TurboSprite：.NET Framework 2.0 上的简单 2D 精灵引擎

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引言

TurboSprite 是一组组件，可为您的 .NET 应用程序提供完整的 2D 动画精灵引擎。“精灵”是游戏或其他支持动画的应用程序中的可移动对象。在 TurboSprite 中，您可以使用几种不同类型的精灵，并创建自己的派生类型来展现您需要的确切外观和行为。TurboSprite 完全用 C# 托管代码编写。主要组件是

• SpriteSurface - 精灵动画发生的视觉画布。
• Sprite - 一个抽象基类，用于封装精灵。TurboSprite 包含几个具体的派生精灵类，例如 BitmapSprite、PolygonSprite 和 AnimatedBitmapSprite。
• SpriteEngine - 添加到 SpriteEngine 的精灵将出现在 SpriteSurface 上。SpriteEngine 会通知您精灵之间的碰撞。SpriteEngine 的派生类允许您定义它们所包含的精灵的不同移动能力。TurboSprite 中包含的 DestinationSpriteMover 派生类允许您以不同的速度将精灵移动到目标点。

背景

TurboSprite 最初是在 20 世纪 90 年代中期作为一个用 Borland Delphi 编写的 Windows 精灵引擎开始的。当时，在 Windows 中生成响应式动画非常困难，TurboSprite 依赖于特殊的汇编语言编码函数直接绘制到图像缓冲区内存。现在计算机速度更快，TurboSprite 的最新版本利用 GDI+ 的绘图能力来执行渲染。这使得我能够完全用 C# 托管代码开发该包。对于简单的 2D 游戏和其他应用程序，性能非常可接受！TurboSprite for .NET 保留了原始库的简单、面向对象的设计模式。

TurboSprite 组件

SpriteSurface

SpriteSurface 是精灵移动和其他动画效果发生的可见动画表面。将 SpriteSurface 放置在窗体上后，设置 DesiredFPS 属性以确定您希望实现的动画每秒帧数。在代码中，将 Active 属性设置为 true 来开始动画。您可以随时通过检查 ActualFPS 属性来检查 SpriteSurface 的实际动画速率。

您可以使用多种不同的方式通过 SpriteSurface 产生动画。一种方法是使用 SpriteEngines 和 Sprites（见下文）。当您将 SpriteEngines 连接到 SpriteSurface 时，SpriteEngines 中包含的精灵将在 SpriteSurface 上渲染和处理。

SpriteSurface 还提供事件和属性，您可以在动画周期的各个点处理它们。其中一些事件使用 PaintEventArgs，因此您可以使用事件中包含的 Graphics 对象在表面上绘图。请记住，下面事件的顺序在每个动画周期中都会发生。您基本上在每个周期中绘制完整的帧。正是每一帧中绘制内容的细微变化可以产生动画效果。

• BeforeAnimationCycle 事件在每个动画帧之前发生。
• 如果将 AutoBlank 属性设置为 true，则在每个动画周期中发生的第一件事就是使用 AutoBlankColor 属性清除表面。
• BeforeSpriteRender 事件在任何精灵渲染到表面之前发生，但在 AutoBlank 处理之后。使用 Graphics 对象在每个动画帧中执行任何自定义渲染到表面的操作。
• AfterSpriteRender 事件在精灵渲染之后发生，并允许您使用传递的 Graphics 对象绘制到表面。

SpriteSurface 具有像任何其他 Windows Forms 控件一样的 Width 和 Height 属性，但它还有一个“虚拟”尺寸的概念，即控件的可见部分是完整虚拟区域的视口。要启用此功能，请将 UseVirtualSize 属性设置为 true，并使用 VirtualSize 属性设置虚拟尺寸。当虚拟尺寸模式生效时，您使用 OffsetX 和 OffsetY 属性来读取和设置到虚拟空间中的左上角的偏移量。使用虚拟尺寸时，请记住精灵的 X 和 Y 坐标是以完整的虚拟空间而不是 SpriteSurface 的可见部分来表示的。

SpriteSurface 中有许多属性可以显示一个选择光标。如果 CursorVisible 为 true，则光标将显示为矩形，无论您在表面上单击何处。光标的外观由 CursorColor 和 CursorWidth 属性控制，其位置由 CursorX 和 CursorY 属性控制。

此外，如果 SelectionBandVisible 为 true，则当您在 SpriteSurface 上拖动鼠标时，将出现一个选择框。选择框的颜色由 SelectionBandColor 属性控制。当用户绘制选择框时，SpriteSurface 会触发 RangeSelected 事件。

Wraparound 属性决定当精灵对象移出 SpriteSurface 的虚拟尺寸时会发生什么。如果 Wraparound 为 false，则允许精灵移出实际尺寸，只是不进行渲染。如果为 true，则超出表面一侧的精灵将在另一侧出现，从而有效地环绕表面。

Sprite

Sprite 类定义了一个可以移动并在 SpriteSurface 上渲染的对象。Sprite 是一个抽象类，它定义了一个 Position 属性、一个 Width 和 Height，以及一些对所有精灵通用的其他属性。TurboSprite 包含许多具体的派生精灵类

