《軟件建模與實踐》課件-10-俄羅斯方塊游戲

俄羅斯方塊游戲軟件分析與設(shè)計過程文檔視圖結(jié)構(gòu)軟件的架構(gòu)主要內(nèi)容

理解游戲開發(fā)中的邏輯抽象掌握文檔視圖結(jié)構(gòu)軟件的設(shè)計課程目的重難點文檔視圖結(jié)構(gòu)10.1需求分析

俄羅斯方塊(Tetris)游戲是由俄羅斯人阿列克謝·帕基特諾夫發(fā)明的。Tetris游戲開始后，由4個小方塊組成的不同形狀的磚塊隨機出現(xiàn)，之后從屏幕上方中央落下，玩家通過調(diào)整磚塊的位置和方向，使它們在屏幕底部拼出完整的一條或幾條，這些完整的橫條會被消除，玩家得到分數(shù)獎勵。沒有被消除掉的方塊不斷堆積起來，一旦堆到屏幕頂端，玩家便告輸，游戲結(jié)束。10.1需求分析

通過分析，Tetris游戲在一個m×n的矩形框內(nèi)進行。游戲開始時，矩形框的頂部會隨機出現(xiàn)一個由四個小方塊構(gòu)成的磚塊(七種形狀)，每過一個很短的時間(我們稱這個時間為一個tick)，它就會下落一格，直到它碰到矩形框的底部，然后再經(jīng)過一個tick，它就會固定在矩形框的底部，成為固定塊。接著再過一個tick頂部又會出現(xiàn)下一個隨機形狀，同樣每隔一個tick都會下落，直到接觸到底部或者接觸到下面的固定塊時，再過一個tick它也會成為固定塊，再過一個tick之后會進行檢查，發(fā)現(xiàn)有充滿方塊的行則會消除它，同時頂部出現(xiàn)下一個隨機形狀。直到頂部出現(xiàn)的隨機形狀在剛出現(xiàn)時就與固定塊重疊，表示游戲結(jié)束。10.1需求分析由上可知，系統(tǒng)需要完成的功能如下：(1)方塊生成：當游戲運行開始或方塊成為固定塊后，應能在游戲面板頂部隨機生成一個新方塊，這樣便于玩家提前進行控制處理。(2)方塊控制：游戲玩家可以對出現(xiàn)的方塊進行移動處理，分別實現(xiàn)左移、右移、旋轉(zhuǎn)、快速下移、自由下落和行滿自動消除功能的效果。10.1需求分析(3)更新顯示：當在游戲中移動方塊時，需要先消除先前的游戲方塊，然后在新坐標位置重新繪制該方塊。(4)分數(shù)與速度更新：設(shè)定玩家得分獎勵的規(guī)則，例如，可以設(shè)置消除完整的一行得10分，兩行得30分。當分數(shù)達到一定數(shù)量后，需要給游戲者進行等級上的升級，并升級難度，例如，當玩家級別升高后，方塊的下落速度將加快。(5)系統(tǒng)幫助：玩家進入游戲系統(tǒng)后，通過幫助了解游戲的操作方式。10.2設(shè)計過程10.2.1

功能設(shè)計根據(jù)需求分析，俄羅斯方塊游戲的功能結(jié)構(gòu)如圖10-1所示。圖10-1

俄羅斯方塊游戲軟件功能結(jié)構(gòu)圖10.2.1

功能設(shè)計1.方塊生成新游戲的方塊使用隨機函數(shù)rand()可以產(chǎn)生0～6之間的游戲方塊編號。2.方塊控制方塊的移動控制是整個游戲的重點和難點，具體為：(1)左移處理過程。①判斷是否能夠左移，判斷條件有兩個：左移一位后方塊不能超越游戲底板的左邊線，否則將越界；并且在游戲方塊有值(值為1)的位置，游戲底板是不能被占用的(占用時值為1)。10.2.1

功能設(shè)計②清除左移前的游戲方塊。③在左移一位的位置處，重新顯示該游戲方塊。(2)右移處理過程。①判斷是否能夠右移，判斷條件有兩個：右移一位后方塊不能超越游戲底板的右邊線，否則將越界；游戲方塊有值的位置，游戲底板不能被占用。②清除右移前的游戲方塊。③在右移一位的位置處，重新顯示該游戲方塊。10.2.1

