Go：使用 Ebiten 在 2D 视频游戏中进行图像渲染

插图由创作原始 Go Gopher 作品的 Renee French 为“ Go 的旅程”创作。

本文基于 Ebiten 1.10。

Ebiten^[1] 是由 Hajime Hosh^[2] 用 Go 语言编写的成熟的 2D 游戏库。它是 Apple Store 上一些手机游戏如 Bear's Restaurant^[3] 或桌面游戏如 OpenDiablo2^[4] 的引擎，OpenDiablo2 是 Go 版本暗黑 2 的开源实现。现在，让我们深入了解电子游戏中的一些基本概念以及它们在 Ebiten 中的实现。

动画制作

在电子游戏世界中，Ebiten 通过分离的静态图像来渲染动画。这些图像集合被组合成一个更大的图像，通常称为“纹理图集^[5]”，也称为“精灵图”。这是 网站^[6] 上提供的示例：

然后，经过简单的数学运算，这张图被加载到内存中，然后被一部分一部分地渲染。在前面的示例中，每个部分的宽度为 32 个像素。渲染每个图像非常简单，只需将 X 坐标移动 32 个像素。这是第一步：

渲染动画时，只需要当前图像的值即可渲染精灵图的正确部分。Ebiten 提供了所有的 API 来轻松地渲染它，下面是之前第一步中精灵图的示例：

screen.DrawImage(
   // 在坐标上绘制子画面的子图像
   // x=0 to x=32 and y=32 to y=64
   runnerImg.SubImage(image.Rect(0, 32, 32, 64)).(*ebiten.Image),
   // 在该位置之前声明的变量定义了屏幕上的位置
   op,
)

Ebiten 的创建者 Hajime Hosh 还开发了“ file2byteslice^[7]”，该工具可将任何图像转换为字符串，并允许将任何文件嵌入到 Go 中。它可以通过注释 go:generate 与 Go 工具轻松集成，自动将图像转储到 Go 文件中。下面是一个例子：

//go:generate file2byteslice
  -package=img
  -input=./images/sprite.png
  -output=./images/sprite.go -var=Runner_png

现在可以从以下代码的 img.Runner_png 变量中获取精灵图：

然后，必须先对图像进行解码，然后再由 Ebiten 加载并在游戏中进行渲染。让我们转到另一种渲染较大背景图像的方法，该图像由循环元素组成。

瓷砖背景

渲染背景使用相同的技术，将主要地图集分为许多小图像，称为“瓷砖”。这是网站上提供的纹理图集的示例：

该图集可以被 16 像素的图块分割 ，这是使用 Tiled^[8] 软件创建的图块集合：

每个图块将分配一个数字，从 0 开始，逐次加 1。由于每行都有相同数量的图块，因此可以通过除法和取模来获取图块的坐标。这是蓝色花朵的示例：

蓝色花朵的编号为 303，这意味着它们位于第 4 列（303 以每行的图块数为模，例如 303％25 = 3）和第 13 行（303 除以每行的图块数，例如，303/25 = 12）。

现在，我们可以使用索引数组来构建地图：

从这张地图上绘制图像可以得到主要装饰：

但是缺少背景。我们必须构建一个表示背景的类似数组。结果如下：

现在，这些图层已经准备好了，我们只需要迭代两个图层就可以得到最终结果：

此示例中的代码可在 Ebiten 网站^[9] 上找到。

生成图像后，Ebiten 必须管理屏幕更新并将指令发送到图形卡片。

屏幕更新

Ebiten 提供了 iOS（使用 Metal）和 Android（使用 OpenGL ES）使用的驱动程序的抽象，这使开发更加容易。它还允许您定义一个函数，该函数可以更新屏幕并绘制所有更改。但是，出于性能原因，该库会将源打包在一起，并将这些更改存储在缓冲区中，然后再发送给驱动程序：

该缓冲区还能够合并绘图指令，以减少对 GPU 的调用次数。在上图中，这三个指令现在可以合并为一个：

这项改进很重要，因为它可以减少发送指令时的开销。这是合并指令的性能：

通过逐个发送指令，性能会大大降低：

Ebiten 还提供了对屏幕刷新的控制，这有助于调整性能。

TPS 管理

Ebiten 的默认 TPS 是 60。但是，这可以用 Ebiten 提供的 API ebiten.SetMaxTPS() 来轻松配置。它有助于减少机器上的压力。这是具有 25 TPS 的简单程序：

TPS（每秒 tick 数）与 FPS（每秒帧数）不同。Hajime Hosh^[10] 很好地描述了这些差异：

帧代表图形更新。这取决于用户显示屏上的刷新率。那么 FPS 可能是 60、70、120，依此类推。这个数字基本上是不可控制的。Ebiten 可以打开或关闭 vsync。如果关闭了 vsync，则 Ebiten 会尝试尽可能多地更新图形，那么 FPS 可以为 1000 左右。tick 表示逻辑更新。TPS 表示每秒调用更新功能的次数。默认情况下固定为 60。游戏开发人员可以通过 SetMaxTPS 配置 TPS。如果设置了 UncappedTPS，则 Ebiten 会尝试尽可能多地调用更新函数。

当窗口在后台运行时，Ebiten 为渲染带来了另一种优化。失去焦点时，游戏将进入休眠状态，直到重新获得焦点。它实际上 sleep 了 1/60 秒，然后再次检查焦点。这是保存的资源的示例：

尽管可以关闭此优化，但是运行的系统可能会限制游戏的运行。例如，在 Firefox^[11]，Chrome^[12] 或其他浏览器上的后台标签中运行时，在浏览器中运行的游戏会受到限制。

Ebiten 在 Github^[13] 上接受赞助。如果您希望看到更多 Go 编写的游戏，请随时贡献力量。

via: https://medium.com/a-journey-with-go/go-image-rendering-in-2d-video-games-with-ebiten-912cc2360c4f

作者：Vincent Blanchon^[14]译者：alandtsang^[15]校对：polaris1119^[16]

本文由 GCTT^[17] 原创编译，Go 中文网^[18] 荣誉推出

参考资料