Geomystery（幾何迷城）的遊戲引擎設計與實現

 在這裏介紹Geomystery（幾何迷城）的遊戲引擎設計與實現。

 

業務邏輯：
引擎採用模塊化的MVC（Model模型，View視圖，Controller控制）設計方式，這樣有助於運用多種設計模式，便於往後的修改與維護。

M模型座標系中的模型是被操做的對象，模型座標系是被「顯示座標系」顯示的單位。

V視圖（顯示座標系）是模型在用戶屏幕的一個投影，這也和顯卡、顯示器的工做原理有關。

C控制器操做某個邏輯座標系模型A，或者每次操做後由控制器直接通知視圖（顯示座標系）刷新模型A的投影a，或者由「監聽器」（監聽者模式）發現模型A被「更新（改變）」，以後通知視圖（顯示座標系）刷新a。

 

顯卡和顯示器：

WIN2D封裝了DirectX，在屏幕上一個區域（DC）顯示一些靜態內容，或者每隔一段時間（通常是1／60s，即60fps）在屏幕上的一個區域刷新顯示一些內容。因此每次刷新，只須要遍歷V視圖（顯示座標系），把其中的內容呈現給用戶，這樣用戶畫線時的動態過程就能夠被看到，同時用戶改變程序窗口大小（刷新顯示區DC）的操做也不會清空屏幕。

M	邏輯座標系，系統座標系
V	顯示座標系，視圖座標系，用戶座標系，用戶屏幕
C	用戶控制器，操縱桿

「橫當作嶺側成峯，遠近高低各不一樣。不識廬山真面目，只緣身在此山中。」廬山只有一座，而在同一時刻，不一樣的人看廬山，能看到不一樣的廬山。因此對於一個「邏輯的」座標系M，可能對應多個「顯示的」座標系V1V2V3V4，每一個顯示座標系Vn都有本身的「操縱桿」Cn與控制器相連，他們均可以經過本身的操縱桿Cx操做本身看到的（實際上是同一個）邏輯座標系。因而，若是多個用戶同時操做，就可能有衝突，須要使用操做系統學到的同步互斥方法，因爲此次生產實習時間有限，因此這裏簡化一下，只有一個控制器，有一個主「屏幕」（視圖顯示座標系），其餘屏幕都是副屏幕，只能觀察，沒有操做功能。一個娃娃機有先後左右四塊玻璃觀察窗，可是隻有一套操縱桿。

邏輯座標系中的元素：

0，幾何元素Geometry。幾何元素有一個座標系內惟一的編號（id），記錄了本身的投影（們），記錄了本身受誰影響rely，記錄了本身影響誰influence。

幾何元素分爲點Point和點集合PointSet。

1，點就是一個邏輯點，關鍵屬性是邏輯座標XY。

2，點集是一個接口（interface），由於這款遊戲是尺規做圖，因此點集只分線（Line）和圓（Circle）

（爲何是Circle而不是Ellipse，由於圓規只能畫圓，這裏涉及到圓的定義方式，因此只提供圓工具，橢圓工具能夠後續添加）

點集接口有一個交點List<Point2> IPointSet.Intersection(IPointSet another)函數須要後續實現

3，線分爲線段射線直線，因此咱們須要一個LineType來記錄線的線型

 1 public enum LineType
 2     {
 3         //
 4         // 摘要:
 5         //     直線
 6         Straight = 0,
 7         //
 8         // 摘要:
 9         //     射線
10         Ray = 1,
11         //
12         // 摘要:
13         //     線段
14         Line = 2
15     }

public enum LineType

可是兩點的定義方式並不夠，（p1是第一個點，p2是第二個點），若是用戶是過線（含延長線）和一點作的垂線，這個邏輯也須要體現，

因此咱們須要一個LineRely來記錄線的構造（生成）方式

 1 public enum LineRely
 2     {
 3         //
 4         // 摘要:
 5         //     常規方式，p1,p2兩點肯定一條直線
 6         Normal = 0,
 7         //
 8         // 摘要:
 9         //     垂線，依賴列表的一條線加上線上或者線外點p1，過p1做依賴點的垂線
10         Perpendicular = 1,
11         //
12         // 摘要:
13         //     垂直平分線，p1,p2兩點連線的中垂線
14         PerpendicularBisector = 2,
15         //
16         // 摘要:
17         //     垂直平分線，p1,p2兩點連線的中垂線
18         AngleBisector = 3,
19     }

public enum LineRely

與構造方式LineRely配套的須要一些屬性（字段），好比垂線構造（三個點，一點一線），中垂線構造（兩個點，一個線段），角平分線構造（三個點，兩條射線）等方式

4，圓的構造就容易不少

兩個點，一個是圓心，另外一個是圓上的一點

（爲何不用半徑，由於用戶依靠鼠標的點擊生成圓周上的點，並且這個點是圓的重要的控制點，因此後續半徑須要計算生成）

 

視圖座標系中的元素：

一條邏輯線在一個座標系中有幾個像？是一個嗎？不是。

在這個引擎中，視圖座標系中的元素是能夠直接顯示的，若是你畫的線是一個線段（或者是一條射線），一條邏輯線就會有兩個視圖線，一條實線，一條虛線，先畫虛線（延長線），在畫實線。