功能設(shè)計(3)下移處理過程。①判斷是否能夠下移，判斷條件有兩個：下移一位后方塊不能超越游戲底板的底邊線，否則將越界；游戲方塊有值的位置，游戲底板不能被占用。滿足上述兩個條件后，可以被下移處理。②清除下移前的游戲方塊。③在下移一位的位置處，重新顯示該游戲方塊。10.2.1

功能設(shè)計(4)旋轉(zhuǎn)處理過程。①判斷是否能夠旋轉(zhuǎn)，判斷條件有兩個：旋轉(zhuǎn)后方塊不能超越游戲底板的底邊線、左邊線和右邊線，否則將越界；游戲方塊有值的位置，游戲底板不能被占用。②清除旋轉(zhuǎn)前的游戲方塊；③

在旋轉(zhuǎn)后的位置處，重新顯示該游戲方塊。10.2.1

功能設(shè)計3.更新顯示當游戲中的方塊在進行移動處理時，要清除先前的游戲方塊，用新坐標重繪該游戲方塊。當消除滿行后，要重繪游戲底板的當前狀態(tài)。4.速度分數(shù)更新當行滿后，積分變量score會增加一個固定的值，然后將等級變量level和速度變量speed相關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)等級越高速度越快的效果。需要一個檢查一行是否填滿的函數(shù)。10.2.2類的設(shè)計俄羅斯方塊游戲的業(yè)務(wù)邏輯主要需要對兩個類進行類設(shè)計，一是游戲面板矩形框類；二是磚塊類。1.俄羅斯方塊游戲的矩形框類——CBin首先，定義一個CBin類描述俄羅斯方塊游戲的矩形框。對矩形框進行分析，它應該有三個私有的數(shù)據(jù)成員：image、width和height。CBin類將俄羅斯方塊游戲的矩形框描述成為一個二維數(shù)組image，變量width和height存儲了image的維數(shù)，如圖10-2所示。有磚塊的地方的值為磚塊的顏色值(例如1為紅色，4為藍色)，沒有磚塊的地方應為0值。10.2.2類的設(shè)計圖10-2

俄羅斯方塊游戲的矩形框接下來為CBin類添加5個成員函數(shù)，函數(shù)說明如表10-1所示。表10-1CBin類的成員函數(shù)說明函數(shù)名稱函數(shù)說明CBin(unsignedintw,unsignedinth)構(gòu)造函數(shù)，用來初始化數(shù)據(jù)成員width和height，并為image分配空間并初始化~CBin()析構(gòu)函數(shù)，刪除在構(gòu)造函數(shù)中為image分配的空間voidgetImage(unsignedint**destImage)將image的數(shù)據(jù)拷貝到destImage，可以假設(shè)destImage指向的空間足夠容納image的數(shù)據(jù)voidsetImage(unsignedint**srcImage)把srcImage中的數(shù)據(jù)拷貝到image，你可以假設(shè)srcImage是一個合法的指針unsignedintremoveFullLines()檢查image，如果任何一行完全填滿，則刪除這一行，并讓上面行的數(shù)據(jù)下移一行，返回刪除的總行數(shù)10.2.2類的設(shè)計2.俄羅斯方塊游戲的磚塊類接下來完成游戲的磚塊類，常用磚塊如圖10-3所示。圖10-3

俄羅斯方塊游戲的矩形框10.2.2類的設(shè)計每個磚塊的基本形狀都是由4個子塊組成，在此基礎(chǔ)上對這4個子塊基于x、y方向上的相對位置進行編碼，分別得到以下兩組二維數(shù)組。

