基于Java实现的植物大战僵尸游戏

发布于：2022-12-23 ⋅ 阅读:(265) ⋅ 点赞:(0)

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基于Java设计的植物大战僵尸游戏

一、植物大战僵尸游戏规则

游戏简介

玩家通过种植太阳花收取阳光来购买植物；通过种植不同的植物来抵御僵尸的攻击。当一个关卡里的僵尸全部被消灭时，玩家胜；当僵尸越过地图的右边界时，僵尸胜利。

植物简介

购买植物需要花费一定数量的阳光，每购买一次过后需要冷却一段时间才能再次购买。每个关卡允许使用的植物各有不同，不同植物的特性也不同

植物主要分为：攻击类，防御类和生产类。也可以分为夜间植物和白天植物（夜间植物只能在夜间出现）

攻击类

  • 发射类
  • 防御类
  • 攻击增强类

发射类

当僵尸进入射手的射程内时，射手会发射豌豆攻击。

  • 豌豆射手

    • 单发射手
      • 攻击：20
      • 耐久：300
      • 射程：正前方一整行
    • 双发射手
      • 发射速度是单发射手的两倍，其余同单发射手。
    • 三线射手
      • 该植物可同时向3排（植物所处排和左右排）同时发射出3颗豌豆 ，其余同单发射手。
    • 寒冰射手
      • 寒冰射手每次攻击发射一颗冰豌豆,命中目标后对僵尸造成伤害。其余同单发射手。
    • 机枪射手
      • 连续射出四发豌豆子弹
      • 四倍的快乐
    • 小喷菇（夜间植物）
      • 小喷菇免费
      • 射程短
    • 胆小菇（夜间植物）
      • 它是一种远程射手，敌人接近后会躲起来，不会攻击。
      • 攻击：20
      • 耐久：300
      • 射程：正前方一整行

爆炸类

  • 樱桃炸弹
    • 种下0.6秒后爆炸，能炸死3*3范围内的僵尸
  • 火爆辣椒
    • 种下0.75秒后爆炸，能炸死同排的僵尸
  • 土豆雷
    • 种下后2s后长大，在此期间可以被僵尸吃掉。
    • 长大后进入等待状态，当同排僵尸距离土豆雷半格时，土豆雷爆炸，僵尸被炸死。
    • 耐久： 300

吞食类

  • 食人花
    • 能够一口吞掉僵尸，然后要咀嚼消化一段时间，此时容易受到攻击。
    • 耐久：300

攻击增强类

  • 火炬树桩
    • 用来增强豌豆植物发射的豌豆的火力，当豌豆划过树桩后，会变成火球，豌豆的威力变成2倍
    • 但是如果穿过的是寒冰豌豆就会变成普通的豌豆了

防御类

  • 坚果墙
    • 攻击性：0（无攻击力）
    • 防御力：3000（较高）
    • 用于阻碍僵尸前进的步伐
  • 高坚果
    • 巨大的坚果，可以更好的阻挡僵尸前行
    • 攻击性：0（无攻击力）
    • 防御力：8000

生产类

生产阳光，供拾取购买植物

  • 向日葵
    • 可生产阳光
    • 耐久：300
  • 阳光菇（夜间植物）
    • 白天睡觉，可在夜间生产阳光
    • 耐久：250
  • 双子向日葵
    • 双份的阳光，双份的喜悦
    • 耐久：300

僵尸简介

在游戏中，不同种类的僵尸会一波波的攻击。不同僵尸的攻击值，耐久，特性有所不同。

僵尸分为：

  • 普通僵尸
    • 游戏中最普通的花园僵尸
    • 血量：270（普通）
    • 攻击：啃食攻击，100/秒
    • 速度：约4.7秒/格（普通）
  • 旗帜僵尸
    • 该僵尸是领头者，速度比普通僵尸快
    • 血量：270
  • 路障僵尸
    • 防御能力是普通僵尸的两倍
    • 血量：640
  • 铁桶僵尸
    • 防御能力比路障僵尸更强
    • 血量：1100
  • 橄榄球僵尸
    • 速度很快，防御强于铁桶僵尸
    • 血量：1160
  • 读报僵尸
    • 报纸可做防御，拿着报纸时速度很慢
    • 多次受到攻击后失去报纸，防御变低，速度变快
    • 血量：420

