基于Android新版“吃豆人”游戲的設計與實現

陳漫紅 薛 雪

(北京聯合大學師范學院 北京 100011)

基于Android新版“吃豆人”游戲的設計與實現

陳漫紅 薛 雪

(北京聯合大學師范學院 北京 100011)

新版“吃豆人”游戲是在原版“吃豆人”游戲的基礎上，增加一些現代元素和多種游戲規則模式，以達到適合現代人喜好的手機休閑游戲的目的。展示該游戲的總體功能架構，并在實現游戲地圖優化、游戲人物角色設計以及游戲AI等的基礎上，完成網絡對戰、跨平臺等多項功能。

“吃豆人”游戲 碰撞檢測 游戲AI 游戲地圖

0 引 言

提到“吃豆人”游戲，讓人不禁會想起三十多年前，由日本游戲公司南夢宮(Namco)推出的一款有史以來最為成功的街機游戲——吃豆人。 “吃豆人”形象是日本著名游戲設計師巖谷徹(Toru Iwatani)所創，曾在電子游戲領域叱咤三十多年。現如今“吃豆人”形象已經成為流行文化的一部分，其中的主要人物是一個圓形的黃色小人，簡約而不失創意，深受大眾喜愛，并且多次出現于食品包裝或卡通節目中，以至于之后的很多游戲都有其身影。原版“吃豆人”游戲是跨平臺的，無論在微軟、索尼及任天堂的主機上，或者是帶有游戲功能的電視機，人們都能玩到這款游戲。

但是隨著時代的發展，使用游戲機、電視機甚至是PC機玩游戲已成為歷史，原版“吃豆人”游戲，也已逐

漸淡出公眾視野，主要是因為沒跟上當今手機APP時代的潮流。開發新版“吃豆人”的目的在于優化經典游戲，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，使其成為一款具有故事背景、游戲模式多樣化，且經過測試可以在Android系統上運行的，符合現代人喜好的手機休閑游戲，使曾風靡一時的經典“吃豆人”游戲以新的形式重現于人們的生活。

1 基于Android新版“吃豆人”游戲功能設計

1.1 新版“吃豆人”游戲總體設計

新版“吃豆人”游戲分為系統基礎與游戲主體兩層結構，如圖1所示。

圖1 新版“吃豆人”游戲總體設計圖

其中：系統基礎層包含聲音控制、圖像處理、網絡傳輸，這三部分貫穿程序始終，起到根基作用；游戲主體模塊以用戶所見即所得為主，包含游戲選擇和游戲過程模塊，其中游戲選單模塊的主要任務是給游戲過程模塊傳值；游戲過程模塊是整個游戲中最關鍵的部分，其業務邏輯相對復雜，因此又將其細分為人機交互、游戲繪圖、人工智能和邏輯處理四部分。

1.2 系統基礎層設計

(1) 聲音控制模塊

它包含音樂和音效控制模塊。音樂控制模塊用MediaPlayer類進行處理，該類可加載和播放較大的聲音文件，但是不宜同時播放多個文件。音效控制模塊選用SoundPool類進行管理，它可存放多個聲音文件，每個文件可以設置各自的屬性，如優先級、質量、音量、均衡等。該類適合播放小文件，并且可以同時播放多個聲音文件。

(2) 圖像處理模塊

它是游戲開發中最為重要的部分，該模塊主要是對游戲中的圖片進行獲取、縮放、旋轉、剪裁。在Android中的圖片可用Bitmap類進行封裝，對圖片的編輯和獲取通過BitmapFactory類的靜態方法來實現。

(3) 網絡傳輸模塊

它采用C/S架構，Socket技術實現。該技術的優點在于其網絡傳輸的方式為一問一答，不易丟失數據。網絡傳輸模塊又分為進入吃豆人主游戲前和進入游戲主體部分后的網絡傳輸模塊。前者的作用是對游戲中人物角色、場景以及游戲模式的選擇進行互傳，后者的作用是在游戲中收集雙方的戰況、地圖、怪物等實時數據并進行互傳。

