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Android游戏框架Libgdx使用入门

游戏框架AndroidJavaMEGoogle 
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Libgdx作者博客：http://www.badlogicgames.com/

Libgdx项目地址：http://code.google.com/p/libgdx/

Libgdx是一款支持2D与3D游戏开发的游戏类库，兼容大多数微机平台（标准JavaSE实现，能运行在Mac、Linux、Windows等系统）与Android平台（Android1.5以上即可使用，Android2.1以上可满功率发挥），

Libgdx由audio、files、graphics、math、physics、scenes、utils这些主要类库所组成，它们分别对应了 Libgdx中的音频操作，文件读取，2D/3D渲染，Libgdx绘图相关运算，Box2D封装，2D/3D游戏组件（3D部分目前无组件），以及 Libgdx内置工具类。

Libgdx主要构成如下所示（Libgdx作者wiki提供）：

00

下面开始，我将就Libgdx的具体实现，开始讲解如何正确使用Libgdx类库。

不过在正式开始之前，我们首先还得讲讲Gdx类。


关于Libgdx中的Gdx类：

单从表面上看，Gdx类占用空间不足2KB，甚至不具备一行可以被直接执行的函数，并没什么重要好说。

然而，真实的Gdx却是Libgdx类库运行的核心所在，没有它你将寸步难行，不单运行Graphics、Input、Files、Audio、 AndroidApplication等Libgdx关键部分所必需的实例会在Libgdx初始化时注入Gdx中对应的graphics、input、 files、audio、app等静态变量里面，就连Libgdx对OpenGL接口（或OpenGLES，视Libgdx运行平台而定，以下统称 OpenGL）的GL10、GL11、GL20、GLCommon等封装类也会在Graphics实例化时分别注入到gl10、gl11、gl20、gl 这四个同样位于Gdx的静态变量当中（在Graphics中也会继续保留它们的引用，因此无论你执行Gdx.graphics.getGL10还是 Gdx.gl10，其实都在调用同一个静态变量）。事实上，如果你想不使用Gdx而正常运行Libgdx，那么除了重构源码，就再没有任何办法可想了。

PS:如果你不清楚自己究竟在什么环境使用Libgdx，其实也不必强分gl10或gl11，大可以通过Gdx.gl方式调用Libgdx中对于OpenGL接口的默认封装（执行某些非多版本共有接口时，依旧需要使用对应版本专属gl）。

想要使用Libgdx，却不明白Gdx是干什么用的，那么一切就都是空谈。

下面开始，我将具体讲解Libgdx中的图像处理与游戏组件部分：


关于Libgdx的图像处理部分：

Mesh:

本质上讲，Libgdx中所有可见的3D物体首先都是一个Mesh（网格，或者说三维网格形式的高级图元）。Mesh是如何生成的呢？众所周知，数学上讲 的立体几何由点、线、面三部分组成，无论多么复杂的图像也可以分解为无数细小的这三部分，或者说可以由非常基础的N个这三部分所组合而成；到了3D游戏开 发时，当我们要构建复杂的3D图像，首先会以一系列有序的vertices（顶点）构成这些具体的点、线、三角要素，即构成绘图基本图元 （Primitives），再将基本图元组合成更完整的高级图元也就是具体3D对象。因此，如果对Mesh概念进行简单的理解，其实它就是一个象征完整图 像的基本图元集合体，Libgdx先让我们把一个个细分的vertices组成基本图元，再由Mesh类将基本图元制成更加复杂的高级图元展示出来。

具体可见Libgdx作者提供的returntomarchfeld示例，基本效果如下图所示：

00

（勿看FPS，一切信真机）

PS:如果对此类认识不足，可以去玩玩模拟人生，下个修改器尝试编辑角色或物品造型后就懂了……

Texture:

