Android 实现抖音小游戏潜艇大挑战的思路详解
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2022-06-09 08:21:59
《潜水艇大挑战》是抖音上的一款小游戏，以面部识别来驱动潜艇通过障碍物，最近特别火爆，相信很多人都玩过。一时兴起自己用android自定义view也撸了一个，发现只要有好的创意，不用高深的技术照样可以开...
《潜水艇大挑战》是抖音上的一款小游戏，以面部识别来驱动潜艇通过障碍物，最近特别火爆，相信很多人都玩过。
一时兴起自己用android自定义view也撸了一个，发现只要有好的创意，不用高深的技术照样可以开发出好玩的应用。开发过程现拿出来与大家分享一下。
项目地址：
基本思路
整个游戏视图可以分成三层：
- camera（相机）：处理相机的preview以及人脸识别
- background（后景）：处理障碍物相关逻辑
- foreground（前景）：处理潜艇相关
代码也是按上面三个层面组织的，游戏界面的布局可以简单理解为三层视图的叠加，然后在各层视图中完成相关工作
<framelayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools" android:layout_width="match_parent" android:layout_height="match_parent"> <!-- 相机 --> <textureview android:layout_width="match_parent" android:layout_height="match_parent"/> <!-- 后景 --> <com.my.ugame.bg.backgroundview android:layout_width="match_parent" android:layout_height="match_parent"/> <!-- 前景 --> <com.my.ugame.fg.foregroundview android:layout_width="match_parent" android:layout_height="match_parent"/> </framelayout>
开发中会涉及以下技术的使用，没有高精尖、都是大路货：
- 相机：使用camera2完成相机的预览和人脸识别
- 自定义view：定义并控制障碍物和潜艇
- 属性动画：控制障碍物和潜艇的移动及各种动效
少啰嗦，先看东西！下面介绍各部分代码的实现。
后景（background）bar
首先定义障碍物基类bar，主要负责是将bitmap资源绘制到指定区域。由于障碍物从屏幕右侧定时刷新时的高度随机，所以其绘制区域的x、y、w、h需要动态设置
/**
* 障碍物基类
*/
sealed class bar(context: context) {
protected open val bmp = context.getdrawable(r.mipmap.bar)!!.tobitmap()
protected abstract val srcrect: rect
private lateinit var dstrect: rect
private val paint = paint()
var h = 0f
set(value) {
field = value
dstrect = rect(0, 0, w.toint(), h.toint())
}
var w = 0f
set(value) {
field = value
dstrect = rect(0, 0, w.toint(), h.toint())
}
var x = 0f
set(value) {
view.x = value
field = value
}
val y
get() = view.y
internal val view by lazy {
barview(context) {
it?.apply {
drawbitmap(
bmp,
srcrect,
dstrect,
paint
)
}
}
}
}
internal class barview(context: context?, private val block: (canvas?) -> unit) :
view(context) {
override fun ondraw(canvas: canvas?) {
block((canvas))
}
}
障碍物分为上方和下方两种，由于使用了同一张资源，所以绘制时要区别对待，因此定义了两个子类：upbar和dnbar
/**
* 屏幕上方障碍物
*/
class upbar(context: context, container: viewgroup) : bar(context) {
private val _srcrect by lazy(lazythreadsafetymode.none) {
rect(0, (bmp.height * (1 - (h / container.height))).toint(), bmp.width, bmp.height)
}
override val srcrect: rect
get() = _srcrect
}
下方障碍物的资源旋转180度后绘制
/**
* 屏幕下方障碍物
*/
class dnbar(context: context, container: viewgroup) : bar(context) {
override val bmp = super.bmp.let {
bitmap.createbitmap(
it, 0, 0, it.width, it.height,
matrix().apply { postrotate(-180f) }, true
)
}
private val _srcrect by lazy(lazythreadsafetymode.none) {
rect(0, 0, bmp.width, (bmp.height * (h / container.height)).toint())
}
override val srcrect: rect
get() = _srcrect
}
backgroundview
接下来创建后景的容器backgroundview，容器用来定时地创建、并移动障碍物。
通过列表barslist管理当前所有的障碍物，onlayout中，将障碍物分别布局到屏幕上方和下方
/**
* 后景容器类
*/
class backgroundview(context: context, attrs: attributeset?) : framelayout(context, attrs) {
internal val barslist = mutablelistof<bars>()
override fun onlayout(changed: boolean, left: int, top: int, right: int, bottom: int) {