附加道具简介

  • 小推车
    • 位于最后防线的前方，当僵尸濒临最后防线时，小推车出动，将同排僵尸碾压致死。
  • 阳光
    • 可以靠天吃饭获得
    • 可以生产类植物处获得
    • 拾取后，可用来购买植物

关卡简介

逐个关卡击破，取得最终胜利。

关卡很有趣，请各位自行体验，这里不再赘述。

二、文档

1. 类图

整体：

在这里插入图片描述

核心部分：

在这里插入图片描述

大图见docs文件夹

2. 用例图

在这里插入图片描述

3. 时序图

I. 更新植物

在这里插入图片描述

II. 开始新游戏

在这里插入图片描述

III. 向僵尸总HP最少的行添加一个指定的僵尸

在这里插入图片描述

IV. 阳光下落

在这里插入图片描述

V. 向音频池添加游戏音效

在这里插入图片描述

三、项目完成情况

这是一份项目开始时准备的的TODO-List

游戏核心
    - [x] 单次派发系统
        - [x] 基于FSM的状态机制
        - [x] 基于多线程的音频池(使用.wav)
        - [x] 附带(类似)回调函数的杂项GIF播放系统
    - [x] 交互界面
        - [x] 开始界面
        - [x] 游戏界面
            - [x] 后院
            - [x] 卡牌槽
                - [x] 阳光槽
                - [x] 卡牌槽
                - [x] 卡牌
                - [x] 关卡进度
            - [x] 界面交互
                - [x] 放置植物
                - [x] 收集阳光
            - [x] 暂停界面
            - [x] 通关/失败提示
    - [x] 关卡设计
        - 考虑一关总僵尸量一定
        - 每间隔一段时间放置
        - 原则：
            - 在僵尸总HP最少的行上放置
植物
    - [x] 普通植物
        - [x] 向日葵
        - [x] 双子向日葵
        - [x] 豌豆射手
        - [x] 双发射手
        - [x] 三线射手
        - [x] 机枪射手
        - [x] 寒冰射手
        - [x] 坚果墙
        - [x] 高坚果
        - [x] 食人花
        - [x] 樱桃炸弹
        - [x] 火爆辣椒
        - [x] 土豆雷
        - [x] 火炬树桩
    - [ ] 夜间植物
        - [x] 小喷菇
        - [x] 胆小菇
        - [ ] 大喷菇
        - [x] 阳光菇  
僵尸
    - [x] 普通僵尸
    - [x] 旗帜僵尸
    - [x] 路障僵尸
    - [x] 铁桶僵尸
    - [x] 橄榄球僵尸
    - [ ] 小丑僵尸
    - [x] 读报僵尸
    - [ ] 撑杆跳僵尸
子弹类
    - [x] 豌豆
    - [x] 冰豌豆
    - [x] 燃烧豌豆
    - [x] 孢子
    - [ ] 大孢子(大喷菇)

