Ping_Pong_Game

项目地址：SunJianBai/PingPongGame: 这是一个类似乒乓球的小游戏，可以双人对战或者人机对战

游戏功能

• 游戏菜单
• 物理碰撞
• AI逻辑
• 双人对战
• 碰撞音效
• 网络联机
• ……

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1. 程序的运行环境、安装步骤

（1）运行环境

• JDK 17：程序使用Java开发，要求安装JDK 17或更高版本。
• 操作系统：程序支持Windows操作系统。
• FXGL：用于游戏开发的Java框架。

（2）程序的组成部分

• 主程序文件：PingPong.jar（游戏主程序JAR文件）。
• 依赖库文件：
  • FXGL.jar：用于游戏开发的FXGL框架。
  • 音效文件：WAV格式的音效文件。

（3）安装步骤

1. 安装 JRE 17（如果未安装）。

2. 在命令提示符中，进入可执行jar包文件夹。

3. 输入以下命令运行程序：

   java -jar PingPong.jar

4. 或者，直接双击 run.bat 文件，程序将自动启动。

5. 或者，在exe文件文件夹，双击Pong.exe文件运行。

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2. 程序开发平台

（1）代码行数

• 约2000行代码。

（2）开发环境

• IDE：IntelliJ IDEA 2022.2
• JDK：JDK 17
• 框架：FXGL用于游戏开发。

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3. 程序功能说明

（1）UML用例图

• 用户类型：

  1. 玩家：启动游戏、选择游戏模式（单人或双人）、控制球拍、设置游戏参数（如难度、音效）、查看游戏结果。
  2. AI：自动控制球拍，根据难度进行不同策略的响应。

（2）重点功能截图和说明

• 菜单界面：通过菜单选择要进行的游戏方式。

  

• 人机难度选择：玩家可以选择不同难度的AI进行游戏

  

• 双人对战：支持两名玩家在同一设备上进行实时对战，实时显示分数。

  

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4. 程序算法说明及面向对象实现技术方案

（1）算法说明

• 球碰撞检测算法：
  • 步骤：检查球与边界、球拍之间的碰撞，计算碰撞后球的反弹方向。
  • 时间复杂度：O(1)，每帧计算一次。
  • 空间复杂度：O(1)，不需要额外存储空间。
• AI控制算法：
  • 步骤：AI根据球的位置预测球的轨迹，决定球拍的移动方向。
  • 时间复杂度：O(1)，每帧计算一次。
  • 空间复杂度：O(1)，AI状态仅存储当前球位置和球拍位置。

（2）面向对象技术方案

• 类设计：

  • Game：负责游戏的生命周期管理，包括初始化、渲染、游戏循环等。
  • Player：表示玩家，包括玩家控制的球拍、得分等属性。
  • AI：表示AI控制的球拍，负责判断和移动。
  • Ball：表示游戏中的球，管理球的位置、速度和碰撞检测。

  类关系：

  • Player 和 AI 类继承自 Paddle（球拍基类）。
  • Ball 类与 Paddle 类通过 碰撞检测 相互作用。

• 包结构：

  • com.component：包含游戏的组件类，如 BatComponent, BallComponent，并提供了人机球拍的AI控制逻辑。
  • com.ui：包含游戏中的可视化类，如 CustomBackgroundView, PongSceneFactory。

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5. 技术亮点、关键点及其解决方案

本程序的亮点

• 双人对战：支持两名玩家在同一设备上进行实时对战。
• AI控制：AI根据球的位置和速度预测球的轨迹，提供不同难度的挑战。

本程序的技术关键点

• FXGL框架：使用FXGL框架开发游戏界面和逻辑，简化了开发过程。
• 游戏物理引擎：使用自定义物理引擎模拟球的运动和碰撞，保证游戏体验。

遇到的技术难点及对应的解决方案

• AI难度调整
  • 问题描述：AI难度过高时，游戏变得不可玩；过低时，AI太弱。
  • 解决方案：在AI控制逻辑中引入不同的难度设置，通过调整AI反应速度和预测球轨迹的算法来平衡游戏难度，并给AI添加随机性。
• 局域网联机
  • 问题描述：双人进行局域网联机，netty部分还没学完
  • 解决方案：砍掉需求