1.3 游戲主體設計

(1) 游戲選擇模塊

通過該模塊的多個View中的選項進入游戲，通過這些選項，用戶將選擇到所需的游戲模式、人物角色及關卡。模塊中所有View及按鈕層次結構如圖2所示。

(2) 游戲過程模塊

如圖1所示，它是實現吃豆人游戲的主體部分，除設置地圖、人物角色、敵人、道具等游戲元素外，還實現人機交互功能。所以又分為：

① 人機交互模塊

它實現用戶的控制，游戲采用觸屏方式，當用戶輕觸屏幕時，用戶控制的人物將會改變移動方向。

② 游戲繪圖模塊

它負責將處理完成的圖片繪制到屏幕上，包括地圖、主角、怪物、計分板的繪制方法和實際繪制指令。其中的尺寸單位將根據手機機型不同進行調整。執行時會先獲取設備的屏幕分辨率，再根據分辨率計算單位尺寸，最后通過單位尺寸的倍數將所有內容繪制在屏幕上。該模塊每20秒執行一次，起到刷新屏幕繪制內容的作用。

③ 人工智能模塊

它是賦予游戲中敵人行動的規則。為游戲設計了隨機移動AI、追擊AI和逃亡AI。其中每個敵人擁有一個初始的AI，但它們通過時間的推移或道具的拾取，將會不斷變化。

④ 邏輯處理模塊

它是游戲中至關重要的部分，決定著游戲中勝敗的條件、碰撞的發生、分數、生命值，以及各種單位屬性的變化。該模塊定義在MainGame類中，其中又包含了得到道具的函數、與敵人發生碰撞的函數、游戲勝敗的函數等。

2 新版“吃豆人”游戲具體設計

2.1 游戲情節的設計

在Android游戲開發中，游戲情節可源于個人創意，其他或是改編自其他游戲，如動漫或小說等作品。新版“吃豆人”游戲選取《東方project》作為游戲背景，《東方Project》是日本同人游戲社團(上海愛麗絲幻樂團)所制作的一系列動畫和漫畫，深受廣大動漫迷的喜愛，常被人拿來做二次設計。

新版“吃豆人”游戲開發將選取博麗靈夢、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。

2.2 游戲人物設計

(1) 主角設計

游戲中共設定三個人物主角，以供玩家選擇。她們各自的形象、速度、生命值都不一樣。玩家可以根據自己的喜好和需要進行選擇。

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

主角二：博麗靈夢，生命值3、速度5。她是樂園的美妙巫女，各項能力均衡，是整個故事的核心人物，其特點是速度快但生命值少，適合新玩家選擇。

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

(2) 怪物精靈(NPC)設計

NPC1：當游戲主角吃到綠色魔法石頭后，所有怪物將會變為動物并喪失攻擊性。其中，NPC1將會變身為可愛的小兔子；NPC2會變身為憨厚老實的小烏龜； NPC3會變身為無攻擊力的小貓。

2.3 游戲的音樂和音效設計

2.3.1 音 樂

新版“吃豆人”游戲的背景音樂都是原創的音樂，主要分為兩種:一種是在選擇界面時播放的，由簡單、舒緩的小調和弦構成，讓它循環播放;另一種在開始游戲的時候，以明快的hip-hop節奏為主，烘托出歡快緊張的氣氛，同樣讓它循環播放。背景音樂將選用MediaPlayer類進行播放。

2.3.2 音 效

特殊音效共有七種。首先在選擇界面時有兩種，一種是第一次選擇屏幕選項的時候，另一種是第二次確定屏幕選項的時候。其次在游戲過程中有五種：分別是在游戲開始的時候、在游戲主角吃豆子的時候、在游戲主角吃到道具的時候、在主角生命值減少或者游戲結束的時候以及在游戲勝利的時候。特殊音效將選用SoundPool類進行播放。

2.4 游戲中的其他設計

2.4.1 道具設計

游戲中設計了不同類型道具，當玩家與道具發生碰撞，游戲中特定的元素將會發生變化。

(1) 魔石設計

新版吃豆人游戲將經典吃豆人的“大力丸”替換為四種顏色的魔石，并且每種顏色代表的能力不同。其中：綠色魔石象征自然，獲得后NPC變為動物形態。紅色魔石象征生命，獲得后生命值+1；藍色魔石象征時間，獲得后NPC靜止；紫色魔石象征魔力，獲得后速度會加快。