四、附录

(魔幻)植物大战(成精)僵尸扩展编程不Van全指南

原理简介

一、名词解释

  1. FSM，有限状态自动机，一个FSM相当于一个独立的AI系统，每一个能够独立动作个体都拥有属于自己的FSM系统。举几个例子
    • 豌豆射手拥有以下几种状态
      • 0：待机态，没有可以攻击的僵尸
      • 1：攻击态，攻击态=攻击+CD
      • 2：HP耗尽，立即被回收
    • 普通僵尸拥有以下几种状态
      • 0 : 待机态，未出场
      • 1 : 有头行走
      • 2 : 有头攻击
      • 3 : 无头行走
      • 4 : 无头攻击
      • 5 : 被炸死，立即被回收
      • 6 : 无头死亡(正常死亡)，立即被回收
    • 一个状态又两部分组成，一是表示状态的数字，这个数字是这个状态的唯一标示，二是状态附带的动作，即个体被判定处于这个状态后应该执行的操作。例子接上面
      • 对于豌豆射手
        • 0/1:
          • 当HP耗尽 -> 2
        • 0:
          • 当观测到有可攻击的僵尸 -> 1
        • 1:
          • 当不再有可攻击的僵尸(上面的检测条件添加.negate()即可实现) -> 0
      • 对于普通僵尸
        • 1/2/3/4:
          • 当受到足以致命的爆炸伤害 -> 5
        • 3/4:
          • 当HP耗尽 -> 6
        • 1:
          • 观测到可攻击 -> 2
          • HP低于阈值 -> 3(掉头行走)
        • 2:
          • 不再可攻击(等价于(1->2).negate()) -> 1
          • HP低于阈值 -> 4(掉头攻击)
        • 3:
          • 观测到可攻击 -> 4
        • 4:
          • 不再可攻击(等价于(3->4).negate()) -> 3
      • 要求:
        • 任何对于死亡的检测必须写在前面，因为没有实现状态转移的优先级，当检测到可满足的转移条件后就不再检测其他条件
  2. 函数式编程，本项目使用函数编程接口
    • Predicate:
      • 接受参数并返回true/false
      • 用作检测是否满足转移条件
      • 程序中使用BiPredicate，接受两个参数，一是游戏棋盘的总体，二是实体本身
    • Consumer
      • 接受参数并执行，无返回值
      • 用作状态的执行
      • 程序中使用BiConsumer，接受两个参数，同上
  3. 音频池，用来播放游戏中的音乐与音效
    • 背景音乐，同一时刻只允许存在一个背景音乐，且背景音乐自动设置为循环播放
    • 游戏音效，子弹击中僵尸、僵尸啃噬植物等均为音效，一经添加立即播放，播放完毕后释放资源(由JVM接管)

二、代码组织形式

  1. 库组织形式
    • model 模型
      • base基本类型
      • bullets子弹
      • plants植物
      • sound音频
      • zombies僵尸
      • level 关卡
    • view 视图渲染部分
    • controller 用户交互界面
  2. 游戏棋盘GameBoard成分
    • 僵尸图 zombieMap
    • 植物图 plantMap
    • 子弹图 bulletMap
    • 杂项图 extraMap
    • 阳光图 sumMap，原本设计在杂项里，但考虑到检测的效率，故独立之

核心API讲解

  1. 注意，本部分代码因项目后期没有维护，可能已过时，详情请参考具体代码

  2. abstract void setStateTable(); //设置状态表

    • 任何继承Root的子类都必须实现的方法
    • 以豌豆射手Pershooter类为例：
      protected void setStateTable()
{
    // 0 : 正常
    // 1 : 攻击
    // 2 : HP耗尽
    BiConsumer<GameBoard, Root> attack = ((gameBoard, root) ->
    // 攻击时应该做什么
    {
        if ((intervalCount++) % attackPerTicks == 0)
        {
            Plant pt = (Plant) root;
            for (Object ob : gameBoard.zombieMap.getRow(pt.getY()))
            {
                Zombie zb = (Zombie) ob;
                if (zb.getX() - pt.getX() <= MAX_PROBE_RANGE)
                {
                    gameBoard.bulletMap.getRow(pt.getY()).add(
                        new BeanBullet(pt.getX() + pt.getWidth() / 2, pt.getY()));
                    SoundPool.addSound(GameRule.choice(GameRule.pea_shoot));
                    return;
                }
            }
        }
    });
    addState(0, "peashooter.gif", null);
    addState(1, "peashooter.gif", attack);
    addState(2, "peashooter.gif", (gameBoard, root) -> finish = true);
}
    • 类中的方法addState
      • 接受两个参数
      • 方法签名为void addState(int state, String fName, BiConsumer<GameBoard, Root> action)
        • state为当前状态码
        • fName为状态要播放的gif，可为null
        • action为BiConsumer，是该状态要执行的操作，可为null

