用Swift和SpriteKit开发iOS游戏

发布时间：2014-10-28 00:00 来源：杨萧玉

之前用SpriteKit做过一个叫做ColorAtom的小游戏，用了访问者模式处理碰撞检测，还用了SpriteKit中的粒子系统、连接体、力场和动画等，可以说是一个学习SpriteKit比较不错的Demo，随着Swift的火热，我也用Swift和SpriteKit写了一个更为简单的小游戏Spiral

附上Spiral的动图：

游戏规则是：玩家是五角星小球，小球自动沿着陀螺线向外运动，当玩家点击屏幕时五角星小球会跳跃到内层螺旋，当五角星小球碰到红色旋风或滚动到螺旋线终点时游戏结束。玩家吃掉绿色旋风来得2分，吃到紫色三角得一分并获得保护罩，保护罩用来抵挡一次红色旋风。随着分数的增加游戏会升级，速度加快。游戏结束后可以截屏分享到社交网络，也可以选择重玩。

以下是本文内容：

准备工作 绘制基本界面 Swift中用访问者模式处理碰撞 界面数据显示 按钮的绘制和截图分享

准备工作

SpriteKit是苹果iOS7新推出的2D游戏引擎，这里不再过多介绍。我们新建工程的时候选取iOS中的Game，然后选择SpriteKit作为游戏引擎，语言选择Swift，Xcode6会为我们自动创建一个游戏场景GameScene，它包含GameScene.swift和GameScene.sks两个文件，sks文件可以让我们可视化拖拽游戏控件到场景上，然后再代码中加载sks文件来完成场景的初始化：

extension SKNode {
    class func unarchiveFromFile(file : NSString) -> SKNode  {

        let path = NSBundle.mainBundle().pathForResource(file, ofType: "sks")

        var sceneData = NSData.dataWithContentsOfFile(path, options: .DataReadingMappedIfSafe, error: nil)
        var archiver = NSKeyedUnarchiver(forReadingWithData: sceneData)

        archiver.setClass(self.classForKeyedUnarchiver(), forClassName: "SKScene")
        let scene = archiver.decodeObjectForKey(NSKeyedArchiveRootObjectKey) as GameScene
        archiver.finishDecoding()
        return scene
    }
}

但我比较喜欢纯写代码的方式来搭接面，因为sks文件作为游戏场景布局还不成熟，它是iOS8新加入的功能，以前在iOS7的时候sks文件只是作为粒子系统的可视化编辑文件。

所以我们修改GameviewController.swift文件的viewDidLoad()函数，像以前那样直接用代码加载游戏场景：

override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        // Configure the view.
        let skView = self.view as SKView
        /* Sprite Kit applies additional optimizations to improve rendering performance */
        skView.ignoresSiblingOrder = true
        let scene = GameScene(size: skView.bounds.size)
        /* Set the scale mode to scale to fit the window */
        scene.scaleMode = .AspectFill
        skView.presentScene(scene)

    }

GameScene虽然是Xcode自动生成的，但是只是个空架子，我们需要把它生成的没用的代码删掉，比如初始化函数里内容为“HelloWorld”的SKLabelNode，还有touchesBegan(touches: NSSet, withEvent event: UIEvent)方法中绘制飞船的代码。把这些删光后，我们还需要有图片素材来绘制这四类精灵节点：Player（五角星），Killer（红色旋风），Score（绿色旋风）和Shield（紫色三角）。我是用Sketch来绘制这些矢量图形的，文件名为spiral.sketch，随同工程文件一同放到GitHub上了。当然你不需要手动导出图片到工程，直接下载工程文件就好了：

https://github.com/yulingtianxia/Spiral

绘制基本界面

这部分的工作主要是绘制出螺旋线作为地图，并让四种精灵节点动起来。

螺旋线的绘制

SKNode有一个子类SKShapeNode，专门用于绘制线条的，我们新建一个Map类，继承SKShapeNode。下面我们需要生成一个CGPath来赋值给Map的path属性：

