Go：使用 Ebiten 在 2D 視頻游戲中進行圖像渲染

插圖由創(chuàng)作原始 Go Gopher 作品的 Renee French 為“ Go 的旅程”創(chuàng)作。

本文基于 Ebiten 1.10。

Ebiten^[1] 是由 Hajime Hosh^[2] 用 Go 語言編寫的成熟的 2D 游戲庫。它是 Apple Store 上一些手機游戲如 Bear's Restaurant^[3] 或桌面游戲如 OpenDiablo2^[4] 的引擎，OpenDiablo2 是 Go 版本暗黑 2 的開源實現?，F在，讓我們深入了解電子游戲中的一些基本概念以及它們在 Ebiten 中的實現。

動畫制作

在電子游戲世界中，Ebiten 通過分離的靜態(tài)圖像來渲染動畫。這些圖像集合被組合成一個更大的圖像，通常稱為“紋理圖集^[5]”，也稱為“精靈圖”。這是 網站^[6] 上提供的示例：

然后，經過簡單的數學運算，這張圖被加載到內存中，然后被一部分一部分地渲染。在前面的示例中，每個部分的寬度為 32 個像素。渲染每個圖像非常簡單，只需將 X 坐標移動 32 個像素。這是第一步：

渲染動畫時，只需要當前圖像的值即可渲染精靈圖的正確部分。Ebiten 提供了所有的 API 來輕松地渲染它，下面是之前第一步中精靈圖的示例：

screen.DrawImage(
   // 在坐標上繪制子畫面的子圖像
   // x=0 to x=32 and y=32 to y=64
   runnerImg.SubImage(image.Rect(0, 32, 32, 64)).(*ebiten.Image),
   // 在該位置之前聲明的變量定義了屏幕上的位置
   op,
)

Ebiten 的創(chuàng)建者 Hajime Hosh 還開發(fā)了“ file2byteslice^[7]”，該工具可將任何圖像轉換為字符串，并允許將任何文件嵌入到 Go 中。它可以通過注釋 go:generate 與 Go 工具輕松集成，自動將圖像轉儲到 Go 文件中。下面是一個例子：

//go:generate file2byteslice
  -package=img
  -input=./images/sprite.png
  -output=./images/sprite.go -var=Runner_png

現在可以從以下代碼的 img.Runner_png 變量中獲取精靈圖：

然后，必須先對圖像進行解碼，然后再由 Ebiten 加載并在游戲中進行渲染。讓我們轉到另一種渲染較大背景圖像的方法，該圖像由循環(huán)元素組成。

瓷磚背景

渲染背景使用相同的技術，將主要地圖集分為許多小圖像，稱為“瓷磚”。這是網站上提供的紋理圖集的示例：

該圖集可以被 16 像素的圖塊分割 ，這是使用 Tiled^[8] 軟件創(chuàng)建的圖塊集合：

每個圖塊將分配一個數字，從 0 開始，逐次加 1。由于每行都有相同數量的圖塊，因此可以通過除法和取模來獲取圖塊的坐標。這是藍色花朵的示例：

藍色花朵的編號為 303，這意味著它們位于第 4 列（303 以每行的圖塊數為模，例如 303％25 = 3）和第 13 行（303 除以每行的圖塊數，例如，303/25 = 12）。

現在，我們可以使用索引數組來構建地圖：

從這張地圖上繪制圖像可以得到主要裝飾：

但是缺少背景。我們必須構建一個表示背景的類似數組。結果如下：

現在，這些圖層已經準備好了，我們只需要迭代兩個圖層就可以得到最終結果：

此示例中的代碼可在 Ebiten 網站^[9] 上找到。

生成圖像后，Ebiten 必須管理屏幕更新并將指令發(fā)送到圖形卡片。

屏幕更新

Ebiten 提供了 iOS（使用 Metal）和 Android（使用 OpenGL ES）使用的驅動程序的抽象，這使開發(fā)更加容易。它還允許您定義一個函數，該函數可以更新屏幕并繪制所有更改。但是，出于性能原因，該庫會將源打包在一起，并將這些更改存儲在緩沖區(qū)中，然后再發(fā)送給驅動程序：

該緩沖區(qū)還能夠合并繪圖指令，以減少對 GPU 的調用次數。在上圖中，這三個指令現在可以合并為一個：

這項改進很重要，因為它可以減少發(fā)送指令時的開銷。這是合并指令的性能：

通過逐個發(fā)送指令，性能會大大降低：

Ebiten 還提供了對屏幕刷新的控制，這有助于調整性能。

TPS 管理

Ebiten 的默認 TPS 是 60。但是，這可以用 Ebiten 提供的 API ebiten.SetMaxTPS() 來輕松配置。它有助于減少機器上的壓力。這是具有 25 TPS 的簡單程序：

TPS（每秒 tick 數）與 FPS（每秒幀數）不同。Hajime Hosh^[10] 很好地描述了這些差異：

幀代表圖形更新。這取決于用戶顯示屏上的刷新率。那么 FPS 可能是 60、70、120，依此類推。這個數字基本上是不可控制的。Ebiten 可以打開或關閉 vsync。如果關閉了 vsync，則 Ebiten 會嘗試盡可能多地更新圖形，那么 FPS 可以為 1000 左右。tick 表示邏輯更新。TPS 表示每秒調用更新功能的次數。默認情況下固定為 60。游戲開發(fā)人員可以通過 SetMaxTPS 配置 TPS。如果設置了 UncappedTPS，則 Ebiten 會嘗試盡可能多地調用更新函數。

當窗口在后臺運行時，Ebiten 為渲染帶來了另一種優(yōu)化。失去焦點時，游戲將進入休眠狀態(tài)，直到重新獲得焦點。它實際上 sleep 了 1/60 秒，然后再次檢查焦點。這是保存的資源的示例：

盡管可以關閉此優(yōu)化，但是運行的系統可能會限制游戲的運行。例如，在 Firefox^[11]，Chrome^[12] 或其他瀏覽器上的后臺標簽中運行時，在瀏覽器中運行的游戲會受到限制。

Ebiten 在 Github^[13] 上接受贊助。如果您希望看到更多 Go 編寫的游戲，請隨時貢獻力量。

via: https://medium.com/a-journey-with-go/go-image-rendering-in-2d-video-games-with-ebiten-912cc2360c4f

作者：Vincent Blanchon^[14]譯者：alandtsang^[15]校對：polaris1119^[16]

本文由 GCTT^[17] 原創(chuàng)編譯，Go 中文網^[18] 榮譽推出

參考資料