Libgdx所提供的游戏纹理用类，其实质可理解为保存在显存中的Image，它以贴图的方式通过OpenGL将图片显示到游戏界面之上。Libgdx的 纹理可以直接从指定文件路径加载，也可以通过它提供的Pixmap类凭空创建（它的Texture(int width, int height, Format format)构造内部直接调用了Pixmap，不是必须在外部生成Pixmap后注入）。另外在加载Texture时，个人建议通过Libgdx提供的 TextureDict.loadTexture函数调用，该方法内部提供了Texture缓存管理，能够避免无意义的资源重复加载。此 外，Texture通常会与TextureRegion类配套使用，利用TextureRegion包装Texture后，再利用SpriteBatch 进行绘制，可以很方便的修订Texture为我们需要的显示范围。还有，Libgdx中Sprite类为TextureRegion子类，因此能够将 Sprite当作TextureRegion来使用，只是Sprite类比TextureRegion有所扩展。不过Libgdx的 SpriteCache类并没有继承Sprite或TextureRegion，所以起不到TextureRegion的作用，只能构建一组静态贴图集合 罢了，特此说明。

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  1. // Libgdx的Texture与Sprite使用   
  2. public   class  Main  extends  AndroidApplication {  
  3.     class  TestSprite  implements  ApplicationListener {  
  4.         // 准备绘图用SpriteBatch   
  5.         SpriteBatch spriteBatch;  
  6.         // 准备游戏精灵   
  7.         Sprite sprite;  
  8.         // 准备图片加载用Texture   
  9.         Texture texture;  
  10.         public   void  create() {  
  11.             // 构建SpriteBatch   
  12.             spriteBatch = new  SpriteBatch();  
  13.             // 构建Texture，图像宽与高大小都必须为2的整数次幂，否则提示异常   
  14.             // PS:在Android环境使用Libgdx的internal加载时必须文件必须位于assets目录下   
  15.             texture = new  Texture(Gdx.files.internal( "mySprite.png" ));  
  16.             // 以指定Texture构建Sprite   
  17.             sprite = new  Sprite(texture);  
  18.             // 定位到100, 180(Libgdx使用标准笛卡尔坐标系，自左下0,0开始)   
  19.             sprite.setPosition(100 ,  180 );  
  20.         }  
  21.         public   void  render() {  
  22.             // 清屏   
  23.             Gdx.gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT);  
  24.             // 初始化绘图调用   
  25.             spriteBatch.begin();  
  26.             // 绘制精灵到游戏屏幕   
  27.             sprite.draw(spriteBatch);  
  28.             // 结束绘图调用   
  29.             spriteBatch.end();  
  30.         }  
  31.         public   void  dispose() {  
  32.             // 释放占用的资源   
  33.             spriteBatch.dispose();  
  34.             texture.dispose();  
  35.         }  
  36.         public   void  resume() {  
  37.         }  
  38.         public   void  pause() {  
  39.         }  
  40.         public   void  resize( int  width,  int  height) {  
  41.         }  
  42.     }  
  43.     public   void  onCreate(Bundle bundle) {  
  44.         super .onCreate(bundle);  
  45.         // 初始化游戏屏幕，并设置是否支持GLES 2.0，如果您对向下兼容没什么需要选择true即可(2.1以上)，否则选择false。   
  46.         initialize(new  TestSprite(),  true );  
  47.     }  
  48. }  


Pixmap:

Libgdx所提供的像素级图像渲染用类，由于Libgdx目前以JNI方式自带图像解码器，所以我们可以直接将Pixmap理解为一个Android中 Bitmap的替代者，两者间实现细节虽有差别，但具体作用却大同小异。Pixmap支持Alpha、LuminanceAlpha、RGB565、 RGBA4444、RGB888、RGBA8888等五种图像彩色模式，支持png、jpg、bmp等三种图像文件的读取和加载。一般来说，Pixmap 必须和Texture混用才能真正显示画面。不过在事实上，Libgdx的Texture里已经内置有Pixmap了。