• BitmapSprite 使用 Bitmap 来渲染自身。
• AnimatedBitmapSprite 继承自 BitmapSprite，并允许您指定一组 Bitmap，这些 Bitmap 定义了用于渲染精灵的动画帧。
• PolygonSprite 根据您定义的一组点来渲染自身，并支持绕其轴旋转。
• ParticleExplosionSprite 生成基于粒子的爆炸，允许您控制大小、速度和颜色范围。
• ShockwaveSprite 生成由向外辐射的圆组成的爆炸效果。
• StarFieldSprite 重现了经典的街机游戏星场超空间效果。

鼓励您将这些用作示例，并创建自己的 Sprite 派生类。

Sprite 类包含两个重要的方法，值得在此进一步讨论

• Process 方法是虚拟的，如果您愿意，可以在具体的派生类中重写它。TurboSprite 在每个动画帧之前调用精灵的 Process 方法，无论精灵是否在虚拟区域的可见部分内。在这里，您可以执行任何您希望在每个动画帧中应用于精灵的处理。这可以包括粒子分散、递减生命计数器等。
• Render 方法是抽象的，因此必须在派生类中实现。它包含实际将精灵绘制到 SpriteSurface 上的代码。Render 提供了一个 Graphics 对象，您应该使用它来渲染精灵。

渲染精灵时，使用精灵的 Location，减去 SpriteSurface 当前的 OffsetX 和 OffsetY，以确定在 Graphics 对象上的绘制位置。下面的示例是 BitmapSprite 的 Render 方法，它使用 Bitmap 来渲染自身。请注意，代码在渲染时还减去了 Bitmap 大小的一半，确保 Bitmap 以精灵的实际位置为中心。

//Render it on the sprite surface
protected internal override void Render(Graphics g)
{
   g.DrawImage(Bitmap, X - WidthHalf - Surface.OffsetX, 
               Y - HeightHalf - Surface.OffsetY);
}

X 和 Y 是 Sprite 类的属性，让您可以访问其位置。如上所示，Sprite 类通过 Surface 属性提供对其 SpriteSurface 的访问。

在 Sprite 派生类中，告诉 TurboSprite 精灵的大小很重要。TurboSprite 使用此信息以及精灵的 Position 来确定是否需要在每个动画帧中渲染它。精灵的 Shape 属性（一个 RectangleF）应该在 Sprite 派生类中分配，以定义其大小。Shape 属性的设置应与其位置无关。例如，如果一个精灵的大小为 20x20 像素，那么其 Shape 属性应设置为新的 RectangleF (-10, -10, 10, 10)；这将精灵的形状以其位置为中心。您应该设置 Shape 属性，使其大致对应于您在 Render 方法中绘制的图像。

下面我们看到 BitmapSprite 在分配 Bitmap 时设置了 Shape 属性

//The bitmap used to render the sprite
public Bitmap Bitmap
{
   get
   {
      return _bitmap;
   }
   set
   {
      _bitmap = value;
      if (_bitmap != null)
        Shape = new RectangleF(-_bitmap.Width / 2, -_bitmap.Height / 2, 
                               _bitmap.Width, _bitmap.Height);
   }
}

TurboSprite 支持点击精灵并通过 SpriteClicked 事件通知客户端。您并不总是希望精灵的可见绘制区域来确定精灵被点击的区域。因此，Sprite 类还有一个 ClickShape 属性，如果您希望点击区域与 Shape 不同，可以设置它。默认情况下，ClickShape 假定 Shape 属性的设置值。

Sprite 类还定义了一些描述旋转的属性，包括 FacingAngle、Spin 和 SpinSpeed。如果 Spin 设置为 SpinType.ClockWise 或 SpinType.CounterClockwise，则 TurboSprite 会在每个动画周期自动调整精灵的 FacingAngle。由派生的 Sprite 类来利用 FacingAngle 来渲染精灵。要查看一个实现此功能的示例，请检查 PolygonSprite 类的代码。PolygonSprite 维护一个点的内部列表，这些点定义了精灵的多边形形状。在 Process 方法中，点根据精灵的 FacingAngle 进行旋转。

//Process the sprite on each animation cycle - handle rotation
protected internal override void Process()
{
   //Process rotation of shape
   if (FacingAngle != _lastAngle)
   {
      float sin = Sprite.Sin(FacingAngle);
      float cos = Sprite.Cos(FacingAngle);
      _lastAngle = FacingAngle;
      for (int p = 0; p < _points.Length; p++)
      {
         _points[p].X = _unrotated[p].X * cos - _unrotated[p].Y * sin;
         _points[p].Y = _unrotated[p].Y * cos + _unrotated[p].X * sin;
      }

      //This causes Shape to be correctly recalculated
      Points = _points;
   }
}

顺便说一句，Sprite 类创建了正弦和余弦值的静态查找表，这减少了动画周期中的计算开销，而 PolygonSprite 在上面的代码中使用了这些查找表。

SpriteEngine

要使您的精灵出现在 SpriteSurface 上，它们必须添加到 SpriteEngine 中。SpriteEngine 是一个非可视组件，用于管理精灵移动和碰撞检测。SpriteEngine 有一个 Surface 属性，应将其设置为其精灵将要绘制的 SpriteSurface。您可以使用连接到同一 SpriteSurface 的多个 SpriteEngine，为同一表面上的不同精灵组提供不同的行为。

