對2D遊戲引擎設計的一些思考

原始連結：http://dev.gameres.com/Program/Visual/2D/對2D遊戲引擎設計的一些思考.htm  

 

     前不久用模擬器玩了SFC上的一個經典SLG——聖龍戰記後，突然對它出色的表現有了濃厚的興趣，尤其是在那種硬體平台下，僅僅3M的遊戲竟然能夠有如此出色的表現！不僅是畫面表現得極致，而且整個遊戲的系統，情節相對當今的大多數遊戲來說，實在是有過之而無不及！~實在是佩服萬分~！

　　確實,現在的硬體條件都比以前好多了，做一個遊戲也越來越簡單了(雖然我沒有在DOS下寫過程式，但是經過兩年多的編程，對各個方面都有些瞭解，仍能體會到在DOS下寫遊戲的痛苦:))， 現在各種各樣的遊戲開發包也越來越多了，不說別的，就直接用DirectX SDK吧，做一個小的遊戲比如飛機類也不會花幾天時間(以前我花了3天做過一個^_^)，開發簡單了，自然有些東西就不那麼講究了，比如說現在的商業遊戲的容量，無論是什麼都先比光碟片多少，你的3CD，我來5CD，除去裡面"免費贈送"的一些"原聲大蝶" 阿，"官方資料"阿之類的東西，一個遊戲至少也有1個G，(大概是現在的硬碟在大家的眼中不怎麼值錢了吧，可能商家是這麼認為的，也可能是福士心理：東西越多越好嘛:))，真正有用的資料有多少？估計也只有商家才清楚~先不說某些遊戲連壓縮都沒壓縮過就裸用一大堆的24Bit BMP( 沒錯，就是標準的位元影像)來做遊戲中的資源(僅僅做了一個未壓縮的資源套件，很輕鬆就能提取出全部資源:))，畫面看起來效果好嗎？確實，不過那沒有什麼，反正就是美工的表現嘛!還對機器要求至少有PIII 500、128M以上的RAM~真是Faint！

　　赫赫，也許大多數人不在乎上面提到的東西~可是作為一個遊戲開發人員，一個遊戲程式設計者，就要在能力範圍內對遊戲程式做儘可能的最佳化(先不提商業製作的一些"無奈"的原因的阻礙)，就比如說星際，大概是我所見到的PC上的商業遊戲中做的最好的一個了:)

　　好了,廢話了一大堆,下面來談談點正式的。
　　如今2D PC遊戲上，最流行的就是16位色的顯示方式(主要是從速度和記憶體消耗以及顯示品質這些方面上來綜合)，16位色上基本上是565的顯示方式(我到現在還從來沒有見到一台555顯示的機器或一塊555的顯卡)，所以我只討論16bit下565 模式。

　　下面的方法是由於'調色盤'而來的靈感~
　　(先申明,這種方法絕對不適合主流技術,基於上面我所說的遊戲----聖龍戰記，可以做類似的遊戲~不適合基於象素的遊戲,對TILE類遊戲比較實用)

　　由於TILE類遊戲用到的TILE顏色相對都比較固定，顏色種類比較少，所以我們可以選取一個固定的調色盤，裡面能容納大部分的TILE顏色，這樣所有TILE的資料都可以用這個調色盤的索引來表示，當然為了方便，256種顏色最好不過，這樣每個點只佔8位(也許有人會說，這樣不就乾脆建立一個8位色的遊戲不就行了？嘿嘿，稍安勿躁，馬上解釋)，在記憶體消耗上就有了很大的優勢~如果再壓縮一下，嘿嘿........

　　從速度上來說，由於遊戲裡面需要大量的特效，比如最常用的半透明效果，色彩飽和效果、陰影製作效果、灰階化等等效果，所以從這方面來考慮。

　　由於只用到了256色，混合後的顏色也在256種顏色內，所以考慮用查表方式，
　　這256種顏色從16Bit 565模式共65536種顏色的色彩空間中提取出來，這樣就算是32級的Alpha混合也就只佔用256*256*32*8bit=2M的記憶體。
　　但是用16級或者12級我就覺得夠了，這樣就有 256*256*16*8Bit = 1M 或者 256*256*12*8Bit = 768K
　　色彩飽和表就只需要 256*256*8Bit = 64K