import UIKit
import SpriteKit
class Map: SKShapeNode {
    let spacing:CGFloat = 35
    var points:[CGPoint] = []
    convenience init(origin:CGPoint,layer:CGFloat){

        var x:CGFloat = origin.x
        var y:CGFloat = origin.y
        var path = CGPathCreateMutable()
        self.init()
        CGPathMoveToPoint(path, nil, x, y)
        points.append(CGPointMake(x, y))
        for index in 1..<layer{
            y-=spacing*(2*index-1)
            CGPathAddLineToPoint(path, nil , x, y)
            points.append(CGPointMake(x, y))
            x-=spacing*(2*index-1)
            CGPathAddLineToPoint(path, nil , x, y)
            points.append(CGPointMake(x, y))
            y+=spacing*2*index
            CGPathAddLineToPoint(path, nil , x, y)
            points.append(CGPointMake(x, y))
            x+=spacing*2*index
            CGPathAddLineToPoint(path, nil , x, y)
            points.append(CGPointMake(x, y))
        }
        self.path = path
        self.glowWidth = 1
        self.antialiased = true
        CGPathGetCurrentPoint(path)
    }
}

算法很简单，就是顺时针计算点坐标然后画线，这里把每一步的坐标都存入了points数组里，是为了以后计算其他数据时方便。因为这部分算法不难而且不是我们的重点，这里不过多介绍了。

四种精灵的绘制

因为四种精灵都是沿着Map类的路径来顺时针运动，它们的动画绘制是相似的，所以我建立了一个Shape类作为基类来绘制动画，它继承于SKSpriteKit类，并拥有半径（radius）、移动速度（moveSpeed）和线段计数（lineNum）这三个属性。其中lineNum是用于标记精灵在螺旋线第几条线段上的，这样比较方便计算动画的参数。

class Shape: SKSpriteNode {
    let radius:CGFloat = 10
    var moveSpeed:CGFloat = 50
    var lineNum = 0
    init(name:String,imageName:String){
        super.init(texture: SKTexture(imageNamed: imageName),color:SKColor.clearColor(), size: CGSizeMake(radius*2, radius*2))
        self.physicsBody = SKPhysicsBody(circleOfRadius: radius)
        self.physicsBody.usesPreciseCollisionDetection = true
        self.physicsBody.collisionBitMask = 0
        self.physicsBody.contactTestBitMask = playerCategory|killerCategory|scoreCategory
        moveSpeed += CGFloat(Data.speedScale) * self.moveSpeed
        self.name = name
        self.physicsBody.angularDamping = 0

    }
}

构造函数中设定了Shape类的一些物理参数，比如物理体的形状大小，碰撞检测掩码等。这里设定usesPreciseCollisionDetection为true是为了增加碰撞检测的精度，常用于体积小速度快的物体。collisionBitMask属性标记了需要模拟物理碰撞的类别，contactTestBitMask属性标记了需要检测到碰撞的类别。这里说的“类别”指的是物体的类别：

let playerCategory:UInt32      =  0x1 << 0;
let killerCategory:UInt32      =  0x1 << 1;
let scoreCategory:UInt32       =  0x1 << 2;
let shieldCategory:UInt32      =  0x1 << 3;

这种用位运算来判断和存储物体类别的方式很常用，上面这段代码写在了NodeCategories.swift文件中。

为了描述Shape的速度随着游戏等级上升而增加，这里速度的计算公式含有Data.speedScale作为参数，关于Data“类”在后面会讲到。

为了让精灵动起来，需要知道动画的移动目的地是什么。虽然SKAction有followPath(path: CGPath , speed: CGFloat)方法，但是在这里并不实用，因为Player会经常改变路线，所以我写了一个runInMap(map:Map)方法让精灵每次只移动到路径上的下一个节点（之前Map类存储的points属性用到了吧！嘿嘿）