SpriteEngine 的 Priority 属性决定了当多个 SpriteEngine 连接到 SpriteSurface 时精灵的渲染顺序。

精灵之间的碰撞检测通过设置 SpriteEngine 的 DetectCollisionSelf 和 DetectCollisionFlag 属性来处理。如果 DetectCollisionSelf 为 true，则 SpriteEngine 中的精灵将检测它们之间的碰撞。当使用多个 SpriteEngine 时，DetectCollisionFlag 值相同的 SpriteEngine 将检测它们之间的碰撞。当检测到精灵碰撞时，SpriteSurface 会触发 SpriteCollision 事件，并将发生碰撞的两个 Sprite 对象传递给您。

移动精灵

除非有办法让精灵动起来，否则它们几乎一文不值！在 TurboSprite 中，这由派生自 SpriteEngine 的组件处理。SpriteEngine 提供了一个定义精灵移动的设计模式。派生组件可以利用此模式来创建不同的精灵移动方式。TurboSprite 包含一个这样的派生组件，即 SpriteEngineDestination 组件，它以特定速度将精灵移动到特定目标。

这里的设计利用了 Sprite 类中的一个特殊标签属性，称为 MovementData。SpriteEngine 派生组件可以根据需要将任何对象分配给此属性，以跟踪和/或控制精灵的移动。设置此值的地方是 SpriteEngine 的 InitializeSprite 方法，该方法应在派生类中重写。SpriteEngineDestination 重写此方法以创建 DestinationMover 对象实例，并将其分配给 Sprite 的 MovementData 属性。

//Create a DestinationMove object and attach it to the sprite
protected override void InitializeSprite(SCG.TurboSprite.Sprite sprite)
{
   sprite.MovementData = new DestinationMover(sprite);
}

SpriteEngineDestination 提供了一个名为 GetMover 的公共方法，该方法将 DestinationMover 的实例返回给客户端，用于特定的 Sprite 对象。DestinationMover 类本身包含描述精灵速度、目的地以及精灵到达目的地后是否应停止移动的属性。因此，客户端代码可以通过设置 DestinationMover 对象的 Speed 和 Destination 属性来使精灵移动。

TurboSprite 在调用 SpriteEngine 的 MoveSprite 方法时执行移动逻辑。这发生在每个动画周期中。SpriteEngineDestination 重写了 MoveSprite 方法并采用了其自定义移动逻辑。有关精灵移动设计模式的更详细了解，请参阅 SpriteEngineDestination 的代码及其注释。虽然这可能显得繁琐，但它为将来可以添加的不同移动行为提供了灵活性。

TurboSprite 演示应用程序

源代码中包含一个完整的演示应用程序，它演示了如何创建精灵、将它们添加到 SpriteEngines 以及移动它们。它还涉及 TurboSprite 的一些其他优点，例如 GamePieceBitmapFactory 组件，该组件允许您轻松访问包含在单个较大 Bitmap 中的单个精灵图形，甚至可以将其着色为任何特定颜色。

这是当单击“位图精灵”按钮时执行的代码。它创建一个 BitmapSprite 实例，并将其投入到 SpriteSurface 中。

private void btnAddSprite_Click(object sender, EventArgs e)
{
   //Create a BitmapSprite
   BitmapSprite s = new BitmapSprite((Bitmap)picGlyph.Image);
   s.Bitmap.MakeTransparent(Color.Black);

   //Center it on the SpriteSurface
   s.Position = new Point(surface.Width / 2, surface.Height / 2);

   //Add it to the SpriteEngine
   engineDest.AddSprite(s);

   //Set its speed and destination
   DestinationMover dm = engineDest.GetMover(s);
   dm.Speed = rnd.Next(10) + 1;
   dm.Destination = new Point(rnd.Next(surface.Width), rnd.Next(surface.Height));
   dm.StopAtDestination = false; 
}

TurboSprite 实战

TurboSprite 是我免费的实时策略游戏 Solar Vengeance 中使用的动画引擎。Solar Vengeance 使用了 TurboSprite 的许多功能，其中一些功能包含在此包中但本文未涉及。

• 使用许多自定义 Sprite 派生类来渲染星舰和星系。
• 使用 AnimatedBitmapSprite 类来渲染虫洞。
• 使用 ParticleExplosionSprite 和 ShockwaveSprites 来渲染爆炸。
• 使用 SquareGridSpriteSurface 作为主表面。这是一个派生自基本 SpriteSurface 的组件，但提供了额外功能，允许您使用方形网格。
• 使用 SpriteEngineDestination 在游戏场地上移动精灵。

访问 Silicon Commander Games 网站，了解更多关于 TurboSprite、Solar Vengeance 以及我们开源的 .NET 多人游戏和聊天组件包 PrismServer 的信息。