毕业设计基于J2ME的手机游戏设计.doc

毕业设计（论文）摘 要J2ME(Java 2 Micro Edition) 是近年来随着各种不同设备，尤其是移动通信设备的飞速发展而诞生的一项新的开发技术。它定位在消费性电子产品的应用上，对设备的智能化、多样化，提供了革命性的解决方案，并因其“Write Once, run anywhere”的Java特性而提高开发的效率。随着手机的日益普及、Java功能在移动设备上的实现，Java应用程序产生的手机增值服务逐渐体现出其影响力，对丰富人们的生活内容、提供快捷的资讯起着不可忽视的作用。本论文着眼于J2ME技术的应用，开发一款可商用的手机游戏程序坦克大战。本程序的界面和运作方式继承于日本任天堂公司在20世纪80年代开发的Battle City游戏，将老少皆宜的经典作品移植到手机上来，为更流行的硬件平台提供应用软件。本论文介绍了任天堂红白机的软硬件特性、J2ME的相关技术及本程序的结构分析和具体功能的实现。关键词 J2ME 手机游戏 Java 坦克大战Abstract:J2ME is a kind of fast developing technology implemented on various devices especially mobile communication equipments. It focuses on application for consumptive electronic products, providing revolutionary solution to the intelligentization and diversification of the equipment. It improve the efficiency of the development process thanks to its “Write Once, run anywhere” nature.When cell phone is getting ever more popular nowadays, with the implementation of Java technology on mobile equipment, increment of capital on communication service exhibits its force on peoples everyday life, providing them ever fast information just in hand. This dissertation focuses on implementation of J2ME technology and has developed a commercial game suite run on mobile phonesTank. This application inherits many characters of the old fashioned game Battle City which developed by Nintendo in 1980s. It transports the classical product to mobile phones, offering corresponding software for such more popular hardware platform.This dissertation introduces the characteristic of Nintendo FC machine and its software, J2ME and its relative technology as well as this programs structure and analysis of implementation in details. Keywords: J2ME Mobile game Java Tank Battle City1. 引 言1.1 手机软件现状 在信息社会中，手机及其他无线设备越来越多的走进普通百姓的工作和生活，随着信息网络化的不断进展，手机及其他无线设备上网络势在必行。但是传统手机存在以下弊端：1. 传统手机出厂时均由硬件厂商固化程序，程序不能增加、删除，有了错误也不能更新、修改，若要增加新功能必须另换一部手机。2. 传统手机访问互联网是通过WAP(Wireless Application Protocal)，所有网络资源必须接通网络才能在线访问，非常耗时、费用亦很高。而Java技术在无线应用方面的优势非常明显：1. 应用程序可按需下载，而不是购买由硬件商提供的套件，可升级空间大。2. Java技术提供了一个类库，它使的应用开发商可以创建更为直觉、丰富的用户界面(GUI)；3. Java技术使网络带宽的应用更为有效，因为应用程序可以下载到器件上，并在本地运行，仅仅是在连接到服务器时才会占用网络带宽。基于以上分析，Java手机将是未来手机的发展方向，是业界的热点。