視圖座標系中的元素都是幾何體嗎？不是。（註釋和標籤，待實現）

視圖座標系中能夠放置OutputText

 1 /// <summary>
 2     /// 屏幕上的提示文本，或者是屏幕上元素的「名字標籤」
 3     /// </summary>
 4     public class OutputText : ICanOutput
 5     {
 6         /// <summary>
 7         /// 文本內容
 8         /// </summary>
 9         public string text { get; set; }
10 
11         /// <summary>
12         /// 在屏幕上的窗體（canva）中，這個文本「寫」在哪裏
13         /// </summary>
14         public Vector2 viewPoint { get; set; }
15 
16         /// <summary>
17         /// 文字顏色
18         /// </summary>
19         public Color fontColor { get; set; }
20 
21         /// <summary>
22         /// 文字格式
23         /// </summary>
24         public CanvasTextFormat format { get; set; }
25 
26         /// <summary>
27         /// 這個文字是不是某個幾何體的標籤（名字）
28         /// </summary>
29         public Models.Geometry.Geometry rely { get; set; }
30     }

OutputText

文本沒有」原像」（借用數學中函數的概念），可是有依賴，好比這個文本是一個點的標籤，依賴保證了文本的座標始終圍繞在這個點必定範圍周邊，不能被拖動太遠

 

兩個方向的映射：邏輯到顯示，顯示到邏輯。

M邏輯座標系是一張無限大的白紙

V視圖座標系是白紙上的一個矩形框，V有兩個關鍵的屬性，向量vector，單位長度unitlength，

v是這樣一個向量，由邏輯座標系指向視圖（現實）座標系的「中心」

ul是 邏輯座標系的1單位長度至關於多少 DIP（DIP表明「器件獨立像素」。這是能夠與物理像素相同，大於或小於的虛擬化單元。）

 

映射有兩種方式，

「左上角投影」：視圖（現實）座標系的「中心」在「屏幕」左上角，不關心屏幕的長寬

 1 // <summary>
 2         /// 邏輯座標系到屏幕顯示座標系的轉換（左上角模式）
 3         /// </summary>
 4         /// <param name="p2"></param>
 5         /// <returns>v2</returns>
 6         public Vector2 ToVector2Upper_Left_Corner(Point2 p2)
 7         {
 8             float x = p2.X - vector.X;
 9             float y = p2.Y - vector.Y;
10             x = x / unitLength;
11             y = -y / unitLength;
12             Vector2 v2 = new Vector2(x,y);
13             return v2;
14         }
15         /// <summary>
16         /// 屏幕顯示座標系到邏輯座標的轉換（左上角模式）
17         /// </summary>
18         /// <param name="v2"></param>
19         /// <returns>Point2 p2</returns>
20         public Point2 ToPoint2Upper_Left_Corner(Vector2 v2)
21         { 
22             Point2 p2 = new Point2() { X = (v2.X*unitLength+vector.X), Y = -(v2.Y*unitLength+vector.Y) };
23             return p2;
24         }

左上角是中心

 

「中心投影」：視圖（現實）座標系的「中心」在「屏幕」中心，須要知道屏幕的長和寬，而後減半

 1 /// <summary>
 2         /// 邏輯座標系到屏幕顯示座標系的轉換（中心模式）
 3         /// </summary>
 4         /// <param name="p2"></param>
 5         /// <returns>屏幕上的點</returns>
 6         public Vector2 ToVector2(Point2 p2)
 7         {
 8             Vector2 vop = new Vector2() { X = p2.X - vector.X, Y = vector.Y - p2.Y };
 9             //if (WindowHeight <= 0 || WindowWidth <= 0) throw new Exception("中心構造方式須要瞭解canvas畫布的actual寬和高");
10             Vector2 half = new Vector2() { X = WindowWidth / 2, Y = WindowHeight / 2 };
11             Vector2 result = half + vop * unitLength;
12             return result;
13         }
14         /// <summary>
15         /// 屏幕顯示座標系到邏輯座標的轉換（中心模式）
16         /// </summary>
17         /// <param name="v2"></param>
18         /// <returns>邏輯座標系中的點</returns>
19         public Point2 ToPoint2(Vector2 v2)
20         {
21             if (WindowHeight <= 0 || WindowWidth <= 0) throw new Exception("中心構造方式須要瞭解canvas畫布的actual寬和高");
22             Vector2 half = new Vector2() { X = WindowWidth / 2, Y = WindowHeight / 2 };
23             Vector2 vop = (v2 - half) / unitLength;
24             Point2 p2 = new Point2() { X = (vop.X + vector.X), Y = -vop.Y + vector.Y };
25             return p2;
26         }

屏幕中心是中心

四種操做，「 增刪改查」：用戶可能對一個幾何體有定義（建立），移動，變形，刪除等操做，這些操做都會被記錄在操做棧中，這樣用戶能夠撤銷重作。查詢操做主要包含在代碼邏輯中，也是必不可少的。

「繁瑣」的「 綁定」：對於一個引擎的每個「零件」，都應該記錄豐富的信息，這種豐富多是繁瑣多餘的，可是會給操做帶來方便。 邏輯座標系知道有多少用戶在看本身（邏輯座標系綁定顯示座標系（們）），顯示座標系知道本身看的是誰（顯示座標系綁定邏輯座標系），邏輯座標系知道本身裏面有多少邏輯幾何元素，每一個邏輯幾何元素知道本身在哪一個邏輯座標系中，視圖座標系知道本身裏面有多少視圖幾何元素或其餘，每一個視圖幾何元素知道本身位於哪一個視圖座標系中，每一個邏輯幾何元素知道本身有多少個視圖幾何元素，每一個視圖幾何元素知道本身是哪一個邏輯幾何元素的「投影像」。