(2) 機關設計

新版吃豆人游戲中增加了地圖機關，在游戲的“智力關卡”中有所體現。主角在不破解機關之前，是無法吃到所有豆子的，設置了如下兩組機關：

機關1：以鑰匙和門的形式展現。它們是一一對應的，在“智力關卡”中，會有關在木門里的豆子和敵對精靈，游戲主角在沒有拿到鑰匙的情況下是無法進去的。只有吃到鑰匙，地圖上的木門才會開啟。

機關2：以樹葉和樹木的形式展現。它們也是一一對應的。在“智力關卡”中，會有被樹木擋住的豆子和敵對精靈。如果游戲主角沒有解鎖樹葉封印的樹木，就無法完成游戲。只有吃到樹葉，地圖上的樹才會消失。

2.4.2 圖片變化類的設計

為了提高代碼的復用性，在游戲設計過程中，將改變圖片尺寸和選擇圖片的方法封裝在MyBmpFactory類中。當需要改變圖片尺寸時，可以通過新建一個MyBmpFactory的實例來實現所需要的效果。

3 游戲中的關鍵技術

3.1 游戲地圖的設計

游戲地圖的設計主要包括地圖的分層、地圖的繪制和地圖中游戲元素的擺放。

3.1.1 地圖的分層設計

地圖通過二維數組來實現對圖塊的匹配，從而畫出一張完整地圖。游戲中的地圖以圖塊拼接方式繪制，總共分四層。

第一層：游戲背景層，是游戲中不動的背景，又叫地面層。其余幾層將在此層上面繪制。這層不會與游戲中的精靈進行碰撞，精靈將在它上面行走。

第二層：物理實體層，是游戲中的實體。在游戲中這一層是精靈將無法通過的特殊層，但是可與精靈進行碰撞。用于擺放墻壁、門、樹等障礙物。

第三層：機關道具層。是游戲中的道具如豆子、鑰匙、寶石等。主角可以通過碰撞他們從而增加積分或觸發事件。

第四層：天空層，是可以遮蔽精靈的高層物體，如山洞、高層的樹葉等，它們不可與精靈碰撞但可以遮蔽精靈的顯示。

3.1.2 地圖的繪制

定義地圖的二維數組中的元素以int類型儲存，每個元素都在000至999范圍之內，每個數字匹配一張圖塊。當游戲運行時，從地圖第一層到第四層逐一將匹配的圖片繪制到屏幕上，圖塊的位置和尺寸由數組元素的角標和屏幕尺寸決定。

在每塊圖塊繪制前，將會執行匹配圖片的一段代碼。該代碼通過判斷語句得出該元素是000至999中的哪一個數字，再根據判斷結果返回圖片對象。

3.1.3 關于地圖中元素的擺放

地圖中的門、樹等機關類實體將會添加至第二層中，而觸發機關的道具將添加至第三層中，玩家控制的人物碰撞機關道具時，相應的機關和該位置的道具都會消失。

地圖中的道具將添加至第三層中，共分為四種：紅色生命寶石，人物獲得后生命值+2；藍色速度寶石，人物獲得后速度增加；紫色魔法石人物獲得后，所有怪物將在一定時間之內定身；綠色魔法石后，獲得后所有怪物將變為動物并喪失攻擊性。

將“吃豆人”經典的豆子添加到第三層中，玩家控制的人物碰到豆子時，其 score屬性將會增加，且該位置的豆子消失，直到該層中沒有豆子時，游戲結束。

3.2 游戲AI設計

游戲AI是游戲設計中至關重要的部分，游戲的趣味性與難度很大程度上取決于游戲AI。原版“吃豆人”游戲擁有一套出色的游戲AI。新版“吃豆人”游戲在原版游戲敵人行動方式的基礎上，設計出全新的、具有趣味性的游戲AI。分別是隨機移動、追擊和逃亡AI。這三種游戲AI都是在直線移動AI基礎上實現的。