1.2 游戏业务及J2ME概况1图1.1 Java平台的结构虽然 Java 已经被用到许多企业级软体上，可是其实骨子里面还是非常适合用在嵌入式系统之中。Java平台演进到Java2后，Java平台分别针对不同领域的需求被分成四个版本，亦即J2EE、J2SE、J2ME以及JavaCard(其结构示意图见图1-1)。其中J2ME定位在消费性电子产品的应用上。这个版本针对资源有限的电子消费产品的需求精简核心类库，并提供了模块化的架构让不同类型产品能够随时增加支持的能力。这个版本的应用层面相当广泛，会是未来Java平台发展的重点项目。J2ME 在设计其规格的时候，遵循着“对各种不同的装置而造出一个单一的开发系统是没有意义的事”这个基本原则。于是 J2ME 先将所有的嵌入式装置大体上区分为两种：一种是运算功能有限、电力供应也有限的嵌入式装置(比方说PDA 、手机)；另外一种则是运算能力相对较佳、在电力供应上相对比较充足的嵌入式装置 (比方说冷气机、电冰箱、电视机上盒 (set-top box)。因为这两种型态的嵌入式装置，所以Java 引入了一个叫做Configuration 的概念，把上述运算功能有限、电力有限的嵌入式装置定义在Connected Limited Device Configuration(CLDC)规格之中；而另外一种装置则规范为 Connected Device Configuration(CDC)规格。也就是说， J2ME 先把所有的嵌入式装置利用Configuration 的概念区隔成两种抽象的型态。J2ME平台被认为是最杰出的手机游戏平台，它为开发者、设备制造商、网络通信公司和消费者广泛接受。它有一些非常重要的特征对所有组织都有益。因为J2ME应用在不同设备上都是便携式的，他们常常可在网络上下载和执行。如果没有正确的防范，它则为用户和无线通信公司冒着无数个安全的风险。幸运的是，Java被设计成一种安全的语言。所有字节码应用在执行之前都要校验；JVM在执行过程中监督应用的安全性和存储违反问题。MIDP v2 运行时间包括一个完全特征化的、基于域的安全管理员，它在应用的数字签名者鉴别的基础上赋予应用API级许可。纵观IT产业的历史，就像军事的发展时常推动计算机的演化一样，计算机游戏已经成为技术创新背后的动力之一。计算机游戏者渴望更加强大的硬件计算能力；渴望不受不同的软件的限制无论是将图形强制在人工智能（AI）上 还是网络安全性。游戏开发者和玩家常常是前沿计算机技术的最早的采用者。由于他们的创新天性，游戏不再是由大型采购公司控制的技术产品游戏领域总是有充足的空间给那些在这方面有天分的单个创新者。手机游戏的盈利主要是由于它们的涉及面很广。手机已经与现代生活方式紧紧地结合在一起。他们是最普遍携带的个人用品中仅次于钥匙和钱包的东西。传统的台式机游戏将目标锁定在低级趣味的人和青少年身上，而手机游戏则每个人都可以访问的到随时，随地。尽管每个手机游戏都不贵，但是巨大的使用量（如：每人每星期一个新游戏）将使得这个市场商机无限。但是，对于开发者来说，将控制台游戏迁移到手机游戏工程很大。因为他们所面向的对象、生活方式和分布式模型都有着极大的区别。一个成功的手机游戏大多具有以下特征：4易于学习: 既然手机游戏面向的是普通消费者而不是计算机专家，那么他们不可能深入的学习游戏技巧。消费者不会花几个小时去研究一个3元的手动操作的游戏。保持游戏的简单是最基本的要求。 可中断性: 多任务处理是手机生活方式的基本特征。手机用户常常在任务（如等一个电子邮件或者等车）之间有一小段时间。而游戏、日历管理、通讯和工作数据访问使用的是同一个设备。所以一个好的手机游戏应该提供短时间的娱乐功能，并且允许用户在游戏和工作模式之间顺利切换。 基于订阅：手机游戏的盈利成功取决于他们巨大的使用量。一开始开发和设计每个游戏都是昂贵的。如果一个手机游戏开发者要赢利的话，重要的是：同一个游戏引擎，多个标题，基本的故事情节类似。基于订阅的游戏是不断产生收入的最好方法。 丰富的社会交互: 不管一个游戏设计得多好，只要玩家找到了它的根本模式或者玩完了所有的游戏路径很快就会厌烦这个游戏。对于一个基于订阅的游戏，重要的是与别的玩家合作以增强所玩游戏的智力和随机性。在今天纷繁复杂的多玩家游戏中具有丰富社会交互的游戏证明是成功的。 利用手机技术的优点： 巨额的手机技术研发费用都花在提高设备和网络的可用性和可靠性上面。因此，手机设备硬件和网络协议与桌面/控制台世界（如全球定位系统(GPS)扩展、条形码扫描仪、和短消息服务(SMS)/多媒体信息服务(MMS)通讯）有着非常大的差别。好的手机游戏应该利用那些更新的设备特征和网络基础设备的优点。 无违法内容：既然所有年龄/性别的人群都玩手机游戏并且常常在公共/工作场合，就应该避免明显的暴力或者色情内容。1.3 任天堂(Nintendo)的8位FC机器和Battle City背景介绍FC(Family Computer)主机在欧美又称Nintendo Entertainment System（可译作任天堂娱乐平台即NES）。