func runInMap(map:Map){
        let distance = calDistanceInMap(map)
        let duration = distance/moveSpeed
        let rotate = SKAction.rotateByAngle(distance/10, duration: duration)
        let move = SKAction.moveTo(map.points[lineNum+1], duration: duration)
        let group = SKAction.group([rotate,move])
        self.runAction(group, completion: {
            self.lineNum++
            if self.lineNum==map.points.count-1 {
                if self is Player{
                    Data.gameOver = true
                }
                if self is Killer{
                    self.removeFromParent()
                }
                if self is Score{
                    self.removeFromParent()
                }
                if self is Shield{
                    self.removeFromParent()
                }
            }
            else {
                self.runInMap(map)
            }
            })
    }

上面的代码先是调用calDistanceInMap(map:Map)->CGFloat方法计算精灵距离下一个节点的距离（也就是需要移动的距离），然后计算精灵需要旋转动画时间和移动动画时间，最后将两个动画作为一个group来运行，在动画运行结束后判断精灵是否运行到了最后一个节点，也就是螺旋线的终点：假如到终点了则移除精灵，否则开始递归调用方法，来开始下一段动画（奔向下一个节点）。

计算距离的calDistanceInMap(map:Map)->CGFloat方法代码如下：

func calDistanceInMap(map:Map)->CGFloat{
        if self.lineNum==map.points.count {
            return 0
        }
        switch lineNum%4{
        case 0:
            return position.y-map.points[lineNum+1].y
        case 1:
            return position.x-map.points[lineNum+1].x
        case 2:
            return map.points[lineNum+1].y-position.y
        case 3:
            return map.points[lineNum+1].x-position.x
        default:
            return 0
        }
    }

到此为止Shape类完成了，Killer、Score和Shield类比较简单，继承Shape类并设置自身纹理和类别即可：

class Killer: Shape {
    convenience init() {
        self.init(name:"Killer",imageName:"killer")
        self.physicsBody.categoryBitMask = killerCategory
    }
}
class Score: Shape {
    convenience init() {
        self.init(name:"Score",imageName:"score")
        self.physicsBody.categoryBitMask = scoreCategory
    }
}
class Shield: Shape {
    convenience init() {
        self.init(name:"Shield",imageName:"shield")
        self.physicsBody.categoryBitMask = shieldCategory
    }
}

而Player因为有护盾状态并可以在螺旋线上跳跃到内层，所以稍微复杂些：

class Player: Shape {
    var jump = false
    var shield:Bool = false {
    willSet{
        if newValue{
            self.texture = SKTexture(imageNamed: "player0")
        }
        else{
            self.texture = SKTexture(imageNamed: "player")
        }
    }
    }
    convenience init() {
        self.init(name:"Player",imageName:"player")
        self.physicsBody.categoryBitMask = playerCategory
        self.moveSpeed = 70
        self.lineNum = 3
    }
    func restart(map:Map) {
        self.alpha = 1
        self.removeAllActions()
        self.lineNum = 3
        self.moveSpeed = 70
        self.jump = false
        self.shield = false
        self.position = map.points[self.lineNum]
        self.runInMap(map)
    }
}

Player类的初始位置是螺旋线第四个节点，而且移动速度要略快于其他三种精灵，所以在这里设置为70（Shape默认速度50）。jump和shield是用来标记Player当前状态的属性，其中shield属性还定义了属性监察器，这是Swift中存储属性具有的响应机制，类似于KVO。在shield状态改变时也同时改变Player的纹理。需要注意的是构造器中对属性的改变并不会调用属性检查器，在willSet和didSet中改变自身属性也不会调用属性检查器，因为那样会造成死循环。

restart(map:Map)方法用于在游戏重新开始时重置Player的相关数据。

Swift中用访问者模式处理碰撞

访问者模式是双分派（Double Dispatch）模式的一种实现，关于双分派模式的详细解释，参考我的另一篇文章：Double Dispatch模式及其在iOS开发中实践，里面包含了C++，Java和Obje-C的实现，这次我们用Swift实现访问者模式。