barslist.flatmap { listof(it.up, it.down) }.foreach {
val w = it.view.measuredwidth
val h = it.view.measuredheight
when (it) {
is upbar -> it.view.layout(0, 0, w, h)
else -> it.view.layout(0, height - h, w, height)
}
}
}
提供两个方法start和stop，控制游戏的开始和结束：
- 游戏结束时，要求所有障碍物停止移动。
- 游戏开始后会通过
timer，定时刷新障碍物
/**
* 游戏结束，停止所有障碍物的移动
*/
@uithread
fun stop() {
_timer.cancel()
_anims.foreach { it.cancel() }
_anims.clear()
}
/**
* 定时刷新障碍物：
* 1. 创建
* 2. 添加到视图
* 3. 移动
*/
@uithread
fun start() {
_clearbars()
timer().also { _timer = it }.schedule(object : timertask() {
override fun run() {
post {
_createbars(context, barslist.lastornull()).let {
_addbars(it)
_movebars(it)
}
}
}
}, first_appear_delay_millis, bar_appear_interval_millis
)
}
/**
* 游戏重启时，清空障碍物
*/
private fun _clearbars() {
barslist.clear()
removeallviews()
}
刷新障碍物
障碍物的刷新经历三个步骤：
- 创建：上下两个为一组创建障碍物
- 添加：将对象添加到barslist，同时将view添加到容器
- 移动：通过属性动画从右侧移动到左侧，并在移出屏幕后删除
创建障碍物时会为其设置随机高度，随机不能太过，要以前一个障碍物为基础进行适当调整，保证随机的同时兼具连贯性
/**
* 创建障碍物（上下两个为一组）
*/
private fun _createbars(context: context, pre: bars?) = run {
val up = upbar(context, this).apply {
h = pre?.let {
val step = when {
it.up.h >= height - _gap - _step -> -_step
it.up.h <= _step -> _step
_random.nextboolean() -> _step
else -> -_step
}
it.up.h + step
} ?: _barheight
w = _barwidth
}
val down = dnbar(context, this).apply {
h = height - up.h - _gap
w = _barwidth
}
bars(up, down)
}
/**
* 添加到屏幕
*/
private fun _addbars(bars: bars) {
barslist.add(bars)
bars.asarray().foreach {
addview(
it.view,
viewgroup.layoutparams(
it.w.toint(),
it.h.toint()
)
)
}
}
/**
* 使用属性动画移动障碍物
*/
private fun _movebars(bars: bars) {
_anims.add(
valueanimator.offloat(width.tofloat(), -_barwidth)
.apply {
addupdatelistener {
bars.asarray().foreach { bar ->
bar.x = it.animatedvalue as float
if (bar.x + bar.w <= 0) {
post { removeview(bar.view) }
}
}
}
duration = bar_move_duration_millis
interpolator = linearinterpolator()
start()
})
}
}
前景（foreground）
boat
定会潜艇类boat，创建自定义view，并提供方法移动到指定坐标
/**
* 潜艇类
*/
class boat(context: context) {
internal val view by lazy { boatview(context) }
val h
get() = view.height.tofloat()
val w
get() = view.width.tofloat()
val x
get() = view.x
val y
get() = view.y
/**
* 移动到指定坐标
*/
fun moveto(x: int, y: int) {
view.smoothmoveto(x, y)
}
}
boatview
自定义view中完成以下几个事情
- 通过两个资源定时切换，实现探照灯闪烁的效果
- 通过overscroller让移动过程更加顺滑
- 通过一个rotation animation，让潜艇在移动时可以调转角度，更加灵动
internal class boatview(context: context?) : appcompatimageview(context) {
private val _scroller by lazy { overscroller(context) }
private val _res = arrayof(
r.mipmap.boat_000,
r.mipmap.boat_002
)
private var _rotationanimator: objectanimator? = null
private var _cnt = 0
set(value) {
field = if (value > 1) 0 else value
}
init {
scaletype = scaletype.fit_center
_startflashing()
}
private fun _startflashing() {
postdelayed({
setimageresource(_res[_cnt++])
_startflashing()
}, 500)
}
override fun computescroll() {
super.computescroll()
if (_scroller.computescrolloffset()) {
x = _scroller.currx.tofloat()
y = _scroller.curry.tofloat()
// keep on drawing until the animation has finished.