FC主机在游戏业界造成的巨大冲击众所周知，这款主机在当时事实上几乎占领了世界各地多个国家的整个游戏市场，并使得逐渐没落的北美游戏市场再度复苏。这款主机的性能比当时的多数主机都要强大，而价格上却便宜得多。主机所采用得处理器为CMOS 6502，一款已经淘汰的70年代中期产品。由于其价格便宜且极易使用，经过任天堂的改造后又焕发了全新活力。6502 芯片cpu 主频为8 bit，12 MHz，内存8k，画面 52色，同屏最多显示其中的13色，声音2个矩波,1个三角波，1个杂音，1个PCM音频(见图1-2)。Battle City是其发售卡带中的一款力作，设置了35个关卡，可以双人操纵，画面设置了若干种类的建筑物和阻挡物，以消灭所有敌人为通关条件，并有接宝物等增加游戏效果的设置，画面精美，音效杰出，在PC机的80386处理器仍未面世的当时，能在硬件上运行这样的2D程序不得不令人惊叹，难怪常有人说游戏程序是最大限度发挥硬件水平的载体。其游戏界面如图1-3所示。图1.2 80年代中期的FC机器图1.3 Battle City的界面1.4 本章小结引言和第一章中介绍了手机在无线应用方向的当今概况，并介绍了游戏业务在当前社会的发展潜力。分析了J2ME在手机软件开发中起的重要作用，描述了本论文的相关背景。2. 开发环境及相关技术的介绍2.1 开发环境操作系统：Microsoft Windows XP程序语言：J2ME开发包： Java Development Kit 1.5.0 Wireless Tool Kit 2.5.1IDE: Eclipse3.1.2 EclipseME Java语言的特点21. 平台无关性Java引进虚拟机原理，并运行于虚拟机，实现不同平台之间的Java接口。使用Java编写的程序能在世界范围内共享。Java的数据类型与机器无关。2. 安全性Java的编程类似C+,但舍弃了C+的指针对存储器地址的直接操作，程序运行时，内存由操作系统分配，这样可以避免病毒通过指针入侵系统。它提供了安全管理器，防止程序的非法访问。3. 面向对象 Java吸收了C+面向对象的概念，将数据封装于类中，实现了程序的简洁性和便于维护性，使程序代码可以只需一次编译就可反复利用。4. 分布式Java建立在TCP/IP网络平台上，提供了用HTTP和FTP协议传送和接收信息的库函数，使用其相关技术可以十分方便的构建分布式应用系统。5. 健壮性Java致力与检查程序在编译和运行时的错误，并自动回收内存，减少了内存出错的可能性。Java取消了C语言的结构、指针、#define语句、多重继承、goto语句、操作符、重载等不易被掌握的特性，提供垃圾收集器自动回收不用的内存空间。2.3 关于Eclipse6 Eclipse是一个开放源代码的、基于Java的整合型可扩展开发平台，也是目前最著名的开源项目之一，IBM在最近几年里也一直在大力支持该项目的发展，目标是将其做成用以替代IVJ的下一代IDE开发环境，就其本身而言，它只是一个框架和一组服务，用于通过插件组件构建开发环境。幸运的是，Eclipse 附带了一个标准的插件集，包括 Java 开发工具（Java Development Tools，JDT）。其未来的目标不仅仅是成为专门开发Java程序的IDE环境，根据Eclipse的体系结构，通过开发插件，它能扩展到任何语言的开发，甚至能成为图片绘制的工具。更难能可贵的是，Eclipse是一个开放源代码的项目，任何人都可以下载Eclipse的源代码，并且在此基础上开发自己的功能插件，同时可以通过开发新的插件扩展现有插件的功能，比如为了进行手机应用程序的开发就是通过J2ME插件的扩展来加以实现的。可以无限扩展，而且有着统一的外观，操作和系统资源管理，这也正是Eclipse的潜力所在。2.4 关于Wireless Tool Kit WTK(Wireless Tool Kit)是Sun公司针对J2ME推出的用于手机和Palm等移动设备的开发包，是除手机厂商的专用开发包外唯一的手机模拟器开发包。它通用性高，开发出的应用程序可保证能运行在大部分设备上，而不像专用厂商具有一定的不兼容性。虽然它没有强大的功能和完善的调试手段，但它提供运行模拟器的最基本组件，是其他IDE需集成采用的必备元素。2.5 Java Application Manager手机中负责调配程序运行资源的管理后台是Java Application Manager。它所使用的传输媒体可以是红外线、网络、以及其他可用来传输的媒体。Java Application Manager 会从网络上下载代表该Application Suite 的JAR 档，接着在手机上安裝此MIDlet Suite，然后在手机开始执行该应用程序。整个详细的运作流程如图2-1所示。2.6 本章小结第二章介绍了Java语言的特点、本程序的开发环境及其相关工具的原理和使用。存储媒体手机内建浏览器JavaApplicationManagerKVM描述档图示档JAR档Java ServletHTML网页6安装应用程序8载入并执行应用程序使用者手机网站4.选择应用程序7.