对2D游戏引擎设计的一些思考

　　前不久用模拟器玩了SFC上的一个经典SLG——圣龙战记后，突然对它出色的表现有了浓厚的兴趣，尤其是在那种硬件平台下，仅仅3M的游戏竟然能够有如此出色的表现！不仅是画面表现得极致，而且整个游戏的系统，情节相对当今的大多数游戏来说，实在是有过之而无不及！~实在是佩服万分~！

　　确实,现在的硬件条件都比以前好多了，做一个游戏也越来越简单了(虽然我没有在DOS下写过程序，但是经过两年多的编程，对各个方面都有些了解，仍能体会到在DOS下写游戏的痛苦:))， 现在各种各样的游戏开发包也越来越多了，不说别的，就直接用DirectX SDK吧，做一个小的游戏比如飞机类也不会花几天时间(以前我花了3天做过一个^_^)，开发简单了，自然有些东西就不那么讲究了，比如说现在的商业游戏的容量，无论是什么都先比光盘多少，你的3CD，我来5CD，除去里面"免费赠送"的一些"原声大蝶" 阿，"官方资料"阿之类的东西，一个游戏至少也有1个G，(大概是现在的硬盘在大家的眼中不怎么值钱了吧，可能商家是这么认为的，也可能是大众心理：东西越多越好嘛:))，真正有用的数据有多少？估计也只有商家才清楚~先不说某些游戏连压缩都没压缩过就裸用一大堆的24Bit BMP( 没错，就是标准的位图)来做游戏中的资源(仅仅做了一个未压缩的资源包，很轻松就能提取出全部资源:))，画面看起来效果好么？确实，不过那没有什么，反正就是美工的表现嘛!还对机器要求至少有PIII 500、128M以上的RAM~真是Faint！

　　赫赫，也许大多数人不在乎上面提到的东西~可是作为一个游戏开发者，一个游戏程序设计者，就要在能力范围内对游戏程序做尽可能的优化(先不提商业制作的一些"无奈"的原因的阻碍)，就比如说星际，大概是我所见到的PC上的商业游戏中做的最好的一个了:)

　　好了,废话了一大堆,下面来谈谈点正式的。
　　如今2D PC游戏上，最流行的就是16位色的显示方式(主要是从速度和内存消耗以及显示质量这些方面上来综合)，16位色上基本上是565的显示方式(我到现在还从来没有见到一台555显示的机器或一块555的显卡)，所以我只讨论16bit下565 模式。

　　下面的方法是由于'调色板'而来的灵感~
　　(先申明,这种方法绝对不适合主流技术,基于上面我所说的游戏----圣龙战记，可以做类似的游戏~不适合基于象素的游戏,对TILE类游戏比较实用)

　　由于TILE类游戏用到的TILE颜色相对都比较固定，颜色种类比较少，所以我们可以选取一个固定的调色板，里面能容纳大部分的TILE颜色，这样所有TILE的数据都可以用这个调色板的索引来表示，当然为了方便，256种颜色最好不过，这样每个点只占8位(也许有人会说，这样不就干脆创建一个8位色的游戏不就行了？嘿嘿，稍安勿躁，马上解释)，在内存消耗上就有了很大的优势~如果再压缩一下，嘿嘿........

　　从速度上来说，由于游戏里面需要大量的特效，比如最常用的半透明效果，色彩饱和效果、阴影效果、灰度化等等效果，所以从这方面来考虑。

　　由于只用到了256色，混合后的颜色也在256种颜色内，所以考虑用查表方式，
　　这256种颜色从16Bit 565模式共65536种颜色的色彩空间中提取出来，这样就算是32级的Alpha混合也就只占用256*256*32*8bit=2M的内存。
　　但是用16级或者12级我就觉得够了，这样就有 256*256*16*8Bit = 1M 或者 256*256*12*8Bit = 768K
　　色彩饱和表就只需要 256*256*8Bit = 64K