因为SpriteKit中物理碰撞检测到的都是SKPhysicsBody，所以我们的被访问者需要包含一个SKPhysicsBody对象：

class VisitablePhysicsBody{
    let body:SKPhysicsBody
    init(body:SKPhysicsBody){
        self.body = body
    }
    func acceptVisitor(visitor:ContactVisitor){
        visitor.visitBody(body)
    }
}

acceptVisitor方法传入的是一个ContactVisitor类，它是访问者的基类（也相当于接口），访问者的visitBody(body:SKPhysicsBody)方法会根据传入的body实例来推断出被访问者的真实类别，然后调用对应的方法来处理碰撞：

func visitBody(body:SKPhysicsBody){
        //第二次dispatch，通过构造方法名来执行对应方法
        // 生成方法名，比如"visitPlayer"
        var contactSelectorString = "visit" + body.node.name + ":"
        let selector = NSSelectorFromString(contactSelectorString)
        if self.respondsToSelector(selector){
            dispatch_after(0, dispatch_get_main_queue(), {
                NSThread.detachNewThreadSelector(selector, toTarget:self, withObject: body)
                })
        }

    }

Swift废弃了performSelector方法，所以这里耍了个小聪明来将消息传给具体的访问者。有关Swift中替代performSelector的方案，参见这里

下面让GameScene实现SKPhysicsContactDelegate协议：

func didBeginContact(contact:SKPhysicsContact){
        //A->B
        let visitorA = ContactVisitor.contactVisitorWithBody(contact.bodyA, forContact: contact)
        let visitableBodyB = VisitablePhysicsBody(body: contact.bodyB)
        visitableBodyB.acceptVisitor(visitorA)
        //B->A
        let visitorB = ContactVisitor.contactVisitorWithBody(contact.bodyB, forContact: contact)
        let visitableBodyA = VisitablePhysicsBody(body: contact.bodyA)
        visitableBodyA.acceptVisitor(visitorB)
    }

跟Objective-C中实现访问者模式类似，也是通过ContactVisitor类的工厂方法返回一个对应的子类实例来作为访问者，然后实例化一个被访问者，被访问者接受访问者的访问。A访问B和B访问A在大多数场合是相同的，但是你不知道谁是A谁是B，所以需要两种情况都调用。下面是ContactVisitor类的工厂方法和构造器：

class ContactVisitor:NSObject{
    let body:SKPhysicsBody!
    let contact:SKPhysicsContact!
    class func contactVisitorWithBody(body:SKPhysicsBody,forContact contact:SKPhysicsContact)->ContactVisitor!{
        //第一次dispatch，通过node类别返回对应的实例
        if 0 != body.categoryBitMask&playerCategory {
            return PlayerContactVisitor(body: body, forContact: contact)
        }
        if 0 != body.categoryBitMask&killerCategory {
            return KillerContactVisitor(body: body, forContact: contact)
        }
        if 0 != body.categoryBitMask&scoreCategory {
            return ScoreContactVisitor(body: body, forContact: contact)
        }
        if 0 != body.categoryBitMask&shieldCategory {
            return ShieldContactVisitor(body: body, forContact: contact)
        }
        return nil

    }
    init(body:SKPhysicsBody, forContact contact:SKPhysicsContact){
        self.body = body
        self.contact = contact
        super.init()

    }
}

PS：上面的代码省略了已经提到过的visitBody(body:SKPhysicsBody)方法

因为这个游戏逻辑比较简单，所有碰撞后的逻辑都写到了PlayerContactVisitor类里：

func visitKiller(body:SKPhysicsBody){
        let thisNode = self.body.node as Player
        let otherNode = body.node
//        println(thisNode.name+"->"+otherNode.name)
        if thisNode.shield {
            otherNode.removeFromParent()
            thisNode.shield = false
        }
        else {
            Data.gameOver = true
        }
    }
    func visitScore(body:SKPhysicsBody){
        let thisNode = self.body.node
        let otherNode = body.node
//        println(thisNode.name+"->"+otherNode.name)
        otherNode.removeFromParent()
        Data.score += 2
    }
    func visitShield(body:SKPhysicsBody){
        let thisNode = self.body.node as Player
        let otherNode = body.node
        otherNode.removeFromParent()
        thisNode.shield = true
        Data.score++
        //        println(thisNode.name+"->"+otherNode.name)
    }