启动网络1浏览网页2.浏览描述档3.浏览图示5.下载图示和JAR档图2.1 JAM工作流程图 3. 程序流程和相关技术3.1 本程序需解决的有关技术问题1. 游戏程序是一项精度要求很高的程序系统，因为其代码利用率很高。一个实时运行的最终作品，每秒都会运行成千上万行程序，绘图事件、键盘事件都会以极高的频率在后台等待响应，若有丝毫的差别都将很容易导致程序在运行不久后可能出现严重错误，甚至死循环。因此，其逻辑设计应当相当严谨，需将所有可能发生的事件及意外情况考虑在设计中。2. 游戏中为了美观，适用性强，可能需要采用外部文件引入的图片贴图，有关贴图，在MIDP2.0中提供了用于增强游戏功能的game包，使得解决静态或动态、画面背景、屏幕刷新的双缓冲等都有较好的解决方案。3. 己方坦克的运行可以通过键盘响应事件控制，但敌方则因为是自动运行，就需要有一定其一定的智能性；同时，出现在屏幕上的敌方可能会有较多的数量，这需要为每个敌方开辟一个线程以便能让其独立运行。Java的多线程能力为实现这样的游戏提供了可能。敌人坦克的运行算法也需要进行适当的设置，以免游戏过于简单，单调。4. 对于双方坦克发出的子弹的控制也需要对其跟踪控制，子弹也需要处在独立的线程中。敌方子弹仅需要扫描用户坦克，而用户坦克需要在每一步扫描所有的敌方坦克。这需要对所有的对象有较好的控制。另外，子弹在运行过程中也需要实时扫描是否碰撞到了相关障碍物或屏幕边界。如此过多的线程同时在本来效率就不高的KVM虚拟机上运行，也许会导致程序的缓慢。5. 双方的坦克在前进时也需要考虑到是否碰撞到相关物体或对方坦克，以免重叠运行，造成许多物理上不可能的情况，缺乏真实感。每一次刷新页面、每前进一步都需要将所有的周围环境都进行扫描。6. 游戏的结束、开始、动态信息画面作为构成一个完美程序都是必不可少的重要部分。良好的用户界面更是吸引用户的硬指标，相关的美术构图也需要有一定的考虑。7. 游戏的地图不可能通过绘图来解决。否则，不仅难于控制和处理过多的元素，也会因过多的大型图片而不能限制程序的大小，失去手机上程序的原则和Java的优势。同时，地图关卡不宜保存在手机有限的内存中，而最好采取外部文件的读入读出方法。8. 用户运行游戏时需要有分数记录的可能。如何采用合理的记分标准，需要进行适当的设计。记录分数的存储方式也需要有较好的解决方案。手机中由于处理器和内存空间、存储空间都十分有限，其数据库系统与普通PC大相径庭。其数据库结构较为简单，被称之为RMS系统。9. Java是基于虚拟机的半解释型编译系统，其执行效率较C+等完全编译后的程序会低很多，程序如果不进行精简和优化，将可能导致运行的不流畅。除开发过程中对结构上的控制、变量的使用、算法的优化等优化外，还可以使用混淆器(Obfuscator)进行程序打包后的优化。以上相关技术细节和整体流程将分别在以下小节阐述。3.2 程序流程MIDlet suite是MIDP应用程序的最小单位，JAM负责将手机内的MIDlet suite以图形化的方式呈现，让用户能够选取欲执行的MIDlet suite，一旦选取了某个MIDlet suite，操作系统就会激活KVM执行里面的MIDlet。MIDlet及相关的支持类组成了MIDP应用程序的实际内容。消减状态(Destroyed)停止状态(Paused)运行状态(Active)StartApp()DestroyApp()呼叫MIDlet的构造函数DestroyApp()PauseApp()图3.1 MIDlet的流程每个MIDlet都必须继承javax.microedition.midlet.MIDlet这个抽象类。在MIDP规格中定义了MIDlet的生命周期，以及可以存在的三种状态，包括Paused、Active以及Destroyed，每一个MIDlet在任何时刻只可能处于其中的一个状态。这三种状态的转换关系如图3-1所示。本程序采用面向对象的设计模式，对游戏中的所有物体赋予对象的概念和属性。运行程序后允许用户选择执行选项菜单，在开始游戏后将先从外部文件载入地图文件，对背景的所有物体进行绘图。在主程序运行的线程中，画面刷新将以一定的频率采用双缓冲技术对屏幕重绘，实时反映整个游戏的进行状态。用户控制的坦克运行在主线程中，随屏幕刷新的频率而步进。敌方坦克将在游戏开始时逐渐新增线程，每增加一个敌方对象就新增加一条线程，一旦线程数满到最大值（本程序暂设置为6），就不允许敌人再继续出现。用户坦克自诞生之时起将拥有一发子弹，子弹虽然开在单独的线程中，但运行结束后（比如撞到相关物体或敌方坦克时）并不结束子弹对象，只是将其线程终止。用户再次发射子弹时只是将终止的线程再次激活。在屏幕重绘的主程序中，将在每次的循环中判断若干事件。如：用户坦克的生命是否已完全用尽，敌方坦克数是否已经为零，屏幕上的坦克数量是否少于仍剩下的坦克数量等。以便程序进入相关的分支执行相关的反应代码，结束游戏或统计分数等。主程序流程如图3-2所示。Logo 画面选项画面主程序屏幕绘图本关记分统计显示GameOver显示历史记分表About开始敌方需要出坦克时，生成坦克初始化参数死亡时符合结束条件时图3.2 本程序的主流程图程序为需要完成独立功能的需显示的模块设置了单独的类。