　　陰影表也就只要 256*256*8Bit = 64K
　　灰階表只要 256*8Bit = 0.256K
　　一共加起來也就1M左右,呵呵夠少吧!
　　如下:
　　　　static unsigned char BDI_AlphaBlendTable[16][256][256]; //16級Alpha混和表
　　　　static unsigned char BDI_AdditiveTable[256][256];       //Additive表
　　　　static unsigned char BDI_SubTable[256][256];            //陰影表
　　　　static unsigned char BDI_GrayTable[256];                //灰階表

　　那麼，哪256種顏色可以很好的描述大部分圖片的顏色呢？
　　嘗試過幾個不同的調色盤後，最後發現下面這個調色盤效果最好（並且還有附加的優勢！稍後看到）
　　如下，
　　　　unsigned short wPal[256];
　　　　for(int i=0;i<256;i++)
　　　　{
　　　　　wPal[i]=i|(i<<8);
　　　　}

　　也就是說這個調色盤的高8位和低8位是相同的，嘿嘿，想到什麼了？（趕快用10秒鐘猜猜，下面回答）

　　當然這樣一來也就不能直接用DirectDraw裡面的Blt之類的東西啦~，另外，由於我們的資料保留的是調色盤的索引，所以，不能直接Blt到BackSurface上，自己分配一個緩衝區，大小和BackSurface一樣大，不過用byte類型就夠啦~

　　自己寫幾個Blt吧：

　　比如一個Alpha混合的操作：（代碼取自我給出的Demo)
    void GBDI::DrawToScreenAdditiveSrcColorKey(unsigned char*pBufDest,int nDestWidth,unsigned char*pBufSour,int nLine,int nRow)
    {
        unsigned char*pDestAddr = pBufDest;
        unsigned char*pSourAddr = pBufSour;
        for(register int i=0;i<nRow;i++)
        {
            for(register int j=0;j<nLine;j++)
            {
                if(*pSourAddr != m_byColorKeyIndex)
                {
                    *pDestAddr = GBDI::BDI_AdditiveTable[*pSourAddr][*pDestAddr];
                    //這個地方極大的節省了大量的數學運算
                }
                pDestAddr++;
                pSourAddr++;
            }
            pBufDest += nDestWidth;
            pBufSour += m_nWidth;
            pDestAddr = pBufDest;
            pSourAddr = pBufSour;
        }
}

上面的操作是經過裁減過後的顯示，裁減代碼如下：

    RECT rtDest = {m_position.x,m_position.y,m_position.x+pScreen->GetWidth(),m_position.y+pScreen->GetHeight()};
    RECT rtSour = m_rtShowArea;
    if(rtDest.top<0)
    {
        rtSour.top -= rtDest.top;
        rtDest.top = 0;
    }
    if(rtDest.left<0)
    {
        rtSour.left -= rtDest.left;
        rtDest.left = 0;
    }
    if(rtDest.left+rtSour.right-rtSour.left>pScreen->GetWidth())
    {
        rtSour.right = rtSour.left+pScreen->GetWidth()-rtDest.left;
    }
    if(rtDest.top+rtSour.bottom-rtSour.top>pScreen->GetHeight())
    {
        rtSour.bottom = rtSour.top+pScreen->GetHeight()-rtDest.top;
    }

    unsigned char*pBufDest = pScreen->GetBuffer()+pScreen->GetWidth()*rtDest.top+rtDest.left;//目標地址
    unsigned char*pBufSour = m_pData+m_nWidth*rtSour.top+rtSour.left;//源地址
    int nLine = rtSour.right-rtSour.left;
    int nRow = rtSour.bottom-rtSour.top;

　　各種參數的含義都比較明顯，瞭解E文的並且寫過代碼的應該都能看懂，看不懂的如果有興趣的話，自己去看完整原始碼，好了，如何才能在螢幕上正確的顯示呢？　這個問題就很簡單了，當然最最直接的方法就是：

　　for(緩衝區上的每一個點)
　　　　BackSurface上的每一個點 = 緩衝區上的每一個點所代表的調色盤的值

嘿嘿,別忘記了,上面說過用到的調色盤是什麼來的?
低8位和高8位相同!
如果瞭解mmx的話,就應該知道這一條指令:punpcklbw
哈哈!如何?知道最佳化的方法了吧?

