)原理

在2D游戲中，矩形碰撞的前提是所有實(shí)體碰撞單位如障礙物、道具、人物等都以矩形的形式存在。矩形碰撞檢測(cè)原理示意圖如圖2所示。

圖2 矩形碰撞原理示意圖

判斷兩個(gè)物體橫向是否發(fā)生碰撞，可比較p1和p2的x坐標(biāo)之間距離和w1/2+w2/2的大小，當(dāng)p1和p2的x坐標(biāo)之間距離大于w1/2+w2/2時(shí)，兩物體橫向不發(fā)生碰撞，否則，兩物體橫向發(fā)生碰撞。

判斷兩個(gè)物體縱向是否發(fā)生碰撞，可比較p1和p2的y坐標(biāo)之間距離和h1/2+h2/2的大小，當(dāng)p1和p2的y坐標(biāo)之間距離大于y1/2+y2/2時(shí)，兩物體縱向不發(fā)生碰撞，否則，兩物體縱向發(fā)生碰撞。

判斷兩個(gè)物體是否發(fā)生碰撞需要結(jié)合橫向和縱向兩部分，這兩部分同時(shí)為真，才能確定兩物體發(fā)生碰撞。

3.2 新版“吃豆人”游戲中的碰撞設(shè)計(jì)[5]

游戲中主角與敵對(duì)精靈的碰撞采用矩形碰撞檢測(cè)原理，但判斷方法與上述的方法有所不同。因?yàn)樾掳妗俺远谷恕庇螒蛟O(shè)定所有游戲主角與NPC的大小全部相同，并且只有游戲主角和敵人之間會(huì)發(fā)生碰撞，因此可以選取游戲主角的坐標(biāo)和NPC坐標(biāo)直接的關(guān)系進(jìn)行碰撞判斷。

游戲中主角和NPC的坐標(biāo)都在其中心位置，通過判斷游戲主角的坐標(biāo)是否到達(dá)NPC坐標(biāo)周邊的某一位置來判斷它們是否發(fā)生碰撞，碰撞的判斷并非設(shè)定成人物邊緣發(fā)生重疊即為發(fā)生碰撞，而是游戲主角與NPC重疊到一定程度時(shí)才判斷發(fā)生碰撞。因此判斷方式設(shè)定為：當(dāng)玩家控制的游戲主角坐標(biāo)在NPC坐標(biāo)上下左右各加游戲圖塊橫縱尺寸的一半時(shí)，碰撞生效。游戲主角與NPC的碰撞檢測(cè)流程如圖3所示。

圖3 游戲主角與NPC的碰撞檢測(cè)流程圖

在新版“吃豆人”游戲中，主角和障礙物的碰撞判斷借助于地圖數(shù)組完成，將主角的橫縱坐標(biāo)分別除以地圖圖塊的橫縱尺寸，可以得到主角在數(shù)組中的位置，此時(shí)可以判斷其上下左右是否有障礙物，即判斷地圖第二層中，游戲主角位置的上下左右的元素是否為000，若為000則不發(fā)生碰撞，否則發(fā)生碰撞。游戲主角與游戲道具的碰撞檢測(cè)流程如圖4所示。

圖4 主角與游戲道具的碰撞檢測(cè)流程圖

4 游戲中AI的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

游戲AI是游戲中至關(guān)重要的一部分，游戲的趣味性與難度很大程度上取決于游戲AI。所以在編寫游戲的時(shí)候，需要從游戲的難易度、可玩度等多方面去設(shè)計(jì)游戲人物的AI方式。新版“吃豆人”游戲在原版“吃豆人”游戲的敵人行動(dòng)方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行了創(chuàng)新，制作出全新的、具有趣味性的AI。游戲AI有三種，分別是隨機(jī)移動(dòng)AI、追擊AI和逃亡AI[6]。這三個(gè)游戲AI都是基于直線移動(dòng)AI實(shí)現(xiàn)的。

4.1 直線移動(dòng)AI

設(shè)置此AI的敵人將直線移動(dòng)，直到撞到障礙物才會(huì)更改移動(dòng)方向。如當(dāng)游戲人物向上移動(dòng)時(shí)，實(shí)時(shí)判斷游戲人物上方是否有障礙物，若有障礙物則生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)，當(dāng)隨機(jī)數(shù)為0時(shí)，游戲人物將改為向下移動(dòng)；當(dāng)隨機(jī)數(shù)為1時(shí)，游戲人物將改為向左移動(dòng)；當(dāng)隨機(jī)數(shù)為2時(shí)，游戲人物將改為向右移動(dòng)。

4.2 隨機(jī)移動(dòng)AI

隨機(jī)移動(dòng)AI是原版游戲中橙色幽靈Clyde的行動(dòng)方式，但也并非是完全隨機(jī)的，試想如果是完全隨機(jī)，該幽靈將可能會(huì)原地打轉(zhuǎn)，或是在直線移動(dòng)中折返，這會(huì)使得游戲難度大幅度增加，因此對(duì)該AI的隨機(jī)性設(shè)計(jì)應(yīng)該設(shè)置在轉(zhuǎn)彎時(shí)。