postinvalidateonanimation()
}
}
/**
* 移动更加顺换
*/
internal fun smoothmoveto(x: int, y: int) {
if (!_scroller.isfinished) _scroller.abortanimation()
_rotationanimator?.let { if (it.isrunning) it.cancel() }
val curx = this.x.toint()
val cury = this.y.toint()
val dx = (x - curx)
val dy = (y - cury)
_scroller.startscroll(curx, cury, dx, dy, 250)
_rotationanimator = objectanimator.offloat(
this,
"rotation",
rotation,
math.todegrees(atan((dy / 100.todouble()))).tofloat()
).apply {
duration = 100
start()
}
postinvalidateonanimation()
}
}
foregroundview
- 通过boat成员持有潜艇对象，并对其进行控制
- 实现camerahelper.facedetectlistener根据人脸识别的回调，移动潜艇到指定位置
- 游戏开始时，创建潜艇并做开场动画
/**
* 前景容器类
*/
class foregroundview(context: context, attrs: attributeset?) : framelayout(context, attrs),
camerahelper.facedetectlistener {
private var _isstop: boolean = false
internal var boat: boat? = null
/**
* 游戏停止，潜艇不再移动
*/
@mainthread
fun stop() {
_isstop = true
}
/**
* 接受人脸识别的回调，移动位置
*/
override fun onfacedetect(faces: array<face>, facesrect: arraylist<rectf>) {
if (_isstop) return
if (facesrect.isnotempty()) {
boat?.run {
val face = facesrect.first()
val x = (face.left - _widthoffset).toint()
val y = (face.top + _heightoffset).toint()
moveto(x, y)
}
_face = facesrect.first()
}
}
}
开场动画
游戏开始时，将潜艇通过动画移动到起始位置，即y轴的二分之一处
/**
* 游戏开始时通过动画进入
*/
@mainthread
fun start() {
_isstop = false
if (boat == null) {
boat = boat(context).also {
post {
addview(it.view, _width, _width)
animatorset().apply {
play(
objectanimator.offloat(
it.view,
"y",
0f,
this@foregroundview.height / 2f
)
).with(
objectanimator.offloat(it.view, "rotation", 0f, 360f)
)
doonend { _ -> it.view.rotation = 0f }
duration = 1000
}.start()
}
}
}
}
相机（camera）
相机部分主要有textureview和camerahelper组成。textureview提供给camera承载preview；工具类camerahelper主要完成以下功能：
- 开启相机：通过cameramanger代开摄像头
- 摄像头切换：切换前后置摄像头，
- 预览：获取camera提供的可预览尺寸，并适配textureview显示
- 人脸识别：检测人脸位置，进行testureview上的坐标变换
相机硬件提供的可预览尺寸与屏幕实际尺寸（即textureview尺寸）可能不一致，所以需要在相机初始化时，选取最合适的previewsize，避免textureview上发生画面拉伸等异常
class camerahelper(val mactivity: activity, private val mtextureview: textureview) {
private lateinit var mcameramanager: cameramanager
private var mcameradevice: cameradevice? = null
private var mcameracapturesession: cameracapturesession? = null
private var canexchangecamera = false //是否可以切换摄像头
private var mfacedetectmatrix = matrix() //人脸检测坐标转换矩阵
private var mfacesrect = arraylist<rectf>() //保存人脸坐标信息
private var mfacedetectlistener: facedetectlistener? = null //人脸检测回调
private lateinit var mpreviewsize: size
/**
* 初始化
*/
private fun initcamerainfo() {
mcameramanager = mactivity.getsystemservice(context.camera_service) as cameramanager
val cameraidlist = mcameramanager.cameraidlist
if (cameraidlist.isempty()) {
mactivity.toast("没有可用相机")
return
}
//获取摄像头方向
mcamerasensororientation =
mcameracharacteristics.get(cameracharacteristics.sensor_orientation)!!
//获取streamconfigurationmap，它是管理摄像头支持的所有输出格式和尺寸
val configurationmap =
mcameracharacteristics.get(cameracharacteristics.scaler_stream_configuration_map)!!