3.2.1 直線移動AI

設置此AI的敵人將會直線移動，直到撞到障礙物才會更改移動方向。當游戲人物向上移動時，實時判斷游戲人物上方是否有障礙物，如果有障礙物則生成一個隨機數，當隨機數為0時，游戲人物將改為向下移動；當隨機數為1時，游戲人物將改為向左移動；當隨機數為2時，游戲人物將改為向右移動。

3.2.2 隨機移動AI

這是原版游戲中橙色幽靈Clyde的行動方式，但也并非是完全隨機的，試想如果是完全隨機，該幽靈將可能會原地打轉，或是在直線移動中折返，這會使游戲難度大幅增加。因此在隨機移動AI設計中，首先判斷敵人當前的移動方向，然后實時判斷其左右是否可以轉彎，當到達轉彎點時或到達之前生成一個隨機數，根據該隨機數決定人物角色是否轉彎。如當人物角色向上移動時，實時判斷人物左右是否可通過，若可通過，則生成一個隨機數，如果人物左邊可通過并且隨機數為0，則人物改為向左移動，如果人物右邊可通過并且隨機數為1，則人物改為向右移動，其他情況則不改變移動方向，繼續向上移動。

3.2.3 追擊AI

追擊主角的AI設計借鑒了原版游戲中紅色幽靈Blinky的行動方式。設置此AI的怪物會努力讓自己跑到主角的位置，同時實時判斷自身與主角的相對位置，從而改變其移動的方向。因為游戲地圖具有管道式的特點，當怪物縱向移動時，判斷自身與游戲主角橫縱距離的差值，若縱向距離大于橫向距離，怪物保持縱向移動，否則，怪物的行動方向改為橫向。怪物移動方向將始終縮短與主角的相對距離。

3.2.4 逃亡AI

新版“吃豆人”游戲中主角逃離的AI設計，借鑒了原版游戲中主角吃到大力丸后，怪物的行動方式。設置此AI的怪物會努力讓自己遠離主角的位置，因為游戲的地圖具有管道式的特點，使得當敵人縱向移動時，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，敵人保持縱向移動，否則，敵人的行動方向將改為橫向。敵人的移動方向將始終遠離主角。因為這個逃亡AI每個NPC都涉及到，所以將它寫成一個逃亡函數，NPC分別函數傳Monster變量即可。

3.3 碰撞檢測算法

新版“吃豆人”游戲屬于2D像素風，游戲的地圖是以矩形圖塊為基本單位的，所以其碰撞檢測選用矩形碰撞檢測方法。

3.3.1 矩形碰撞檢測原理

在2D游戲中，矩形碰撞的前提是假設所有實體碰撞單位如障礙物、道具、人物等都以矩形的形式存在。矩行碰撞檢測原理如圖3所示。

圖3 矩形碰撞原理示意圖

判斷兩個物體橫向是否發生碰撞時，可比較p1和p2的x坐標之間距離和w1/2+w2/2的大小。當p1和p2的x坐標之間距離大于w1/2+w2/2時，兩物體橫向不發生碰撞，否則發生碰撞。

判斷兩個物體縱向是否發生碰撞時，可比較p1和p2的y坐標之間距離和h1/2+h2/2的大小，當p1和p2的y坐標之間距離大于y1/2+y2/2時，兩物體縱向不發生碰撞，否則發生碰撞。

判斷兩個物體是否發生碰撞，需要橫向和縱向兩部分同時為真的情況下，才能確定兩物體發生碰撞。

3.3.2 新版“吃豆人”游戲中的碰撞設計

游戲中主角與NPC的碰撞采用矩形碰撞檢測原理，但判斷方法與基本原理中所闡述的方法有所不同。因為新版“吃豆人”游戲設定所有游戲主角與NPC的大小全部相同，且只有游戲主角和敵人之間才會發生碰撞，因此可以選取游戲主角的坐標和NPC坐標直接的關系進行碰撞判斷。