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  1. // Libgdx的Pixmap使用   
  2. public   class  Main  extends  AndroidApplication {  
  3.       
  4.     class  TestPixmap  implements  ApplicationListener {  
  5.         // 准备绘图用SpriteBatch   
  6.         SpriteBatch spriteBatch;  
  7.         // Pixmap是Libgdx提供的针对opengl像素操作的上级封装，它可以凭空构建一个像素贴图，   
  8.         // 但是它的现实必须通过Texture。   
  9.         Pixmap pixmap;  
  10.         // 准备Texture   
  11.         Texture texture;  
  12.         public   void  create() {  
  13.             // 构建SpriteBatch   
  14.             spriteBatch = new  SpriteBatch();  
  15.             // 构建Pixmap（在Android环境使用internal加载模式时，文件必须放置于assets文件夹下）   
  16.             pixmap = new  Pixmap(Gdx.files.internal( "myPixmap.png" ));  
  17.             // 绘制一个蓝方块到Ball图像之上   
  18.             pixmap.setColor(Color.BLUE.r, Color.BLUE.g, Color.BLUE.b,  
  19.                     Color.BLUE.a);  
  20.             pixmap.drawRectangle(15 ,  15 ,  40 ,  40 );  
  21.             // 以指定Pixmap构建Texture   
  22.             texture = new  Texture(pixmap);  
  23.             // 注入Texture后的pixmap已经没用，可以注销   
  24.             pixmap.dispose();  
  25.         }  
  26.         public   void  dispose() {  
  27.             spriteBatch.dispose();  
  28.             texture.dispose();  
  29.         }  
  30.         public   void  pause() {  
  31.         }  
  32.         public   void  render() {  
  33.             // 清屏   
  34.             Gdx.gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT);  
  35.             // 初始化绘图调用   
  36.             spriteBatch.begin();  
  37.             // 绘制精灵到游戏屏幕   
  38.             spriteBatch.draw(texture, 100 ,  180 );  
  39.             // 结束绘图调用   
  40.             spriteBatch.end();  
  41.         }  
  42.         public   void  resize( int  width,  int  height) {  
  43.         }  
  44.         public   void  resume() {  
  45.         }  
  46.     }  
  47.     public   void  onCreate(Bundle bundle) {  
  48.         super .onCreate(bundle);  
  49.         // 初始化游戏屏幕，并设置是否支持GLES 2.0，如果您对向下兼容没什么需要选择true即可(2.1以上)，否则选择false。   
  50.         initialize(new  TestPixmap(),  true );  
  51.     }  
  52. }  



BitmapFont:

Libgdx所提供的OpenGL文字用类，构造BitmapFont时需要一个描述文字构成的fnt文件，和一个提供文字图片的png文件（PS:在 Libgdx的com.badlogic.gdx.utils包下有提供内置字库，目前仅支持英文、数字和常见符号），同SpriteBatch相配合时 能够完成一些基础的文字绘图。值得一提的是，我们也可以使用BitmapFontCache类将BitmapFont包装成了一个静态的Font实例，以 避免大量贴图时产生的不必要损耗。

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  1. //libgdx的文字显示   
  2. public   class  Main  extends  AndroidApplication {  
  3.     class  TestFont  extends  Game {  
  4.         // SpriteBatch是libgdx提供的opengl封装，可以在其中执行一些常规的图像渲染，   
  5.         // 并且libgdx所提供的大多数图形功能也是围绕它建立的。   
  6.         SpriteBatch spriteBatch;  
  7.         // BitmapFont是libgdx提供的文字显示用类，内部将图片转化为可供opengl调用的   
  8.         // 文字贴图(默认不支持中文)。   
  9.         BitmapFont font;  
  10.         public   void  create() {  
  11.             //构建SpriteBatch用于图像处理(内部调用opengl或opengles)   
  12.             spriteBatch = new  SpriteBatch();  
  13.             //构建BitmapFont，必须有一个fnt文件描述文字构成，一个图片文件提供文字用图   
  14.             font = new  BitmapFont(Gdx.files.internal( "font.fnt" ), Gdx.files  
  15.                     .internal("font.png" ),  false );  
  16.         }  
  17.         public   void  render() {  
  18.                 // 调用清屏   
  19.             Gdx.gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT);  
  20.             // 初始要有begin起始   
  21.             spriteBatch.begin();  
  22.             // 显示文字到屏幕指定位置   
  23.             // PS:Libgdx采用标准笛卡尔坐标系，自左下0,0开始   
  24.             font.draw(spriteBatch, "FPS"  + Gdx.graphics.getFramesPerSecond(),  
  25.                     5 ,  475 );  
  26.             font.draw(spriteBatch, "Hello Libgdx" ,  255 ,  255 );  
  27.             // 结束要有end结尾   
  28.             spriteBatch.end();  
  29.         }  
  30.         public   void  resize( int  width,  int  height) {  
  31.         }  
  32.         public   void  pause() {  
  33.         }  
  34.         public   void  resume() {  
  35.         }  
  36.         public   void  dispose() {  
  37.             // 释放占用的资源   
  38.             spriteBatch.dispose();  
  39.             font.dispose();  
  40.         }  
  41.     }  
  42.     public   void  onCreate(Bundle bundle) {  
  43.         super .onCreate(bundle);  
  44.         // 初始化游戏屏幕，并设置是否支持GLES 2.0，如果您对向下兼容没什么需要选择true即可(2.1以上)，否则选择false。   
  45.         initialize(new  TestFont(),  true );  
  46.     }  
  47. }  