  3. abstract void setStateTransfer(); //设置转移条件

    • 任何继承Root的子类都必须实现的方法
    • 以豌豆射手Pershooter类为例：
      protected void setStateTransfer()
{
    // BOTH -> HP耗尽死亡
    addTransfer(new int[] {0, 1}, 2, ((gameBoard, root) -> hp <= 0));
    // 待机 -> 开始攻击
    addTransfer(0, 1, getAttackTransfer(MAX_PROBE_RANGE));
    // 攻击 -> 待机
    addTransfer(1, 0, getAttackTransfer(MAX_PROBE_RANGE).negate());
}
    • 类中的方法addTransfer
      • 接受三个参数
      • 方法签名为void addTransfer(int from, int to, BiPredicate<GameBoard, Root> cond)
        • from为来自的状态
        • to为满足cond后转移到的状态
        • cond为BiPredicate，是状态转移条件
        • 还定义有方法void addTransfer(int[] froms, int to, BiPredicate<GameBoard, Root> cond)
          • froms数组中各元素都会被展开成原方法形式
          • 旨在实现快速添加对象死亡的转移条件

  4. 音频池SoundPool系统

    • 音频池为游戏提供了背景音乐与游戏音效支持
    • public static void addSound(String fName)
      • 添加音效
      • 音效会被立刻播放
      • 播放结束后自动回收
      • 一时刻可能有很多很多音效在播放
    • public static void setBGmusic(String fName)
      • 设置背景音乐
      • 音乐会被立刻播放
      • 音乐循环
      • 每一时刻只能有一首正在播放的BGM，重设后会替换原BGM
    • 注意
      • 上述两方法为静态方法，调用方式为
        • SoundPool.addSound(xxxxx);
        • SoundPool.setBGmusic(xxxxx);
      • 编码人员不用创建该类的任何实例，两静态方法会自动处理
    • 现状：音频系统是引起游戏很卡的罪魁祸首

      • [完成]初步优化：使用字典管理正在播放的音频，限制同一音频最多同时播放3个，稍有改善

      • [待进行]进一步构思：

        • 使用线程池技术，预先开辟线程，消除线程构造与回收造成的系统资源消耗

  5. 关卡Level & LevelManager & LevelFactory系统

    • Level: 保存一个关卡的信息
    • LevelManager: 组合一个Level并被多个类所传递，用于获取关卡信息与处理游戏胜负
    • LevelFactory: 关卡工厂，想添加新的关卡就写在这里
    • 如何写一个新关卡:
      • 你需要提供
        • 关卡的编号
        • 出现在本关的所有僵尸与他们的数量
        • 总波数
        • 总时间
        • 下一关的编号(-1代表结束)
        • 可以使用的植物
        • 场景图片
        • 背景音乐
        • 是否从天上掉落阳光
        • 掉落阳光的间隔是多少
        • 预先设置的植物
      • 编写成代码:
        Level level = new Level();
HashMap<String, Integer> zombieCount = new HashMap<>();
ArrayList<PlantInfo> cards = new ArrayList<>();
ArrayList<PreSetPlant> pres = new ArrayList<>();
zombieCount.put("normal_zombie", 10);              // 10个普通僵尸
zombieCount.put("football_zombie", 10);            // 10个橄榄球僵尸
zombieCount.put("buckethead_zombie", 5);           // 5个铁桶僵尸
zombieCount.put("conehead_zombie", 5);             // 5个路障僵尸
zombieCount.put("newspaper_zombie", 5);            // 5个读报僵尸

cards.add(new PlantInfo("Chomper", 50, 2));
// 可使用食人花, 花费50阳光，冷却2s
cards.add(new PlantInfo("Jalapeno", 50, 2));       // 火爆辣椒
cards.add(new PlantInfo("Peashooter", 100, 2));    // 豌豆射手
cards.add(new PlantInfo("Threepeater", 100, 2));   // 三发射手
cards.add(new PlantInfo("CherryBomb", 100, 2));    // 樱桃炸弹
cards.add(new PlantInfo("ScaredyShroom", 100, 2)); // 胆小菇