TankMain类是继承自MIDlet的控制主程序启动的首先被载入系统的部分。载入程序后首先启动的是程序介绍的信息画面。闪过后载入StartChoice类，为用户提供可选择的选项。在选择开始后，将运行BattleCanvas类中的总流程控制。它决定了游戏何时该结束，何时分配敌人数量，GameOver字样的闪现规则，地图的绘制及整个游戏的调度。图3-3是程序中类之间的UML分析图。敌方坦克与用户坦克的相关功能和具体行为分别定义在EnemySprite和UserSprite类中，它们都继承自TankSprite公共类，以简化程序的代码、理清结构。在每关的结束或死亡后都将载入ScoreScreen类，统计当前的分数。如果已死亡或完成所有的关数，程序将用户所得的分数记载到RMS数据库中，进行永久性保存。载入过程中将对所得分数与以往历史比较，放置到合适的位置中，形成排序。图3.3 与主程序相关的类的UML视图3.3 绘图与MIDP2.0新增的GameCanvas包3.3.1 提供低级绘制的Canvas类为了能有程序开发人员控制接口的外观和行为，需要使用大量的初级用户接口类，尤其在游戏程序中，几乎完全依赖的就是Canvas抽象类进行绘图。从程序开发的观点看，Canvas类可与高级Screen类交互，程序可在需要时在Canvas中掺入高级类的组件。Canvas提供了键盘事件、指点杆事件（如果设备支持），并定义了允许将键盘按键映射为游戏控制键的函数。键盘事件由键代码指定，但这样控制游戏会导致缺乏通用性，并不是每个设备的键盘布局都适合游戏的操作。应当将键代码转换为游戏键的代码，以便硬件开发商能定义他们自己的游戏键布局。本程序中，操纵用户坦克运行的按键都定义为游戏控制键，这样便能适应所有的机器。3.3.2 Graphics类Graphics类提供了简单的2D绘图功能。它具有24位深度色彩的绘制能力，以三原色分别各占一个字节表示其颜色。程序只能在paint()函数中使用Graphics绘制，GameCanvas可调用getGraphics()函数直接绘制在缓冲区上，可以在任何时间请求传输到前台。其对象会被传给Canvas的paint()函数，以便最终显示。3.3.3 PNG格式PNG(Portable Network Graphics)格式是MIDlet唯一支持的图象格式，PNG具体格式由PNG Specification,Version 1.0定义的。PNG格式提供透明背景的图象，这对绘制游戏画面和被操纵主角极有帮助。坦克之间或与障碍物碰撞时就不会因为背景有特定的颜色，显示出的效果像贴上的图片而缺乏真实感，物体之间轻微重叠时最上层图片也不会覆盖超过其有效象素外的部分。PNG格式图片中包含许多定义其图片特性的冗余部分(Chunks)。这些代码包含在每一个单独的png格式图象中，然而如果将多个png图象合并在一张幅面稍大一些的整图中，多个chunks就可以得到精简，图片的大小可以得到控制。使用Image类中的createImage函数可从整图中分割出所需要的元素。在Game包中的TiledLayer和Sprite类都整合了这样的功能。本程序中的地图元素都集成在一张tile.png图片中，实现了方便的管理和程序体积的精简。3.3.4 Game包中的新功能 MIDP自2.0以后新增了Game包，为游戏的开发带来了极大的便利。地图绘制、主角的动态显示、按键的检测、图层的控制等游戏专属的特性都得到了在移动设备上最大的发挥。 LayerManager（以下简称LM）提供控制整体画面层的控制。它包括了一系列自动获取了代号和位置的层，简化了各层加入游戏画面的过程，提供了自动排序和绘制的能力。LM存储了一个层的列表，新的层可以用append函数附加、删除和插入。层的序号相当于坐标的Z轴，0层表示最接近用户视觉，层数越高，离用户越远。层号总是连续的，即使有中间的层被移除，其他层的序号会作相应的调整以保持整体的完整性。LM中的View Window控制着与LM相对坐标的可视区域。改变View Window的位置可以制造出滚动屏幕的效果。本程序中所有的地图、坦克都采用LM控制，敌方坦克的生成由附加一个EnemySprite对象得到。唯有界面右侧的计分栏由Graphics类绘制。Sprite类是继承自Layer的用于存储多桢的基本可视元素。不同的frame可交相显示，构成动态的效果。图片可翻转、颠倒、由一个主角图片就可以方便的得到所有方向的显示状态，相比原先只能使用Canvas绘图，需要将所有方向的主角图象都绘制在png图象中简化了许多。Sprite也可以从整合的图象中读图，读图时将把大图分解为若干等宽等高的小图。每个小图按照其排列顺序有相应的序号，在程序中调用其序号，就可以绘制出相应的图片。本程序中的双方坦克、子弹都由Sprite继承得到。在有些情况下，控制主角的翻转，尤其是多幅图片配合显示的过程，如果将多图的共享定位点设置在通常的左上角，将很不容易控制，因为许多翻转都是以其他点为参考电的（比如，中心点）。