其中，brickX存放了7種磚塊中4個子塊的x坐標，brickY存放了7種磚塊中4個子塊的y坐標。staticintbrickX[7][4]={{0,1,2,3},{0,1,1,2},{2,1,1,0},{1,1,2,2},{0,0,1,2},{2,2,1,0},{0,1,1,2}};staticintbrickY[7][4]={{0,0,0,0},{0,0,1,1},{0,0,1,1},{0,1,0,1},{0,1,1,1},{0,1,1,1},{0,0,1,0}};CBrick類的成員函數(shù)說明如表10-2所示。表10-2CBrick類的成員函數(shù)說明函數(shù)名稱函數(shù)說明CBrick();構(gòu)造函數(shù)unsignedintgetColour()獲得填充的顏色voidsetColour(unsignedintnewColour)設(shè)置填充顏色boolmove(intoffsetX,intoffsetY,unsignedint**binImage)實現(xiàn)磚塊的移動，可向左、向右、向下移動一格boolrotate(unsignedint**binImage);實現(xiàn)磚塊的旋轉(zhuǎn)voidoperator>>(unsignedint**binImage);重載運算符>>，通過設(shè)置映射到游戲矩形的2維數(shù)組binImage設(shè)置磚塊的顏色，這里假設(shè)binImage是一個合法的大小合適的2維數(shù)組10.3具體實現(xiàn)采用C++?面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言，對俄羅斯方塊游戲的業(yè)務(wù)邏輯類進行實現(xiàn)。1.矩形框類的實現(xiàn)CBin類的類定義和函數(shù)實現(xiàn)分別在文件bin.h和bin.cpp中完成，函數(shù)代碼如下：//文件bin.h#ifndefBIN_H#defineBIN_HclassCBin{private:unsignedint**image;unsignedintwidth;unsignedintheight;public:CBin(unsignedintw,unsignedinth);~CBin();unsignedintgetWidth(){returnwidth;};unsignedintgetHeight(){returnheight;};voidgetImage(unsignedint**destImage);voidsetImage(unsignedint**srcImage);unsignedintremoveFullLines();};#endif//實現(xiàn)文件bin.cpp#include"bin.h"CBin::CBin(unsignedintw,unsignedinth){width=w;height=h;image=newunsignedint*[height];for(unsignedinti=0;i<height;i++){image[i]=newunsignedint[width];for(unsignedintj=0;j<width;j++)image[i][j]=0;}}CBin::~CBin(){for(unsignedinti=0;i<height;i++){deleteimage[i];}delete[]image;}voidCBin::getImage(unsignedint**destImage){for(unsignedinti=0;i<height;i++)for(unsignedintj=0;j<width;j++)destImage[i][j]=image[i][j];}voidCBin::setImage(unsignedint**srcImage){for(unsignedinti=0;i<height;i++)for(unsignedintj=0;j<width;j++)image[i][j]=srcImage[i][j];}unsignedintCBin::removeFullLines(){unsignedintflag,EmptyLine=0;unsignedinti,j,m;for(i=0;i<height;i++){flag=0;for(j=0;j<width;j++){if(image[i][j]==0)flag=1;}

//當一行被完全填滿if(flag==0){for(j=0;j<width;j++){image[i][j]=0; //當前行清零，即刪除}

//上面的磚塊下落for(m=i;m>0;m--){for(j=0;j<width;j++){image[m][j]=image[m-1][j];}}for(j=0;j<width;j++){image[0][j]=0;}EmptyLine++; //記錄被刪除的行數(shù)i--; }}returnEmptyLine;}2.磚塊類的實現(xiàn)#ifndefBRICK_H#defineBRICK_H#include"bin.h"staticintbrickX[7][4]={{0,1,2,3},{0,1,1,2},{2,1,1,0},{1,1,2,2},{0,0,1,2},{2,2,1,0},{0,1,1,2}};staticintbrickY[7][4]={{0,0,0,0},{0,0,1,1},{0,0,1,1},{0,1,0,1},{0,1,1,1},{0,1,1,1},{0,0,1,0}};CBrick類的說明如下(文件brick.h)：classCBrick{protected:unsignedintcolour;unsignedintx[4];unsignedinty[4];public:CBrick();unsignedintgetColour(){returncolour;};voidsetColour(unsignedintnewColour){colour=newColour;};boolmove(intoffsetX,intoffsetY,unsignedint**binImage); //移動boolrotate(unsignedint**binImage); //旋轉(zhuǎn)voidoperator>>(unsignedint**binImage); //輸出圖像};#endif#include"stdafx.h"#include"brick.h"#include<string.h>#include<malloc.h>CBrick::CBrick(){colour=(rand()%7)+1;for(inti=0;i<4;i++){x[i]=brickX[colour-1][i];y[i]=brickY[colour-1][i];}}CBrick的三個函數(shù)類外實現(xiàn)代碼如下(brick.cpp)：boolCBrick::move(intoffsetX,intoffsetY,unsignedint**binImage){inti;intX[4],Y[4];for(i=0;i<4;i++) //針對每一個小方格的移動{X[i]=x[i]+offsetX;Y[i]=y[i]+offsetY;if(X[i]<0||X[i]>=10||Y[i]<0||Y[i]>=20)//判斷是否能夠移動成功returnfalse;if(binImage[Y[i]][X[i]]!=0)returnfalse;}for(i=0;i<4;i++){x[i]=X[i];y[i]=Y[i];}returntrue;}boolCBrick::rotate(unsignedint**binImage){inti;intxt[4],yt[4];for(i=0;i<4;i++){