// 预设植物, new (name, col, row)
pres.add(new PreSetPlant("PotatoMine", 5, 0));
pres.add(new PreSetPlant("PotatoMine", 5, 1));
pres.add(new PreSetPlant("PotatoMine", 5, 2));
pres.add(new PreSetPlant("PotatoMine", 5, 3));
pres.add(new PreSetPlant("PotatoMine", 5, 4));

level.setLevelNumber(1)                   // 关卡编号1
     .setZombies(zombieCount)             // 设置所有僵尸(见上方)
     .setWaves(10)                        // 10波
     .setLevelTime(50)                    // 50秒(最后一波僵尸出现的时间)
     .setLevelNext(2)                     // 下一关进入编号2
     .setPlantInfos(cards)                // 设置可使用的植物
     .setlevelImg(GameRule.backgroundDay) // 关卡背景
     .setLevelBgmusic(GameRule.dayBG)     // 背景音乐
     .setDropSun(true)                    // 白天，从天上掉阳光
     .setDropSunPerSeconds(5)             // 第一关，阳光掉落频繁
     .setPrePlants(pres);                 // 预设植物，可为空
      • 由于大量使用了Java的反射机制，使得程序具有特别强大的灵活性，可以看出，仅需要一个字符串便能调用一个类
      • 所以，新建一个关卡只需要填写很少的代码
      • 由于植物的花费与冷却时间可控，我们还可以做出许多有趣的小游戏，比如:
        • 一关只允许使用爆炸物，且爆炸物冷却时间极短而且花费很低
        • 一关的高坚果与坚果墙十分廉价，但攻击方式只有普通豌豆射手
        • 更多脑洞任君开发

  6. 僵尸、植物、子弹或杂项何时被系统删除

    • 在Root类中有一名为finish的布尔型变量，一旦为true，则会在最近一次的更新中被移除
    • 对于动画，例如僵尸的倒下死亡或被炸死，有两种处理思路
      • 转移到这个状态，播放这个gif，sleep对应时间后在设置为finish=true
      • 转移到这个状态，立刻设置为finish=true，在杂项map内添加这样的gif
    • 本程序在简洁性与易扩展型的考量下决定使用后者，具体使用方法举例如下：
      // 僵尸被炸死
addState(5, null, (gameBoard, root) ->
{
    finish = true;
    gameBoard.extraMap.add(new Extra(getPath() + "boom_die.gif", 3500, getX(), getY()));
});

// 僵尸HP耗尽
addState(6, null, (gameBoard, root) ->
{
    finish = true;
    gameBoard.extraMap.add(new Extra(getPath() + "nohead_die.gif", 1500, getX(), getY()));
});
    • Extra类的构造函数签名如下
      • public Extra(String fName, int ms, int x, int y, boolean bullet)
      • 与public Extra(String fName, int ms, int x, int y)
      • 其中
        • fName为需要播放的gif文件
        • ms为gif所需执行时间，用于Thread.sleep()
        • x, y，物体坐标
        • bullet，是否为子弹，true代表是，不填为否
    • Extra类被构造后会在最近一次的更新中被添加
    • 在延迟时间到后自动被回收，实现方法同为finish=true

raMap.add(new Extra(getPath() + “nohead_die.gif”, 1500, getX(), getY()));
});
```
- Extra类的构造函数签名如下
- public Extra(String fName, int ms, int x, int y, boolean bullet)
- 与public Extra(String fName, int ms, int x, int y)
- 其中
- fName为需要播放的gif文件
- ms为gif所需执行时间，用于Thread.sleep()
- x, y，物体坐标
- bullet，是否为子弹，true代表是，不填为否
- Extra类被构造后会在最近一次的更新中被添加
- 在延迟时间到后自动被回收，实现方法同为finish=true

END

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