由此，引入参考点的概念。参考点由defineReferencePixel函数确定未翻转图片状态时的坐标。默认是(0,0)点，如果需要，可将参考点设置在画面边界之外。本程序中的坦克的参考点定义在图片正中，以便简便的实现转向等功能。子弹的参考点设置在子弹底部的中心，因为子弹一出炮筒的时候紧挨着坦克的象素就是其底部中心。TiledLayer是有一组图象格元素(grid of cells)组成的整块虚拟图象。该类使不需要高分辨率的图象就能创建大幅图面成为可能。这项技术通常应用在2D游戏平台的滚动背景的绘图。一块整图可被分割成等大小的图象格，每块格有其对应的序号，按照行列递增。多块格可由大块同时替换组合而模拟动态的背景，这不需要逐块替换所有的静态图象格而显得非常方便。本程序中的地图即为游戏背景。每块障碍物都有其响应的代号，其中，用户需保护的总部因为体积稍大，使用了四块图象格显示。地图背景分为20*22个图象格，每个格使用一个字节表示其中的障碍物，图象文件存储在外部文件中，以16进制的整数串表示，因此每个地图的大小为固定的440字节。如果整块地图均由绘图产生，将导致体积迅速增加，且对坦克与障碍物的碰撞也难以检测。J2ME中并没有J2SE中的File类，获取外部文件的手段很有限，仅仅在Class类中提供了一个getResourceAsStream函数，将外部文件获取为输入流，再由InputStream的继承类读出。3.3.5 有关绘图的一些技术在没有MIDP2.0前，进行游戏绘图一般需要手动编程使用双缓冲。需要在paint()方法内所想要画的图形画在一张预先准备好的背景，等所有绘图操作都完成后再将背景的数据拷贝到实际的屏幕上。Image类提供了一个建立背景的静态方法createImage(int width, int height)，再利用getGraphics()方法取得属于这个背景的Graphics对象，所进行的绘图操作都会作用在背景上，等到全部的绘图操作完成后，再调用drawImage()方法将背景的数据复制到实际显示的屏幕上。这样的技术在绘制动画时特别有用。绘制动画时经常需要不断地更新画面，而更新画面的操作就是先将屏幕以fillRect()的方式清除，再将下一张图片画在屏幕上，然而反复的清除及重绘会造成屏幕的闪烁现象（flicker），因此使用双重缓冲的好处就是在背景进行这个清除及重绘的操作，再将完成的绘图拷贝到屏幕上，由于用户看不到清除的操作，因此就不会出现闪烁的现象了。不过在某些MIDP的实现上已经加上了双重缓冲的支持，因此在处理前应先利用Canvas类的isDoubleBuffer()方法来判断。3.4 坦克的控制和敌方的智能运行 GameCanvas中提供了与以往MIDP1.0不同的键盘采样功能。Canvas类中采取响应键盘事件的方法，每次执行周期时会读取keyPressed函数中需执行的代码。这样的机制并不适合某些游戏场合。在某些不支持keyRepeat功能的设备上，反复执行的按键，比如发射子弹，将不能因为长时间按压而自动重复，这样就需要用户高频率的手动击键，这在操纵空间非常有限的移动设备上是非常困难的。同时，事件的执行周期也并不一定适合游戏的场合，也许需要更高频率执行的按键却只能在指定的周期内规律的响应。对此，针对游戏的开发，Game包提供的键盘状态功能将显得十分有效。 GameCanvas提供getKeyStates函数可获取当前键盘上的信息。将以位的形式返回键盘上所有键的按与释放的状态，当bit为1时，键就是被按下的状态，为0时则为释放状态。只需要此一个函数的返回值就可以返回所有键的状态。这保证了快速的按键和释放也会被循环所捕捉。同时，这样的机制也可检测到几个键同时按下的状态，从而提供斜向运行等相应功能。敌方按照规则不能和用户坦克重合，则它每行走一步就需要把用户坦克扫描一次，判断其是否碰撞到了用户的坦克。Sprite类中提供了collidesWith函数，用于判断是否与某个TiledLayer、Sprite、Image的对象有图象上的重合（即游戏中的碰撞）。然而不能仅仅将用户坦克作为其Sprite参数传递给敌人的类进行判断。因为如果发生碰撞，collidesWith成立，则两辆坦克已经发生了图象重合，违反了规则，甚至若再进行collidesWith判断的话，其结果将永为真。为了提前预知碰撞，可以将所有坦克的碰撞范围设定为一个比坦克图片稍大一些的矩形，此矩形仅在坦克前方比坦克图形多出一个象素。在多出的11个象素中，按照每个象素依次检查此象素是否于外界发生碰撞，如果不是按照象素检查，则当坦克与障碍物错位并同时与两种物体接触时将有可能忽略检测其中的一样物体。这样，就可以提前一步判断。如果发生碰撞，则坦克应当选择掉转方向，此时，两辆碰撞的坦克又因为其矩形区域不重合而不符合collidesWith的条件，就可以继续正常运行了。敌方坦克由于需要具有一定的智能性，以便对玩家攻击，使之具有一定的可玩性。敌人可以自动行走，但是应当在以下适当的情况下转向：首先是是否超出界面的边界，其次是是否与地图障碍物发生了碰撞，再次是是否与用户坦克发生了碰撞。