val previewsize = configurationmap.getoutputsizes(surfacetexture::class.java) //预览尺寸
// 当屏幕为垂直的时候需要把宽高值进行调换，保证宽大于高
mpreviewsize = getbestsize(
mtextureview.height,
mtextureview.width,
previewsize.tolist()
)
//根据preview的size设置textureview
mtextureview.surfacetexture.setdefaultbuffersize(mpreviewsize.width, mpreviewsize.height)
mtextureview.setaspectratio(mpreviewsize.height, mpreviewsize.width)
}
选取preview尺寸的原则与textureview的长宽比尽量一致，且面积尽量接近。
private fun getbestsize(
targetwidth: int,
targetheight: int,
sizelist: list<size>
): size {
val bigenough = arraylist<size>() //比指定宽高大的size列表
val notbigenough = arraylist<size>() //比指定宽高小的size列表
for (size in sizelist) {
//宽高比 == 目标值宽高比
if (size.width == size.height * targetwidth / targetheight
) {
if (size.width >= targetwidth && size.height >= targetheight)
bigenough.add(size)
else
notbigenough.add(size)
}
}
//选择bigenough中最小的值 或 notbigenough中最大的值
return when {
bigenough.size > 0 -> collections.min(bigenough, comparesizesbyarea())
notbigenough.size > 0 -> collections.max(notbigenough, comparesizesbyarea())
else -> sizelist[0]
}
initfacedetect()
}
initfacedetect()用来进行人脸的matrix初始化，后文介绍
人脸识别
为相机预览，创建一个cameracapturesession对象，会话通过cameracapturesession.capturecallback返回totalcaptureresult，通过参数可以让其中包括人脸识别的相关信息
/**
* 创建预览会话
*/
private fun createcapturesession(cameradevice: cameradevice) {
// 为相机预览，创建一个cameracapturesession对象
cameradevice.createcapturesession(
arraylistof(surface),
object : cameracapturesession.statecallback() {
override fun onconfigured(session: cameracapturesession) {
mcameracapturesession = session
session.setrepeatingrequest(
capturerequestbuilder.build(),
mcapturecallback,
mcamerahandler
)
}
},
mcamerahandler
)
}
private val mcapturecallback = object : cameracapturesession.capturecallback() {
override fun oncapturecompleted(
session: cameracapturesession,
request: capturerequest,
result: totalcaptureresult
) {
super.oncapturecompleted(session, request, result)
if (mfacedetectmode != capturerequest.statistics_face_detect_mode_off)
handlefaces(result)
}
}
通过mfacedetectmatrix对人脸信息进行矩阵变化，确定人脸坐标以使其准确应用到textureview。
/**
* 处理人脸信息
*/
private fun handlefaces(result: totalcaptureresult) {
val faces = result.get(captureresult.statistics_faces)!!
mfacesrect.clear()
for (face in faces) {
val bounds = face.bounds
val left = bounds.left
val top = bounds.top
val right = bounds.right
val bottom = bounds.bottom
val rawfacerect =
rectf(left.tofloat(), top.tofloat(), right.tofloat(), bottom.tofloat())
mfacedetectmatrix.maprect(rawfacerect)
var resultfacerect = if (mcamerafacing == capturerequest.lens_facing_front) {
rawfacerect
} else {
rectf(
rawfacerect.left,
rawfacerect.top - mpreviewsize.width,
rawfacerect.right,
rawfacerect.bottom - mpreviewsize.width
)
}
mfacesrect.add(resultfacerect)
}
mactivity.runonuithread {
mfacedetectlistener?.onfacedetect(faces, mfacesrect)
}
}
最后，在ui线程将包含人脸坐标的rect通过回调传出：
mactivity.runonuithread {
mfacedetectlistener?.onfacedetect(faces, mfacesrect)
}
facedetectmatrix
mfacedetectmatrix是在获取previewsize之后创建的
/**
* 初始化人脸检测相关信息
*/
private fun initfacedetect() {
val facedetectmodes =
mcameracharacteristics.get(cameracharacteristics.statistics_info_available_face_detect_modes) //人脸检测的模式
mfacedetectmode = when {
facedetectmodes!!.contains(capturerequest.statistics_face_detect_mode_full) -> capturerequest.statistics_face_detect_mode_full
facedetectmodes!!.contains(capturerequest.statistics_face_detect_mode_simple) -> capturerequest.statistics_face_detect_mode_full
else -> capturerequest.statistics_face_detect_mode_off
}
if (mfacedetectmode == capturerequest.statistics_face_detect_mode_off) {