00


SpriteBatch:

Libgdx所提供的纹理渲染器，本质上是OpenGL的简易封装体，具体实现上与XNA中的SpriteBatch类非常近似，每次调用 SpriteBatch类都必须以begin函数开头，以end函数结尾。由于Libgdx中SpriteBatch提供的功能还非常有限，所以在完全不 懂OpenGL的前提下使用其进行游戏开发或许有一定难度。

ShaderProgram:

Libgdx所提供的着色器，在Android环境使用时需要GLES2.0或以上版本才能完整支持的高级渲染功能之一，内部封装着GLES2.0专用的 顶点着色与片断着色Shader Model，它的本质作用是对3D对象表面进行渲染处理，此物性能基本取决于GPU（除了Google Nexus系列手机暂未见能完全跑出速度的机型）。

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  1. //libgdx的ShaderProgram使用   
  2. public   class  Main  extends  AndroidApplication {  
  3.     class  TestShader  implements  ApplicationListener {  
  4.         ShaderProgram shader;  
  5.         Texture texture;  
  6.         Texture texture2;  
  7.         Mesh mesh;  
  8.         public   void  create() {  
  9.             // 以下命令供GPU使用(不支持GLES2.0就不用跑了)   
  10.             String vertexShader = "attribute vec4 a_position;   \n"   
  11.                     + "attribute vec2 a_texCoord;   \n"   
  12.                     + "varying vec2 v_texCoord;     \n"   
  13.                     + "void main()                  \n"   
  14.                     + "{                            \n"   
  15.                     + "   gl_Position = a_position; \n"   
  16.                     + "   v_texCoord = a_texCoord;  \n"   
  17.                     + "}                            \n" ;  
  18.             String fragmentShader = "#ifdef GL_ES\n"   
  19.                     + "precision mediump float;\n"   
  20.                     + "#endif\n"   
  21.                     + "varying vec2 v_texCoord;                            \n"   
  22.                     + "uniform sampler2D s_texture;                        \n"   
  23.                     + "uniform sampler2D s_texture2;                        \n"   
  24.                     + "void main()                                         \n"   
  25.                     + "{                                                   \n"   
  26.                     + "  gl_FragColor = texture2D( s_texture, v_texCoord ) * texture2D( s_texture2, v_texCoord);\n"   
  27.                     + "}                                                   \n" ;  
  28.             // 构建ShaderProgram   
  29.             shader = new  ShaderProgram(vertexShader, fragmentShader);  
  30.             // 构建网格对象   
  31.             mesh = new  Mesh( true ,  4 ,  6 ,  new  VertexAttribute(Usage.Position,  2 ,  
  32.                     "a_position" ),  new  VertexAttribute(  
  33.                     Usage.TextureCoordinates, 2 ,  "a_texCoord" ));  
  34.             float [] vertices = { - 0 .5f,  0 .5f,  0 .0f,  0 .0f, - 0 .5f, - 0 .5f,  0 .0f,  
  35.                     1 .0f,  0 .5f, - 0 .5f,  1 .0f,  1 .0f,  0 .5f,  0 .5f,  1 .0f,  0 .0f };  