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6. 简要开发过程

• 2024年12月17日
  • 完成系统设计，确认使用的算法与数据结构。
  • 开发游戏生命周期：主函数及配置文件，启动游戏框架。
  • 完成游戏界面基本构建，显示主菜单和控制按钮。
• 2024年12月18日
  • 开发并实现球和玩家控制的球拍。
  • 完成AI控制及人机AI设置，确保AI能够根据球的位置进行简单的预测与反应。
  • 开发并实现双人模式功能，支持两名玩家进行对战。
  • 完成游戏结束界面，显示游戏结果（胜利/失败提示）。
• 2024年12月21日
  • 改进AI逻辑，提升AI的反应速度与智能判断，使其能根据游戏状态更准确地进行控制。
  • 完成双人对战模式，增加音效支持。
• 2024年12月23日
  • 清理系统目录，删除不必要的配置文件。
  • 更新.gitignore文件，忽略不需要的文件和目录。
• 2024年12月26日
  • 微调UI界面，优化游戏体验。
  • 添加音效，增强游戏的沉浸感。

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7.各部分代码功能简要说明

这是一个使用 FXGL 游戏框架开发的乒乓球游戏，包含以下主要函数和功能：

PongApp类

• 继承自 GameApplication 类，实现游戏逻辑。对游戏窗口的设置、游戏变量的初始化、玩家输入的处理、UI的创建、物理碰撞的处理、自定义背景的绘制、游戏实体的生成、胜利或失败的判断等。

包含以下主要函数：

1. initSettings(GameSettings settings)

   • 配置游戏基本设置，例如窗口大小、标题、版本、是否启用菜单、场景切换动画等。

2. initGameVars(Map<String, Object> vars)

   • 初始化游戏变量，包括是否为双人模式、玩家分数、控制按键状态、以及难度等级。

3. initInput()

   • 定义玩家输入操作：
     • 玩家1：通过 W 和 S 键控制球拍移动。
     • 玩家2（双人模式下）：通过方向键 UP 和 DOWN 控制球拍移动。

4. initUI()

   • 创建并绑定玩家分数的显示界面，同时添加分数更新时的动画效果。

5. initPhysics()

   • 设置物理碰撞逻辑：
     • 球与墙壁碰撞时更新分数。
     • 球与球拍碰撞时播放音效。

6. initCustomBackground()

   • 绘制自定义背景颜色（左右分别为深红色和深蓝色）。

7. initGame()

   • 初始化游戏实体和逻辑：
     • 加载音效、设置重力。
     • 生成球和玩家球拍（双人模式下为两个玩家球拍，单人模式下第二个球拍由AI控制）。
     • 设置边界墙。
     • 添加游戏胜利判断逻辑，当一方分数达到10时弹出胜利或失败提示框。

8. main(String[] args)

   • 设置系统属性并启动游戏。

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PongFactory类

• 继承自 EntityFactory 类，实现游戏实体（球和球拍）的生成。

包含以下主要函数：

1. newBall(SpawnData data)

   • 功能: 创建游戏中的“球”实体。
   • 主要逻辑:
     • 添加物理组件：
       • 设置球的初始速度为 (200, 200)。
       • 设置球的物理属性，如密度和弹性（完全弹性，restitution=1.0）。
     • 监控得分情况：
       • 当任意玩家得分达到 winningScore - 1 时，改变粒子效果的颜色。
     • 粒子发射器设置：
       • 设置粒子颜色随游戏状态变化：
         • 游戏未结束时，粒子颜色从 白色到浅蓝色。
         • 游戏接近结束时，颜色从 亮黄色到红色。
       • 粒子效果包括：
         • 设置粒子的生命周期（0.3 到 1 秒随机）。
         • 粒子大小（5 到 10 像素）。
         • 每帧发射粒子，混合模式为 BlendMode.SRC_OVER。
     • 最终构建球实体：
       • 设置类型为 PongType.ball。
       • 设置碰撞体积为圆形，半径为 5。
       • 添加组件：物理组件、粒子效果组件和自定义逻辑组件 BallComponent。