在隨機(jī)移動(dòng)AI設(shè)計(jì)中，首先判斷敵人當(dāng)前的移動(dòng)方向，然后實(shí)時(shí)判斷其左右是否可轉(zhuǎn)彎，當(dāng)接近轉(zhuǎn)彎點(diǎn)時(shí)，在到達(dá)之前生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)，根據(jù)該隨機(jī)數(shù)決定人物角色是否轉(zhuǎn)彎。例如，當(dāng)人物角色向上移動(dòng)時(shí)，實(shí)時(shí)判斷人物左右是否可通過，如果可以通過，則生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)，如果人物左邊可以通過并且隨機(jī)數(shù)為0，則人物改為向左移動(dòng)，如果人物右邊可以通過并且隨機(jī)數(shù)為1，則人物改為向右移動(dòng)，其他情況則不改變移動(dòng)方向，繼續(xù)向上移動(dòng)。

4.3 追擊AI

新版“吃豆人”游戲中追擊主角AI借鑒了原版游戲中紅色幽靈Blinky的行動(dòng)方式，設(shè)置此AI的怪物會(huì)努力讓自己跑到主角的位置。同時(shí)會(huì)實(shí)時(shí)判斷自身與主角的相對(duì)位置，從而改變其移動(dòng)的方式。因?yàn)橛螒虻牡貓D具有管道式特點(diǎn)，當(dāng)怪物縱向移動(dòng)時(shí)，判斷自身與游戲人物主角橫縱距離的差值，如果縱向距離大于橫向距離，怪物保持縱向移動(dòng)，否則，怪物行動(dòng)方向?qū)⒏臑闄M向。怪物的移動(dòng)方向?qū)⑹冀K縮短與主角的相對(duì)距離。

4.4 逃亡AI

新版“吃豆人”游戲中主角逃亡AI借鑒了原版游戲中主角吃到大力丸后怪物的行動(dòng)方式，設(shè)置此AI的怪物會(huì)努力讓自己遠(yuǎn)離主角的位置。因?yàn)橛螒虻牡貓D具有管道式的特點(diǎn)，因此當(dāng)敵人縱向移動(dòng)時(shí)，判斷自身與人物角色橫縱距離的差值，如果縱向距離小于橫向距離，則敵人保持縱向移動(dòng)，否則，敵人的行動(dòng)方向改為橫向。敵人的移動(dòng)方向?qū)⑹冀K遠(yuǎn)離主角。因?yàn)槊總€(gè)敵對(duì)精靈都涉及到逃亡AI。

5 結(jié)論

新版“吃豆人”游戲借用經(jīng)典“吃豆人”的情懷和“遍歷豆子”游戲的勝利條件，但是游戲的情節(jié)設(shè)計(jì)、游戲地圖設(shè)計(jì)、游戲人物角色設(shè)計(jì)、游戲AI設(shè)計(jì)都有了較大的創(chuàng)新，使得游戲更具有趣味性和耐玩性。在開發(fā)基于Android新版“吃豆人”游戲中用到許多關(guān)鍵技術(shù)，主要包括Android游戲開發(fā)中通過Handler機(jī)制實(shí)現(xiàn)各個(gè)界面的控制調(diào)度，通過地圖類提前標(biāo)注游戲中NPC的運(yùn)動(dòng)路線，Android游戲開發(fā)中通過SurfaceView雙緩沖繪圖機(jī)制來實(shí)現(xiàn)視圖界面，加載界面進(jìn)度條技術(shù)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[7]，本文重點(diǎn)介紹了2D游戲開發(fā)中AI和碰撞算法的具體實(shí)現(xiàn)?；贏ndroid的新版“吃豆人”游戲設(shè)計(jì)與開發(fā)對(duì)于2D“像素風(fēng)”遍歷整個(gè)地圖類Android游戲開發(fā)具有一定的參考和借鑒意義。

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Design of high performance mass data storage simulator

ChenManhong,XueXue

(Teachers’College,BeijingUnionUniversity,Beijng100011,China)

Thenewversionof“thepac-man”gameisbasedontheoriginal“thepac-man”,addingsomemodernelementsandvariousrulesofthegamemodeltoit,inordertoaddsomemodernpreferencesofmobilephonecasualgames.Thisarticleshowsthefunctionofthegame’soverallarchitecture,amongthemthekeyistorealizethegamecharactercollisiondetectionandthedesignofartificialintelligence.ThisarticleshowstheAndroidgamedevelopmentofthewholeprocessandputsforwarddevelopmentframeworkfor“thepac-man”.Thegamedevelopmenthascertainreferencesignificance.

“thepac-man”game；collisiondetection；gameAI

TP

ADOI： 10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.22.013

陳漫紅，薛雪. 新版“吃豆人”游戲的AI設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2016,35(22)：47-50，60.

2016-07-20)

陳漫紅(1969-)，女，碩士，副教授，主要研究方向：數(shù)據(jù)庫、多媒體技術(shù)。

薛雪(1995-)，女，本科，主要研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)。