　　阴影表也就只要 256*256*8Bit = 64K
　　灰度表只要 256*8Bit = 0.256K
　　一共加起来也就1M左右,呵呵够少吧!
　　如下:
　　　　static unsigned char BDI_AlphaBlendTable[16][256][256]; //16级Alpha混和表
　　　　static unsigned char BDI_AdditiveTable[256][256];       //Additive表
　　　　static unsigned char BDI_SubTable[256][256];            //阴影表
　　　　static unsigned char BDI_GrayTable[256];                //灰度表

　　那么，哪256种颜色可以很好的描述大部分图片的颜色呢？
　　尝试过几个不同的调色板后，最后发现下面这个调色板效果最好（并且还有附加的优势！稍后看到）
　　如下，
　　　　unsigned short wPal[256];
　　　　for(int i=0;i<256;i++)
　　　　{
　　　　　wPal[i]=i(i<<8);
　　　　}

　　也就是说这个调色板的高8位和低8位是相同的，嘿嘿，想到什么了？（赶快用10秒钟猜猜，下面回答）

　　当然这样一来也就不能直接用DirectDraw里面的Blt之类的东西啦~，另外，由于我们的数据保留的是调色板的索引，所以，不能直接Blt到BackSurface上，自己分配一个缓冲区，大小和BackSurface一样大，不过用byte类型就够啦~

　　自己写几个Blt吧：

　　比如一个Alpha混合的操作：（代码取自我给出的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];
                    //这个地方极大的节省了大量的数学运算
                }
                pDestAddr++;
                pSourAddr++;
            }
            pBufDest += nDestWidth;
            pBufSour += m_nWidth;
            pDestAddr = pBufDest;
            pSourAddr = pBufSour;
        }
}

上面的操作是经过裁减过后的显示，裁减代码如下：

    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;//目标地址
    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;

　　各种参数的含义都比较明显，了解E文的并且写过代码的应该都能看懂，看不懂的如果有兴趣的话，自己去看完整源代码，好了，如何才能在屏幕上正确的显示呢？　这个问题就很简单了，当然最最直接的方法就是：

　　for(缓冲区上的每一个点)
　　　　BackSurface上的每一个点 = 缓冲区上的每一个点所代表的调色板的值

嘿嘿,别忘记了,上面说过用到的调色板是什么来的?
低8位和高8位相同!
如果了解mmx的话,就应该知道这一条指令:punpcklbw
哈哈!如何?知道优化的方法了吧?

下面是我的Demo中的代码：
    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)//如果是采用了默认的调色板(高8位==低8位)
    {
        //由于初学mmx,还不会作mmx指令的优化~代码见笑了~
        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; //一次处理32个索引点
        {
            _asm
            {
                mov esi,pSourBuf;
                mov edi,pBuf;
                mov edx,dwHeight;
rowLoop:
                cmp edx,0;
je end;
                mov ecx,loopTime;
                mmxdraw:
                movq mm0,[esi]; //8个索引点
                movq mm2,[esi+8]; //后8个索引点
                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个索引的值
                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，最后最最重要的一点就是:效果如何呢？
这一点我无权评论，大家可以看看demo再说在我的机器( CII 950 + 256M SDR)上FPS最高能到200左右。

　　附带一点，这个Demo中，我运用了类似模拟器上的图层管理的方法，其思想就是分n个layer，每个layer上的图元都有一个高度，高度范围为m，然后每一个layer上的图元全部由m个链表连接起来，画图顺序为：最先画的图层是0号图层，最先画的是0号链表，直到n个layer和m个高度(这样就可以随意关闭或者打开第几个layer，就像模拟器一样，并且很容易的实现流水线渲染具体情况看我的demo代码)。

　　最后说明，现在的游戏都使用的是即时计算来进行渲染(包括我正在写的一个engine)，并且使用3d加速来做特效上面这种方式虽然简单高效，但是只是在TILE方式下～～有兴趣研究Tile方式的游戏的朋友们不妨try一下～

　　好了，就到这里，浪费大家的宝贵时间了，多有得罪～

Demo download
http://www.gameres.com/Articles/Program/Visual/2D/BlueDream.rar

有兴趣的朋友欢迎和我探讨：
game-diy@163.com
OICQ:30784290(难得糊涂)
http://www.gamepp.org/

2003/12/4 night