  36.             short [] indices = {  0 ,  1 ,  2 ,  0 ,  2 ,  3  };  
  37.             // 注入定点坐标   
  38.             mesh.setVertices(vertices);  
  39.             mesh.setIndices(indices);  
  40.             // 以Pixmap生成两个指定内容的Texture   
  41.             Pixmap pixmap = new  Pixmap( 256 ,  256 , Format.RGBA8888);  
  42.             pixmap.setColor(1 ,  1 ,  1 ,  1 );  
  43.             pixmap.fill();  
  44.             pixmap.setColor(0 ,  0 ,  0 ,  1 );  
  45.             pixmap.drawLine(0 ,  0 ,  256 ,  256 );  
  46.             pixmap.drawLine(256 ,  0 ,  0 ,  256 );  
  47.             texture = new  Texture(pixmap);  
  48.             pixmap.dispose();  
  49.             pixmap = new  Pixmap( 256 ,  256 , Format.RGBA8888);  
  50.             pixmap.setColor(1 ,  1 ,  1 ,  1 );  
  51.             pixmap.fill();  
  52.             pixmap.setColor(0 ,  0 ,  0 ,  1 );  
  53.             pixmap.drawLine(128 ,  0 ,  128 ,  256 );  
  54.             texture2 = new  Texture(pixmap);  
  55.             pixmap.dispose();  
  56.         }  
  57.         public   void  dispose() {  
  58.         }  
  59.         public   void  pause() {  
  60.         }  
  61.         public   void  render() {  
  62.             // PS:由于使用了ShaderProgram，因此必须配合gl20模式（否则缺少关键opengles接口）   
  63.             Gdx.gl20.glViewport(0 ,  0 , Gdx.graphics.getWidth(), Gdx.graphics  
  64.                     .getHeight());  
  65.             Gdx.gl20.glClear(GL20.GL_COLOR_BUFFER_BIT);  
  66.             Gdx.gl20.glActiveTexture(GL20.GL_TEXTURE0);  
  67.             texture.bind();  
  68.             Gdx.gl20.glActiveTexture(GL20.GL_TEXTURE1);  
  69.             texture2.bind();  
  70.             // 开始使用ShaderProgram渲染   
  71.             shader.begin();  
  72.             shader.setUniformi("s_texture" ,  0 );  
  73.             shader.setUniformi("s_texture2" ,  1 );  
  74.             mesh.render(shader, GL20.GL_TRIANGLES);  
  75.             // 结束ShaderProgram渲染   
  76.             shader.end();  
  77.         }  
  78.         public   void  resize( int  width,  int  height) {  
  79.         }  
  80.         public   void  resume() {  
  81.         }  
  82.     }  
  83.     public   void  onCreate(Bundle bundle) {  
  84.         super .onCreate(bundle);  
  85.         // 初始化游戏屏幕，并设置是否支持GLES 2.0，如果您对向下兼容没什么需要选择true即可(2.1以上)，否则选择false。   
  86.         initialize(new  TestShader(),  true );  
  87.     }  
  88. }  


FrameBuffer:

Libgdx所提供的帧缓冲器，在Android环境使用时需要GLES2.0或以上版本才能完整支持的高级渲染功能之一，也就是常说的 FrameBuffer Object（FBO）功能封装（用过JavaSE或JavaME开发游戏的朋友，绘图时大概都接触过双缓存这个概念，虽然有所差别，不过将 FrameBuffer理解成起近似作用也未尝不可）此物性能彻底取决于GPU（除了Google Nexus系列手机暂未见能完全跑出速度的机型）。