2. newBat(SpawnData data)

   • 功能: 创建游戏中的“球拍”实体。
   • 主要逻辑:
     • 添加物理组件：
       • 设置球拍为 KINEMATIC 类型（不会受物理引擎动态力影响，只能通过代码控制）。
     • 判断是否为玩家控制的球拍：
       • 通过 isPlayer 参数判断，并根据 playerID（玩家 1 或玩家 2）确定具体逻辑。
     • 球拍位置：
       • 玩家 1 的球拍生成在屏幕左侧，玩家 2 或 AI 的球拍生成在屏幕右侧。
     • 最终构建球拍实体：
       • 设置类型为 PongType.bat。
       • 设置碰撞边界盒，形状为白色矩形（宽 10，高 80）。
       • 添加控制逻辑组件：
         • 如果是玩家球拍，根据玩家 ID 添加 PlayerBatComponent(1) 或 PlayerBatComponent(2)。
         • 如果是 AI 控制的球拍，添加 EnemyBatComponent。
       • 设置绘制层级（zIndex=1）以控制显示顺序。

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BallComponent类

它主要负责控制乒乓球的物理行为，具体包括限制球的速度和检查球是否越界。以下是对每个方法的简要总结：

1. onUpdate 方法

   • 每帧调用，负责更新球的状态。
   • 调用了两个方法：
     • limitVelocity()：限制球的速度，确保球不会以过快的速度运动。
     • checkOffscreen()：检查球是否超出屏幕边界，并在超出时将球位置重置到屏幕中央。

2. limitVelocity 方法

   • 目的：限制球的速度，防止球以过快的速度运动，从而导致物理引擎中的碰撞或移动行为异常。
   • X轴速度限制：
     • 如果球在X轴上的速度小于 5 * 60，则将速度设置为 5 * 60（方向与原始速度保持一致）。
   • Y轴速度限制：
     • 如果球在Y轴上的速度大于 5 * 60 * 2，则将速度限制在 5 * 60 * 2 以内。

3. checkOffscreen 方法

   • 目的：检查球是否超出了屏幕的可视区域。如果球越界，则将其重置到屏幕中心。
   • 使用 getEntity().getBoundingBoxComponent().isOutside(getGameScene().getViewport().getVisibleArea()) 检查球是否越界。
   • 如果越界，将球的位置设置为屏幕中央（getAppWidth() / 2d, getAppHeight() / 2d）。

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PlayerBatComponent类

这段代码定义了一个 PlayerBatComponent 类，它控制着由玩家操作的乒乓球拍子（在游戏中通常会移动并旋转）。以下是对每个部分的详细解释：

1. 成员变量：

   • PhysicsComponent physics：物理组件，用于处理拍子的物理属性和运动。
   • int playerID：玩家的ID，标识是玩家1还是玩家2。
   • double A = 5000：拍子加速的常量，控制移动的加速度。
   • double A_ = -5000：拍子减速的常量，控制停止时的减速。
   • double MaxSpeed = 400：拍子最大速度，防止拍子移动过快。
   • double a = 0：当前的加速度，控制拍子的加速或减速。

2. 构造方法：

   • public PlayerBatComponent(int i)：构造方法，接受一个玩家ID i，以区分是玩家1还是玩家2。

3. onAdded 方法：

   • 在 PlayerBatComponent 被添加到实体时调用。

   • 设置了与键盘按键的绑定：

     • 如果是玩家1，key_w 和 key_s 控制拍子上下移动。
     • 如果是玩家2，key_up 和 key_down 控制拍子上下移动。

   • 这里使用了 FXGL.getbp("key_x").addListener() 来监听按键事件。当按键按下或松开时，修改加速度 a 的值。

4. onUpdate 方法：

   • 每帧更新时调用。
   • 调用三个方法：
     • handleKeyboardControl(tpf)：处理键盘控制，根据按键控制拍子的速度。
     • constrainToBounds()：限制拍子在屏幕内，防止它超出边界。
     • updateRotation()：更新拍子的旋转角度，根据其垂直速度进行旋转。