游戲中主角和NPC的坐標都在其中心位置，通過判斷主角的坐標是否到達NPC坐標周邊的某一位置，來判斷主角和NPC是否發生碰撞。發生碰撞的判斷并非設定成人物邊緣發生重疊即為發生碰撞，而是游戲主角與NPC重疊到一定程度時，才判斷發生碰撞。因此判斷方式設定為：當玩家控制的游戲主角坐標在NPC坐標上下左右各加游戲圖塊橫縱尺寸的一半時，碰撞生效。游戲主角與NPC的碰撞檢測流程如圖4所示。

圖4 游戲主角與NPC的碰撞檢測流程圖

在新版“吃豆人”游戲中，游戲主角和障礙物的碰撞判斷借助于地圖數組完成。將游戲主角的橫縱坐標分別除以地圖圖塊的橫縱尺寸，可得到主角在數組中的位置，此時可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，如果是000則不發生碰撞，否則發生碰撞。游戲主角與游戲道具的碰撞檢測流程如圖5所示。

圖5 主角與游戲道具的碰撞檢測流程圖

4 游戲網絡設計

游戲網絡設計是新版“吃豆人”游戲的特色，同時也是難點。因為游戲含有關卡選擇和人物選擇的部分，所以網絡部分將設計為兩段：第一段將在進入主游戲之前收集并傳遞游戲模式信息、關卡信息以及人物角色信息；第二段將在進入主游戲之后收集和傳遞游戲過程中的信息，這兩段網絡設計均采用Socket技術進行。游戲的互聯網對戰仍在開發中，現將局域網環境下對戰的設計說明如下。

4.1 進入游戲前客戶端和服務器

在進入網絡游戲前，服務器端將負責選擇關卡和游戲模式，并且從三名人物角色中選擇一名，而客戶端只需選擇人物角色即可。因此，服務器端要向客戶端發送關卡變量stage、游戲模式變量netmode，以及人物角色變量character的鍵值對，并且接收客戶端發來的人物角色character變量的鍵值對。而客戶端需要發送人物角色character變量的鍵值對，并且接收服務器端關卡變量stage、游戲模式變量netmode，以及人物角色變量character的鍵值對，雙方收集好信息后即可開始游戲。

4.2 進入游戲后客戶端和服務器

在新版“吃豆人”游戲中，網絡對戰包括分屏和同屏兩種模式。在局域網下，二人作戰，兩種模式的網絡延遲均在1 ms以內。

(1) 分屏模式

對戰雙方的屏幕中的內容互不影響，雙方在同一時間、同一個關卡中各自展開游戲，最后哪一方最先通關哪一方即為勝者。因此，在該模下服務器和客戶端均需要向對方發送人物的生命值、得分以及剩余豆子數并接收對方所傳遞的數據。

(2) 同屏模式

對戰雙方共享同一屏幕中的內容，其中地圖、怪物、道具等游戲資源將完全共享，雙方在同一時間和場景中一同展開游戲，最后分數最高者為勝者。因此，同屏模式下需要傳輸的內容要多于分屏模式。該模式將會以服務器端為主，服務器將發送地圖、怪物以及人物角色數據；客戶端接收這些數據，并依據這些數據改變自身的地圖和怪物狀態。客戶端只發送人物角色數據至服務器，服務器將會通過接收到的人物角色數據對地圖、怪物等元素進行反饋。

此外，新版“吃豆人”游戲開發出一套微機版，可適應Win 7系統，支持最高分辨率為1 920×1 080，在微機版游戲中的圖片大小將根據屏幕分辨率的大小同比例放大和縮小。

5 系統測試與真機運行展示

5.1 系統碰撞測試

5.1.1 地圖與精靈的碰撞測試

通過上述的碰撞檢測算法進行測試后發現，由于人物角色圖片尺寸和繪制尺寸的影響，使得人物顯示的位置有少許偏差。這將會出現人物雖然碰到墻壁后位置不動，但是有一半身子顯示在墻壁之上的情況。解決方法是調整人物角色兩個方向坐標的偏移量，從而微調人物角色繪制的具體位置。

5.1.2 主角與精靈的碰撞測試

通過上述的碰撞檢測算法進行測試后，發現人物角色與敵人每碰面一次，實際碰撞效果卻為兩次。該問題所影響的只有人物角色生命值的統計量，即每次碰撞后，生命值-2。解決方法是將實際顯示的生命值定義為人物角色的life屬性的值除以2，如人物角色的生命值為5，則life屬性的值應該為10。