//進行順時針90度坐標變換xt[i]=y[i]+x[1]-y[1];yt[i]=x[1]+y[1]-x[i];if(xt[i]<0||xt[i]>=10||yt[i]<0||yt[i]>=20)returnfalse;if(binImage[yt[i]][xt[i]]!=0)returnfalse;}for(i=0;i<4;i++){x[i]=xt[i];y[i]=yt[i];}returntrue;}voidCBrick::operator>>(unsignedint**binImage){for(inti=0;i<4;i++)binImage[y[i]][x[i]]=colour;}10.3具體實現(xiàn)3.可視化的設(shè)計在VisualStudio2010平臺下完成可視化的設(shè)計。(1)用MFC應用程序向?qū)陆ㄒ粋€單文檔應用程序NewTetris。在新建對話框中進行設(shè)置，項目類型選擇Singledocument，語言選擇中文簡體，去掉UseUnicodelibraries的勾選，項目風格選擇MFCstandard，其他頁面采用默認值，如圖10-4所示。圖10-4

MFC應用程序向?qū)陆▽υ捒?2)將bin.h、bin.cpp、brick.h、brick.cpp文件加入NewTetris工程。并在NewTetrisView.h文件前部添加：#include"bin.h"#include"brick.h"(3)游戲界面的可視化主要在視圖類中實現(xiàn)。在視圖類的類定義中添加如下成員變量：CBin*bin; //定義游戲矩形框指針CBrick*activeBrick; //定義指向當前下落磚塊的指針intgameOver; //判斷游戲是否結(jié)束intbrickInFlight; //判斷磚塊是否處于下落狀態(tài)intbrickType; //磚塊類別unsignedintinitOrientation; //初始狀態(tài)intnotCollide; //沖突否

unsignedintnumLines; //消的行數(shù)unsignedint**outputImage;intdifficulty; //定義游戲難度(4)在視圖類的構(gòu)造函數(shù)中添加初始化代碼：CNewTetrisView::CNewTetrisView(){bin=newCBin(10,20);activeBrick=NULL;gameOver=1;brickInFlight=1;brickType=0;initOrientation=0;notCollide=0;numLines=0;difficulty=500;outputImage=newunsignedint*[20];for(inti=0;i<20;i++){outputImage[i]=newunsignedint[10];}bin->getImage(outputImage); }(5)在析構(gòu)函數(shù)中添加如下代碼：CNewTetrisView::~CNewTetrisView(){

deletebin;}(6)在視圖類定義(NewTetrisView.h)中添加公有的成員函數(shù)的聲明：voidCNewTetrisView::DrawImage(CBin*bin,unsignedint**image,CDC*pDC){unsignedintwidth,i,j;unsignedintheight;width=bin->getWidth();height=bin->getHeight();intnSize=20;CRectrc;COLORREFBrickColor[8]={0xFFFFFF,0xFF0000,0x00FF00,0x0000FF,0x00FFFF,0xFFFF00,0x800000,0x800080}; for(i=0;i<height;i++){for(j=0;j<width;j++){rc=CRect(j*nSize,i*nSize,(j+1)*nSize,(i+1)*nSize);