上面的方法都是“visit+类名”格式的，处理的是Player碰撞到其他三种精灵的逻辑。而其他三种精灵之间的碰撞不需要处理，所以KillerContactVisitor、ScoreContactVisitor和ShieldContactVisitor这三个ContactVisitor的子类很空旷，这里不再赘述。

我们设置Player碰撞到Killer游戏结束，碰撞到Score加两分，碰撞到Shield加一分并获得护甲（shield属性设为true）。可以看到这里大量用到了Data“类“”，它其实是一个存储并管理全局数据的结构体，它里面存储了一些静态的成员属性，也可看做非线程安全的单例。

界面数据显示

这部分很简单，主要是将Data结构体中存储的分数和等级等数据通过SKLabelNode显示在界面上，只不过我封装了一个Display类来将所有的SKLabelNode统一管理，并让其实现我定义的DisplayData协议来让Data中的数据变化驱动界面更新：

protocol DisplayData{
    func updateData()
    func levelUp()
    func gameOver()
    func restart()
}

下面是Data结构体代码，大量使用了存储属性的监察器来响应数据变化：

struct Data{
    static var display:DisplayData 
    static var updateScore:Int = 5
    static var score:Int = 0{
    willSet{
        if newValue>=updateScore{
            updateScore+=5 * ++level
        }
    }
    didSet{
        display .updateData()
    }
    }
    static var highScore:Int = 0
    static var gameOver:Bool = false {
    willSet{
        if newValue {
            let standardDefaults = NSUserDefaults.standardUserDefaults()
            Data.highScore = standardDefaults.integerForKey("highscore")
            if Data.highScore < Data.score {
                Data.highScore = Data.score
                standardDefaults.setInteger(Data.score, forKey: "highscore")
                standardDefaults.synchronize()
            }
            display .gameOver()
        }
        else {
            display .restart()
        }
    }
    didSet{

    }
    }
    static var level:Int = 1{
    willSet{
        speedScale = Float(newValue)*0.1
        if newValue != 1{
            display .levelUp()
        }
    }
    didSet{
        display .updateData()

    }
    }
    static var speedScale:Float = 0{
    willSet{

    }
    didSet{

    }
    }

    static func restart(){
        Data.updateScore = 5
        Data.score = 0
        Data.level = 1
        Data.speedScale = 0
    }
}

这里不得不提到一个更新界面时遇到的一个坑，当我想通过名字遍历GameScene子节点的时候，一般会用到enumerateChildNodesWithName(name: String , usingBlock: ((SKNode!, UnsafePointer<ObjCBool>) -> Void) )方法，但是这个方法在Xcode6Beta3更新后经常会抛异常强退，这让我很费解，恰巧遇到此问题的不只是我一个人，所以还是老老实实的自己写循环遍历加判断吧。

按钮的绘制和截图分享

参考我的另外两篇文章：在游戏的SKScene中添加Button和SpriteKit截屏并分享至社交网络

在本工程中只有ShareButton和ReplayButton两个按钮，Swift版本的代码很简洁，而我通过Social.Framework中的UIActivityViewController来分享得分，这部分代码写在了ShareButton.swift中：

let scene = self.scene as GameScene
        let image = scene.imageFromNode(scene)
        let text = "我在Spiral游戏中得了\(Data.score)分，快来追逐我的步伐吧！"
        let activityItems = [image,text]
        let activityController = UIActivityViewController(activityItems: activityItems, applicationActivities: nil)
        (scene.view.nextResponder() as UIViewController).presentViewController(activityController, animated: true, completion: nil)