下面是我的Demo中的代碼：
    DDSURFACEDESC2 ddsd;
    ZeroMemory(&ddsd,sizeof(ddsd));
    ddsd.dwSize = sizeof(ddsd);
    hr = m_pDSBack->Lock(NULL,&ddsd,DDLOCK_WAIT,NULL);
    while(DD_OK!=hr)
    {
        if(DDERR_SURFACELOST==hr)
            RestoreSurface();
        else
            return;
        hr=m_pDSBack->Lock(NULL,&ddsd,DDLOCK_WAIT,NULL);
    }
    unsigned char*pSourBuf = (unsigned char*)m_pBuffer;

    if(m_bDefaultPal)//如果是採用了預設的調色盤(高8位==低8位)
    {
        //由於初學mmx,還不會作mmx指令的最佳化~代碼見笑了~
        unsigned long dwResPitch = ddsd.lPitch-(m_nWidth<<1);
        unsigned char*pBuf = (unsigned char*)ddsd.lpSurface;
        unsigned long dwHeight = m_nHeight;
        unsigned long loopTime = m_nWidth>>5; //一次處理32個索引點
        {
            _asm
            {
                mov esi,pSourBuf;
                mov edi,pBuf;
                mov edx,dwHeight;
rowLoop:
                cmp edx,0;
je end;
                mov ecx,loopTime;
                mmxdraw:
                movq mm0,[esi]; //8個索引點
                movq mm2,[esi+8]; //後8個索引點
                movq mm4,[esi+16];
                movq mm6,[esi+24];
                movq mm1,mm0;
                movq mm3,mm2;
                movq mm5,mm4;
                movq mm7,mm6;
                punpcklbw mm0,mm0; //0-3個索引的值
                punpckhbw mm1,mm1; //4-7
                punpcklbw mm2,mm2; //8-11
                punpckhbw mm3,mm3; //12-15
                punpcklbw mm4,mm4;
                punpckhbw mm5,mm5;
                punpcklbw mm6,mm6;
                punpckhbw mm7,mm7;

                movq [edi],mm0;
                movq [edi+8],mm1;
                movq [edi+16],mm2;
                movq [edi+24],mm3;
                movq [edi+32],mm4;
                movq [edi+40],mm5;
                movq [edi+48],mm6;
                movq [edi+56],mm7;

                add esi,32;
                add edi,64;
                loop mmxdraw;
                dec edx;
                add edi,dwResPitch;
                jmp rowLoop;
end:
                emms;
            }
        }
    }
    else
    {
        unsigned long dwResPitch = (ddsd.lPitch>>1)-m_nWidth;
        unsigned short*pBuf = (unsigned short*)ddsd.lpSurface;
        for(register int i=0;i<m_nHeight;i++)
        {
            for(register int j=0;j<m_nWidth;j++)
            {
                *pBuf = m_pPal[*pSourBuf];
                pBuf++;
                pSourBuf++;
            }
            pBuf += dwResPitch;
        }
    }
    m_pDSBack->Unlock(NULL);

嘿嘿，最後最最重要的一點就是:效果如何呢？
這一點我無權評論，大家可以看看demo再說在我的機器( CII 950 + 256M SDR)上FPS最高能到200左右。

　　附帶一點，這個Demo中，我運用了類似模擬器上的圖層管理的方法，其思想就是分n個layer，每個layer上的圖元都有一個高度，高度範圍為m，然後每一個layer上的圖元全部由m個鏈表串連起來，畫圖順序為：最先畫的圖層是0號圖層，最先畫的是0號鏈表，直到n個layer和m個高度(這樣就可以隨意關閉或者開啟第幾個layer，就像模擬器一樣，並且很容易的實現流水線渲染具體情況看我的demo代碼)。

　　最後說明，現在的遊戲都使用的是即時計算來進行渲染(包括我正在寫的一個engine)，並且使用3d加速來做特效上面這種方式雖然簡單高效，但是只是在TILE方式下～～有興趣研究Tile方式的遊戲的朋友們不妨try一下～

　　好了，就到這裡，浪費大家的寶貴時間了，多有得罪～

Demo download

有興趣的朋友歡迎和我探討：
game-diy@163.com
OICQ:30784290(難得糊塗)
http://www.gamepp.org/

2003/12/4 night