//繪制面板if(image[i][j]!=0){pDC->FillRect(rc,&CBrush(BrickColor[image[i][j]]));}}}}在視圖類的實現(xiàn)文件(NewTetrisView.cpp)中，添加DrawImage函數(shù)的實現(xiàn)代碼：voidDrawImage(CBin*bin,unsignedint**image,CDC*pDC);(7)為工程添加如下菜單：頂級菜單ID_Game_Start開始(&S)難度(&D)屬性選擇pop-up，子菜單為：ID_DIFF_EASY 容易ID_DIFF_MID 中等ID_DIFF_SUP 高級(8)為ID_Game_Start、ID_DIFF_EASY、ID_DIFF_MID、ID_DIFF_SUP在視圖類中添加消息響應函數(shù)。并加入如下代碼：voidCNewTetrisView::OnGameStart(){gameOver=0;brickInFlight=0;numLines=0;for(unsignedinti=0;i<20;i++){for(unsignedintj=0;j<10;j++)outputImage[i][j]=0;}bin->setImage(outputImage);SetTimer(0,difficulty,NULL);}voidCNewTetrisView::OnDiffEasy(){difficulty=500;OnGameStart();}voidCNewTetrisView::OnDiffMid(){difficulty=350;OnGameStart();}voidCNewTetrisView::OnDiffSup(){difficulty=150;OnGameStart();}(9)為視圖類添加WM_TIMER的消息響應函數(shù)，并添加如下代碼：voidCNewTetrisView::OnTimer(UINTnIDEvent){unsignedintbinWidth,binHeight;unsignedinti=0;unsignedintj=0;CDC*pDC=GetDC();binWidth=bin->getWidth();binHeight=bin->getHeight();//startthegameif(!brickInFlight&&!gameOver){activeBrick=newCBrick;bin->getImage(outputImage);notCollide=activeBrick->move(binWidth/2,0,outputImage);if(notCollide){brickInFlight=1;activeBrick->operator>>(outputImage);Invalidate(FALSE);}else{

//程序結(jié)束gameOver=1;deleteactiveBrick;brickInFlight=0;}}if(brickInFlight&&!gameOver){bin->getImage(outputImage);notCollide=activeBrick->move(0,1,outputImage); //下落if(notCollide){activeBrick->operator>>(outputImage);}else{brickInFlight=0;//bin->getImage(outputImage);activeBrick->operator>>(outputImage);bin->setImage(outputImage);Invalidate(FALSE);numLines=numLines+bin->removeFullLines();bin->getImage(outputImage);}Invalidate(FALSE);}if(gameOver){KillTimer(0);if(MessageBox("輸了吧，還玩么","提示",MB_YESNO)==IDYES)OnGameStart();else//exit(0);PostQuitMessage(0);

//這兩種方法都可以退出程序}CView::OnTimer(nIDEvent);}(10)在視圖類的OnDraw函數(shù)中添加如下代碼：voidCNewTetrisView::OnDraw(CDC*pDC)//去掉參數(shù)pDC兩邊的注釋符{CNewTerisDoc*pDoc=GetDocument();ASSERT_VALID(pDoc);pDC->Rectangle(0,0,200,400);charbuf[100];sprintf(buf,"分數(shù)：%d",numLines*10);pDC->TextOut(220,20,buf);DrawImage(bin,outputImage,pDC);}(11)為視圖類添加WM_KEYDOWN的消息響應函數(shù)，并添加如下代碼：voidCNewTetrisView::OnKeyDown(UINTnChar,UINTnRepCnt,UINTnFlags){bin->getImage(outputImage);if(nChar==VK_RIGHT&&!gameOver)activeBrick->move(1,0,outputImage); //向右elseif(nChar==VK_LEFT&&!gameOver)activeBrick->move(-1,0,outputImage);elseif(nChar==VK_UP&&!gameOver)activeBrick->rotate(outputImage);elseif(nChar==VK_DOWN&&!gameOver)while(activeBrick->move(0,1,outputImage));