5. handleKeyboardControl 方法：

   • 处理键盘控制，控制拍子的上下运动。
   • 如果加速度 a 不为零，则根据加速度改变拍子的垂直速度 velocityY。加速度会影响拍子的速度，使其加速或减速。
   • 使用 min(max(velocityY, -MaxSpeed), MaxSpeed) 限制了速度的范围，确保拍子不会以过快的速度移动。
   • 如果 a == 0，表示没有按键按下，那么拍子将逐渐减速，最终停止。使用 A_ 来控制减速。

6. constrainToBounds 方法：

   • 确保拍子不会超出屏幕的上下边界。
   • 如果拍子的顶部超出了屏幕顶部（entity.getY() < 0），则将其位置设置为屏幕顶部。
   • 如果拍子的底部超出了屏幕底部（entity.getBottomY() > FXGL.getAppHeight()），则将其位置设置为屏幕底部。

7. updateRotation 方法：

   • 根据拍子的垂直速度更新拍子的旋转角度。通过 atan2(physics.getVelocityY(), 1000) 计算角度并将其转换为度数（使用 toDegrees()）。
   • 拍子的旋转角度基于其垂直速度，以模拟拍子在移动时的角度变化。

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EnemyBatComponent类

这段代码定义了一个 EnemyBatComponent 类，它控制着由电脑（AI）操作的乒乓球拍子。

1. 成员变量：

   • PhysicsComponent physics：物理组件，负责拍子的物理运动。
   • double A = 3200：加速度常量，用于控制拍子的移动速度。
   • double A_ = -5000：减速度常量，用于控制拍子停下来时的速度变化。
   • double MaxSpeed = 400：拍子的最大速度，限制拍子移动过快。
   • double a = 0：当前的加速度值，用来控制拍子的加速或减速。
   • int difficulty：AI的难度等级，决定AI的行为模式。
   • Entity ball：代表游戏中的球，用于判断球的位置并控制拍子的反应。

2. onUpdate 方法：

   • 每帧更新时调用，根据AI的难度来决定拍子的行为。
   • 根据 difficulty 调用不同的AI算法：
     • AI_0(): 随机性较高的AI，难度较低。
     • AI_1(): 跟随球移动，但加了一些随机性，难度适中。
     • AI_2(): 预测球的路径，智能地选择目标位置，难度较高。
     • AI_3(): 尝试预测球的轨迹，精度更高，难度较高。
     • AI_4(): 最强的AI，尝试完美地预测球的目标位置。
   • 调用 physics.setVelocityY 来更新拍子的垂直速度。
   • 确保拍子不超出屏幕的上下边界。
   • 更新拍子的旋转角度，使其根据垂直速度变化。

3. predictBallTarget 方法：

   • 该方法预测球的落点。
   • 通过球的当前位置和速度，计算球的目标位置。
   • 公式中考虑了球的速度（vx 和 vy），然后预测球会落到屏幕的哪个位置。
   • 计算出目标位置后，根据球的飞行方向调整目标位置。

4. 移动控制：

   • AI根据目标位置（target）来控制拍子的移动。
   • 如果球在拍子上方，则设置向上的加速度；如果球在下方，则设置向下的加速度。
   • 如果球已经在中间，AI会停顿，或是轻微地调整位置。

5. 出界判定：

   • 如果拍子越过了屏幕的顶部或底部，AI会将拍子位置修正回屏幕边界内。

6. 旋转更新：

   • 使用 atan2 函数根据拍子的垂直速度来更新拍子的旋转角度。

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CustomBackgroundView 类

• 继承自 EntityView 类，实现自定义背景的绘制。
• 绘制了两个矩形，分别填充深红色和深蓝色。

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PongSceneFactory 类

• 继承自 SceneFactory 类，实现游戏场景的创建。
• 包含了五个场景：
  • 主菜单（showMainMenu()）
  • 难度选择菜单（showDifficultyMenu()）
  • 操作说明界面（showInstructions()）
  • 开发者信息界面（showDeveloperInfo()）
  • 游戏界面（showGame()）

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