mactivity.toast("相机硬件不支持人脸检测")
return
}
val activearraysizerect =
mcameracharacteristics.get(cameracharacteristics.sensor_info_active_array_size)!! //获取成像区域
val scaledwidth = mpreviewsize.width / activearraysizerect.width().tofloat()
val scaledheight = mpreviewsize.height / activearraysizerect.height().tofloat()
val mirror = mcamerafacing == cameracharacteristics.lens_facing_front
mfacedetectmatrix.setrotate(mcamerasensororientation.tofloat())
mfacedetectmatrix.postscale(if (mirror) -scaledheight else scaledheight, scaledwidth)// 注意交换width和height的位置！
mfacedetectmatrix.posttranslate(
mpreviewsize.height.tofloat(),
mpreviewsize.width.tofloat()
)
}
控制类（gamecontroller）
三大视图层组装完毕，最后需要一个总控类，对游戏进行逻辑控制
gamecontroller
主要完成以下工作：
- 控制游戏的开启/停止
- 计算游戏的当前得分
- 检测潜艇的碰撞
- 对外（activity或者fragment等）提供游戏状态监听的接口
游戏开始时进行相机的初始化，创建gamehelper类并建立setfacedetectlistener回调到foregroundview
class gamecontroller(
private val activity: appcompatactivity,
private val textureview: autofittextureview,
private val bg: backgroundview,
private val fg: foregroundview
) {
private var camera2helperface: camerahelper? = null
/**
* 相机初始化
*/
private fun initcamera() {
camerahelper ?: run {
camerahelper = camerahelper(activity, textureview).apply {
setfacedetectlistener(object : camerahelper.facedetectlistener {
override fun onfacedetect(faces: array<face>, facesrect: arraylist<rectf>) {
if (facesrect.isnotempty()) {
fg.onfacedetect(faces, facesrect)
}
}
})
}
}
}
游戏状态
定义gamestate，对外提供状态的监听。目前支持三种状态
- start：游戏开始
- over：游戏结束
- score：游戏得分
sealed class gamestate(open val score: long) {
object start : gamestate(0)
data class over(override val score: long) : gamestate(score)
data class score(override val score: long) : gamestate(score)
}
可以在stop、start的时候，更新状态
/**
* 游戏状态
*/
private val _state = mutablelivedata<gamestate>()
internal val gamestate: livedata<gamestate>
get() = _state
/**
* 游戏停止
*/
fun stop() {
bg.stop()
fg.stop()
_state.value = gamestate.over(_score)
_score = 0l
}
/**
* 游戏再开
*/
fun start() {
initcamera()
fg.start()
bg.start()
_state.value = gamestate.start
handler.postdelayed({
startscoring()
}, first_appear_delay_millis)
}
计算得分
游戏启动时通过startscoring开始计算得分并通过gamestate上报。
目前的规则设置很简单，存活时间即游戏得分
/**
* 开始计分
*/
private fun startscoring() {
handler.postdelayed(
{
fg.boat?.run {
bg.barslist.flatmap { listof(it.up, it.down) }
.foreach { bar ->
if (iscollision(
bar.x, bar.y, bar.w, bar.h,
this.x, this.y, this.w, this.h
)
) {
stop()
return@postdelayed
}
}
}
_score++
_state.value = gamestate.score(_score)
startscoring()
}, 100
)
}
检测碰撞
iscollision根据潜艇和障碍物当前位置，计算是否发生了碰撞，发生碰撞则gameover
/**
* 碰撞检测
*/
private fun iscollision(
x1: float,
y1: float,
w1: float,
h1: float,
x2: float,
y2: float,
w2: float,
h2: float
): boolean {
if (x1 > x2 + w2 || x1 + w1 < x2 || y1 > y2 + h2 || y1 + h1 < y2) {
return false
}
return true
}
activity
activity的工作简单：
- 权限申请：动态申请camera权限
- 监听游戏状态：创建gamecontroller，并监听gamestate状态
private fun startgame() {
permissionutils.checkpermission(this, runnable {
gamecontroller.start()
gamecontroller.gamestate.observe(this, observer {
when (it) {
is gamestate.start ->
score.text = "danger\nahead"
is gamestate.score ->
score.text = "${it.score / 10f} m"
is gamestate.over ->
alertdialog.builder(this)
.setmessage("游戏结束！成功推进 ${it.score / 10f} 米! ")
.setnegativebutton("结束游戏") { _: dialoginterface, _: int ->
finish()
}.setcancelable(false)
.setpositivebutton("再来一把") { _: dialoginterface, _: int ->
gamecontroller.start()
}.show()
}
})
})
}
最后
项目结构很清晰，用到的大都是常规技术，即使是新入坑android的同学看起来也不费力。在现有基础上还可以通过添加bgm、增加障碍物种类等，进一步提高游戏性。喜欢的话留个star鼓励一下作者吧 ^^
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