需要指出的是，当发生阻碍不能在不变方向的情况下继续行走时，并不一定立即需要采取转向的对策。如果一定发生转向，试想，当敌方碰到玩家时，如果它立即转向，将不会对玩家发射射向他的子弹，就不构成任何威胁，当然，也不能永远不转向。本程序设置为：当碰撞到障碍物或边界时立即转向，但碰到玩家坦克时需要有一个等待的时间，这个时间由碰撞前随机取得的在某方向上的持续行走步数决定，当发生坦克间碰撞时，此随机数将在下一次循环前减少为原来的2/3，这样就实现了加快转向的时间，避免死锁在一个方向上静止的停留过长的时间。另外，坦克的发炮间隔和转后的具体方向都由随机数决定。坦克之间由以上道理也不会发生重叠，但当某坦克正从上方生成而正巧有另一辆阻碍在其生成点处，这将导致不可避免的重合。这是允许的，但需要对他们标注状态，即当坦克刚出现时暂时允许重合，一旦在某个时间他们脱离了重合状态，就不能在允许重合，如果不设置这样的判断，刚出现的坦克将会因为受到阻塞而永远不能前进，坦克将混成一团。本程序中并未使用过多复杂的人工智能算法，如有时间，将可能再此方面加以完善。3.5 子弹的运行和控制每一个坦克都有他自己的一颗子弹，这颗子弹在任何一辆坦克被构造时就一直存在，直至此坦克生命的结束，子弹的再次只是将屏幕上暂时掩盖的图象重新置于坦克炮筒才恰当位置，并使其显示出来，这与现实中每个子弹都是单独的个体有所不同。子弹所需要完成的任务有：它是一个继承了Runnable虚类的可运行单独线程的对象。在其出现在屏幕上的运行周期中，每一步都需要循环检测以下条件：是否与某坦克发生了碰撞，即击中了这辆坦克。子弹使用的是象素级的碰撞检测，因为子弹的图片形状不规则，如果使用矩形碰撞检测，将有可能在子弹尚未接触到物体时就已返回碰撞的真值。分为两种情况，如果此子弹来自于敌方，将只检测玩家坦克，因为敌方之间的子弹必须允许可以透明的穿过，以保证不会在敌人之间发生子弹的消减。如果来自玩家，则每一步需扫描所有的敌方坦克，检查是否发生碰撞，这可能会花费不少的CPU时间。其次，子弹之间需要检测是否碰撞。敌人之间显然，如上已经提过，不需要检测，但敌人与玩家之间应当可以互相消除子弹，以便在狭窄的路口中仍有存活的机会。玩家的子弹需要在每一步检测所有敌人的子弹的运行状态。这样较多的运算也将不可避免的耗费大量CPU时间。子弹对不同障碍物将有不同的反映。对砖墙将有能力将其击毁，使之在画面上消失；对水泥钢筋将不能发生作用，子弹也不能通过；对于河流，坦克不可以通过，但子弹可以；对于草丛，子弹和坦克都可以通过。3.6 RMS数据库系统MIDP为MIDlets提供了一种永久存储和后来读出数据的数据库解决方案，被称为Record Managerment System(RMS)，是一种类简单的基于记录的数据库。很显然，手机上的数据库系统不可能有PC上的强大功能。微小的存储空间也限制了它们的结构不能过于复杂。RMS是专门针对移动设备的服务的。RMS包中包括RecordStore类。在一个MIDlet suite包里的所有MIDlet都允许创建多个记录集，只要它们赋有不同的名称。当MIDlet包从平台中被移除后，所有与该包有关的的记录集都同时会被移除。同一个包内的MIDlets可以直接互相访问它们的记录集，不同包内也可产生共享，但这需要有包的授权属性决定。访问模式会在准备提供共享的RecordStore被建立时被创建。访问模式允许私有使用或访问。RecordStore的API采用了时间戳的概念，其长整型变量由System的currentTimeMillis()函数返回决定。Record store 每次被修改后都会自动在其属性上附加上时间戳，这为同步化引擎和程序的控制都极为有效。记录是字节数组。开发者可以利用InputStream的派生类DataInputStream、DataOutputStream以及ByteArrayInputStream、ByteArrayOutputStream将不同种类的数据类型打包，以字节流的形式发送和接收。区别记录的唯一标记是他们的ID值，作为记录集的主键。第一项记录的ID是1，其后的每个记录ID递增。Record是以字节为基本单位来存放的，所以所有要写入record的数据都必须先将其转为字节才能写入，从record所读出来的数据也是字节，必须将其转换为原先写入时的数据类型才有意义。然而读取或写入的字节数组都只能代表一个字段的信息，如果需要读取或写入多个字段就必须要将数据转换成字节信息，并且提供适当的机制来分隔这些信息。主要有两种方法：1. 标记法。将所有要存放的数据用字符串表示，但是在字段和字段之间以一个特殊的符号作为分隔。符号不能和字段内的数据相同的字符。2利用输入/输出流这一种方法较上一种复杂，但是较为实用。方法一中所有的字段只能以字符串的形式存储，要对这些字段作进一步的处理非常麻烦。利用输入输出流可以写入及读取不同数据类型的数据，做法是在写入数据时先将一个DataOutputStream数据流对象串接到一个ByteArrayOutStream数据流对象，然后再依字段的数据类型用writeInt()、writeBoolean()等方法写入，最后把ByteArrayOutputStream内的元素数据写入record中。