5.1.3 精靈與道具的碰撞測試

精靈與道具的碰撞和精靈與地圖的碰撞大同小異，因此，該項測試重點關注與道具碰撞后應該觸發的事件是否能夠正常執行。經過測試發現，每項道具均能達到預期效果。

5.2 真機運行測試

系統開發完成后，用于不同手機機型中進行測試。測試結果發現，部分圖片與模擬器測試時顯示不一致，經過調試發現，模擬器與真機存在尺寸單位不一致的問題，使得在分割圖片時產生了尺寸上的不匹配。解決方法是將剪裁圖片的代碼中，含有屬于絕對數值的均改為原圖的百分比來實現。

5.3 運行結果展示

玩家點擊手機上的應用圖標時，游戲的主界面如圖6所示。

圖6 游戲主界面

因為游戲有兩種模式，在這里選擇“單人游戲”，則進入“單人游戲”界面，如圖7所示。

圖7 游戲選擇界面

如果選擇“闖關模式”就會直接從第一個關卡開始游戲。游戲開始運行如圖8所示。會有一張“START”的圖片由小變大充斥屏幕后消失，即意味著游戲開始。

圖8 開始游戲界面

若在圖7中選擇“選關模式”，就會出現關卡選擇界面。其中包括四個關卡，兩種風格。第一種是“智力吃豆人”，游戲的地圖運行簡單，但是設有障礙物，如小門和樹木。這些障礙物阻擋了主角的吃豆任務，需要鑰匙和樹葉解除障礙。玩家需要在不被敵對精靈逮住的情況下，解除障礙吃掉豆子。“-stage001-”和“-stage002-”就采用了這種方法。第二種是“傳統吃豆人”，游戲地圖比較復雜，主角以吃完所有的豆子為取得勝利的方法。其中可以借助不同的魔法石獲得不同的輔助效果。“-stage003-”和“-stage004-”采取的是這種方法，如圖9和圖10所示。

圖9 “-stage003-”關卡界面運行圖

圖10 “-stage004-”關卡界面運行圖

6 結 語

基于Android的新版“吃豆人”游戲借用經典“吃豆人”的情懷和“遍歷豆子”的游戲勝利條件，但是游戲的情節設計、地圖設計、人物角色設計和游戲AI設計卻有了較大的創新，使得游戲更具有趣味性和耐玩性。其特色主要表現在：操作平臺多樣化，既可以在電腦上運行，也可以在手機上運行；游戲模式升級，實現了單人游戲和網絡對戰兩大模式；游戲邏輯趣味化，增加了人物角色選擇功能和地圖機關功能；游戲耐玩性的提升，為游戲量身定制了三個敵對精靈的AI方式；游戲界面更優化，全新的游戲情節與游戲界面；游戲代入感的強化，原創背景音樂與經典音效的完美結合。這些特點使得經典得以重現，既滿足曾玩過原版“吃豆人”游戲人們的懷舊情懷，同時又適合現代人的娛樂方式。此外基于Android的新版“吃豆人”游戲設計與開發對于2D“像素風”遍歷整個地圖類Android 游戲開發具有一定的參考和借鑒意義。

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DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A NEW VERSION OF “THE PAC-MAN” GAME BASED ON ANDROID

Chen Manhong Xue Xue

(Teachers’College,BeijingUnionUniversity,Beijng100011,China)

The new version of “the Pac-man” game is adding some modern elements and various rules of game modes on the basis of the original “the Pac-man” game to be more suitable for modern preferences of mobile phone in order to achieve the purpose of casual games. This article shows the function of the game’s overall architecture, and in the realization of the game map optimization, game character design and game AI, on the basis of complete net-play, cross-platform and so on many functions.

“the Pac-man” game Collision detection Game AI Game map

2016-07-20。陳漫紅，副教授，主研領域：數據庫及多媒體技術。薛雪，學士。

TP3

A

10.3969/j.issn.1000-386x.2017.06.021