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  1. //libgdx的FrameBuffer使用   
  2. public   class  Main  extends  AndroidApplication {  
  3.     class  TestFrameBuffer  implements  ApplicationListener {  
  4.         FrameBuffer frameBuffer;  
  5.         Mesh mesh;  
  6.         ShaderProgram meshShader;  
  7.         Texture texture;  
  8.         SpriteBatch spriteBatch;  
  9.         // PS:如果不支持GLES2.0就不用试了   
  10.         public   void  create() {  
  11.             mesh = new  Mesh( true ,  3 ,  0 ,  new  VertexAttribute(Usage.Position,  3 ,  
  12.                     "a_Position" ),  new  VertexAttribute(Usage.ColorPacked,  4 ,  
  13.                     "a_Color" ),  new  VertexAttribute(Usage.TextureCoordinates,  
  14.                     2 ,  "a_texCoords" ));  
  15.             float  c1 = Color.toFloatBits( 255 ,  0 ,  0 ,  255 );  
  16.             float  c2 = Color.toFloatBits( 255 ,  0 ,  0 ,  255 );  
  17.             float  c3 = Color.toFloatBits( 0 ,  0 ,  255 ,  255 );  
  18.             mesh.setVertices(new   float [] { - 0 .5f, - 0 .5f,  0 , c1,  0 ,  0 ,  0 .5f,  
  19.                     -0 .5f,  0 , c2,  1 ,  0 ,  0 ,  0 .5f,  0 , c3,  0 .5f,  1  });  
  20.             texture = new  Texture(Gdx.files.internal( "myTest.png" ));  
  21.             spriteBatch = new  SpriteBatch();  
  22.             frameBuffer = new  FrameBuffer(Format.RGB565,  128 ,  128 ,  true );  
  23.             String vertexShader = "attribute vec4 a_Position;    \n"   
  24.                     + "attribute vec4 a_Color;\n"   
  25.                     + "attribute vec2 a_texCoords;\n"  +  "varying vec4 v_Color;"   
  26.                     + "varying vec2 v_texCoords; \n"  +  
  27.                     "void main()                  \n"   
  28.                     + "{                            \n"   
  29.                     + "   v_Color = a_Color;"   
  30.                     + "   v_texCoords = a_texCoords;\n"   
  31.                     + "   gl_Position =   a_Position;  \n"   
  32.                     + "}                            \n" ;  
  33.             String fragmentShader = "precision mediump float;\n"   
  34.                     + "varying vec4 v_Color;\n"   
  35.                     + "varying vec2 v_texCoords; \n"   
  36.                     + "uniform sampler2D u_texture;\n"   
  37.                     +  
  38.                     "void main()                                  \n"   
  39.                     + "{                                            \n"   
  40.                     + "  gl_FragColor = v_Color * texture2D(u_texture, v_texCoords);\n"   
  41.                     + "}" ;  
  42.             meshShader = new  ShaderProgram(vertexShader, fragmentShader);  
  43.             if  (meshShader.isCompiled() ==  false )  
  44.                 throw   new  IllegalStateException(meshShader.getLog());  
  45.         }  
  46.         public   void  dispose() {  
  47.         }  
  48.         public   void  pause() {  
  49.         }  
  50.         public   void  render() {  
  51.             frameBuffer.begin();  
  52.             Gdx.graphics.getGL20().glViewport(0 ,  0 , frameBuffer.getWidth(),  
  53.                     frameBuffer.getHeight());  
  54.             Gdx.graphics.getGL20().glClearColor(0f, 1f, 0f, 1 );  
  55.             Gdx.graphics.getGL20().glClear(GL20.GL_COLOR_BUFFER_BIT);  
  56.             Gdx.graphics.getGL20().glEnable(GL20.GL_TEXTURE_2D);  
  57.             texture.bind();  
  58.             meshShader.begin();  
  59.             meshShader.setUniformi("u_texture" ,  0 );  
  60.             mesh.render(meshShader, GL20.GL_TRIANGLES);  
  61.             meshShader.end();  
  62.             frameBuffer.end();  
  63.             Gdx.graphics.getGL20().glViewport(0 ,  0 , Gdx.graphics.getWidth(),  
  64.                     Gdx.graphics.getHeight());  
  65.             Gdx.graphics.getGL20().glClearColor(0 .2f,  0 .2f,  0 .2f,  1 );  
  66.             Gdx.graphics.getGL20().glClear(GL20.GL_COLOR_BUFFER_BIT);  
  67.             spriteBatch.begin();  
  68.             spriteBatch.draw(frameBuffer.getColorBufferTexture(), 0 ,  0 ,  256 , 
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