反之若要读取数据，则先要串接一个DataInputStream对象和ByteArrayInputStream，依字段的数据类用readInt()、readBoolean()等方法读取。 本程序中主要存放在永久区的内容为用户得到的最高分数的记录。一共可以存储10条最高分。每次有新的更高的记录就会插入进相应的位置，将最低一名排挤出记录。在输入记录前，要求用户在TextField框中写入他自己的名字。返回的getString可以将名字输送给字节流。因为每个记录包括用户名和分数，因此需要使用多字段的方式编入。打印到屏幕上时，记录ID号即为排名，因此将显示三项数据。3.7 内存使用的最佳化通常在MIDP应用程序的手机执行环境中，所牵涉的内存有下列三种：应用程序存储内存RecordStore存储内存执行时期内存(Java Heap)其中前两种是持久性的内存，关闭电源后还能保持数据的正确性，通常这两种内存所能存储的容量是合并计算的，这个上限对每种手机都不一样，大部分在一两百KB内。在这样的情况下需要在不影响原有功能的情况下适当的缩减JAR文件的大小，除了可以克服内存空间的限制外，也能大幅度缩短下载的时间（费用也降低了），势必会有更多的人愿意下载所开发的程序。其方法有：第一，就是尽量缩短命名的长度。在应用程序内，对于所建立的类、接口、方法及变量名而言，都需要赋予一个识别的名称，所命名的名称每多一个字符就会在类文件内多产生一个字节，对于一个较复杂的应用程序而言就会增加为数不小的数据量。所有这些可以借助混淆器来帮助实现。第二是减少复杂的程序结构，为一些共同的行为建立一个抽象类(Abstract Class) 来表示继承的子类的共通性。第三是减少图形数据的大小。将PNG格式的小分辨率图象合并在一张大的高分辨率图象中，由于减少了chunks，将比合并前的总大小减少许多。3.8 混淆器(Obfuscator)的使用Java 语言并没有完全编译成二进制可执行文件，编译出的.class文件是一种介于源程序和二进制之间的一中基于半解释的字节码，需要虚拟机来执行。它包括了所有的信息。然而这样会导致.class很容易被反编译为源代码，从而不能保护作者的知识成果。目前流行的如decode,JAD等反编译工具可以以很快的速度生成源文件。如果不加以施行有效的措施，将造成严重的后果。由此引入混淆器的概念。混淆器将代码中的所有变量、函数、类的名称变为简短的英文字母代号，如果缺乏相应的函数名指示和程序注释，即使被反编译，也将难以阅读。 混淆器的作用不仅仅是保护代码，它也有精简编译后程序大小的作用。由于以上介绍的减少变量、函数的命名长度的关系，编译后也会从.class文件中减少这些冗余的信息。混淆后，体积大约能减少25%，这对当前费用较贵的无线网络传输是有一定意义的。为了能与各种IDE集成，就像Java2 SDK一样，混淆器采用命令行参数的形式，以便可被其调用。目前流行的Obfuscator有RetroGuard等。3.9 模拟器的相关调试 IDE整合的Wireless Tool Kit提供了许多在运行时监视运行状态的工具。 包括内存状况的检测（手机上的内存空间十分有限，必须时刻关注机载内存是否大于程序所能使用到的最大可能的内存空间），网络状况的检测，运行函数的跟踪等。如图3-4，是内存跟踪测试随时间变化的调试器。其中，允许强制垃圾回收(Garbage Collection)。由于Java语言中，不像许多其他的如C+语言，不需要指定回收函数中特定不使用的资源，资源回收机制将自动清空无效变量占用的空间。在程序运行中也可以调用System类的gc()函数手动收回废弃的内存。图3.4 内存监视器3.10 本章小结 第三章中介绍了程序的流程、相关技术的思想及其在本程序中的应用。分别对绘图、数据库、游戏基本算法等做了详细叙述。具体算法的代码实现和详细流程将在下章介绍。4. 程序分析和具体实现4.1 游戏进入前的选择图4.1 游戏前的选项画面每个MIDlet程序都必须有一个主类，该类必须继承自MIDlet。它控制着整个程序的运行，并且可以通过相应函数从程序描述文件中获取相关的信息。该类中拥有可以管理程序的创建、开始、暂停（手机中很可能有正在运行程序却突然来电的情况，这时应进入暂停状态。）、结束的函数。进入时，首先载入画面的不是游戏运行状态，而是提供选项，当再次选择Start Game时才正式运行。运行画面如图4-1所示。因此，在TankMain的构造函数中分配了StartChoice类，即选项画面的内存空间。在startApp()函数中，随即调用了Displable的setCurrent()函数将当前屏幕设置为startChoice。在显示高级用户界面前，建造了一个Alert类。Alert对象用于显示提示、警告等告之用户信息的临时闪现的屏幕，它可作为setCurrent的参数，提前显示在最终需要显示的屏幕前。当将FOREVER作为Alert的参数时，