//一鍵下落activeBrick->operator>>(outputImage);//輸出圖形//updatethedisplayif(!gameOver)Invalidate(FALSE);CView::OnKeyDown(nChar,nRepCnt,nFlags);}(12)編譯、鏈接、運行。4.實現(xiàn)磚塊的三維化前面的程序的磚塊繪制出來是平面的，看起來不是很美觀，我們添加一些函數(shù)，使得磚塊看起來有三維的效果。在視圖類定義(NewTetrisView.h)中添加兩個公有的成員函數(shù)的聲明：COLORREFGetLightColor(COLORREFm_crBody);COLORREFGetDarkColor(COLORREFm_crBody);在NewTetrisView.cpp文件前部添加：#defineCOLOR_CHANGE60在視圖類的實現(xiàn)文件(NewTetrisView.cpp)中，添加這兩個函數(shù)的實現(xiàn)代碼：COLORREFCNewTetrisView::GetLightColor(COLORREFm_crBody){BYTEr=GetRValue(m_crBody);BYTEg=GetGValue(m_crBody);BYTEb=GetBValue(m_crBody);r=r+COLOR_CHANGE>255?255:r+COLOR_CHANGE;g=g+COLOR_CHANGE>255?255:g+COLOR_CHANGE;b=b+COLOR_CHANGE>255?255:b+COLOR_CHANGE;returnRGB(r,g,b);}COLORREFCNewTetrisView::GetDarkColor(COLORREFm_crBody){BYTEr=GetRValue(m_crBody);BYTEg=GetGValue(m_crBody);BYTEb=GetBValue(m_crBody);r=r-COLOR_CHANGE<0?0:r-COLOR_CHANGE;g=g-COLOR_CHANGE<0?0:g-COLOR_CHANGE;b=b-COLOR_CHANGE<0?0:b-COLOR_CHANGE;returnRGB(r,g,b);}修改視圖類的DrawImage函數(shù)，添加如下黑體代碼：voidCNewTetrisView::DrawImage(CBin*bin,unsignedint**image,CDC*pDC){//省略前面代碼//繪制面板if(image[i][j]!=0){pDC->FillRect(rc,&CBrush(BrickColor[image[i][j]]));pDC->Draw3dRect(rc,GetLightColor(BrickColor[image[i][j]]),GetDarkColor(BrickColor[image[i][j]]));}

//省略后面代碼}圖10-5

編譯、鏈接、運行結(jié)果編譯、鏈接、運行結(jié)果如圖10-5所示。5.使用雙緩沖技術(shù)解決屏幕閃爍運行程序，會發(fā)現(xiàn)程序有些閃爍，這是因為程序受WM_TIMER消息觸發(fā)，調(diào)用OnTimer函數(shù)，OnTimer函數(shù)中調(diào)用的Invalidate函數(shù)會觸發(fā)對OnDraw函數(shù)的調(diào)用，從而不停地重繪窗口的結(jié)果。在VC++?的文檔/視圖結(jié)構(gòu)中，CView的OnDraw函數(shù)用于實現(xiàn)絕大部分圖形繪制的工作。如果用戶改變窗口尺寸，或者顯示隱藏的區(qū)域，OnDraw函數(shù)都將被調(diào)用來重繪窗口。并且，當程序文檔中的數(shù)據(jù)發(fā)生改變時，一般必須通過調(diào)用視圖的Invalidate(或InvalidateRect)成員函數(shù)來通知Windows所發(fā)生的改變，對Invalidate的調(diào)用也會觸發(fā)對OnDraw函數(shù)的調(diào)用。正因為OnDraw函數(shù)被頻繁調(diào)用，所以在其執(zhí)行時，每次都刷新填充一次客戶視圖區(qū)域，便會使屏幕不穩(wěn)定，產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。采用雙緩沖方式可以消除屏幕閃爍。普通繪圖方式與雙緩沖繪圖方式的區(qū)別在于：普通繪圖方式可以看作是在屏幕上直接繪制圖形，雙緩沖繪圖方式是先在內(nèi)存中創(chuàng)建的“虛擬屏幕”上繪制，然后將繪制完成的圖形一次性“拷貝”到屏幕上。修改視圖類的OnDraw函數(shù)：voidCNewTetrisView::OnDraw(CDC*pDC){CNewTetrisDoc*pDoc=GetDocument();ASSERT_VALID(pDoc);intm_nWidth,m_nHeight; CDCm_memDC;CBitmapm_memBmp;//1.用于映射屏幕的內(nèi)存設(shè)備環(huán)境//獲取游戲窗口的大小用于下面設(shè)置內(nèi)存位圖的尺寸CRectwindowRect;GetClientRect(&windowRect);m_nWid