Curso - Programación de un Space Invaders en Java

Pequeñas optimizaciones

En nuestra última versión, realizaremos algunas pequeñas optimizaciones que nos ayudarán a incrementar nuestros fotogramas por segundo, dañadas desde que implementamos el sonido y las texturas.

La primera optimización consiste en utilizar imágenes en formato "compatible". ¿Qué significa esto? Una imagen "compatible" es una imagen en memoria que tiene las mismas características (o al menos muy similares) al modo de vídeo nativo que se está mostrando en ese momento - en términos de bits por pixel, transparencia, etc. Las imágenes compatibles son mucho más rápidas de dibujar que cualquier otro formato. Ahora mismo lo que estamos haciendo es utilizar el formato que a ImageIO le apetezca devolvernos. Podemos optimizar esto de la siguiente forma:

Leemos la imagen de disco utilizando ImageIO
Creamos una imagen compatible del mismo tamaño que la imagen leida
Pintamos la imagen recién cargada encima de la imagen compatible

De esta forma obtenemos una "versión compatible" de una imagen situada en el disco

Haremos todo esto en la clase SpriteCache, que es la que centraliza el acceso a las imágenes:


1     /**
2      * Curso B?sico de desarrollo de Juegos en Java - Invaders
3      * 
4      * (c) 2004 Planetalia S.L. - Todos los derechos reservados. Prohibida su reproducci?n
5      * 
6      * http://www.planetalia.com
7      * 
8      */
9     package version29;
10    
11    import java.awt.Graphics;
12    import java.awt.GraphicsConfiguration;
13    import java.awt.GraphicsEnvironment;
14    import java.awt.Image;
15    import java.awt.Transparency;
16    import java.awt.image.BufferedImage;
17    import java.awt.image.ImageObserver;
18    import java.net.URL;
19    import javax.imageio.ImageIO;
20    
21    public class SpriteCache extends ResourceCache implements ImageObserver{
22      
23      protected Object loadResource(URL url) {
24        try {
25          return ImageIO.read(url);
26        } catch (Exception e) {
27          System.out.println("No se pudo cargar la imagen de "+url);
28          System.out.println("El error fue : "+e.getClass().getName()+" "+e.getMessage());
29          System.exit(0);
30          return null;
31        }
32      }
33      
34      public BufferedImage createCompatible(int width, int height, int transparency) {
35        GraphicsConfiguration gc = 
36          GraphicsEnvironment.getLocalGraphicsEnvironment().getDefaultScreenDevice().getDefaultConfiguration();
37        BufferedImage compatible = gc.createCompatibleImage(width,height,transparency);
38        return compatible;
39      }
40      
41      public BufferedImage getSprite(String name) {
42        BufferedImage loaded = (BufferedImage)getResource(name);
43        BufferedImage compatible = createCompatible(loaded.getWidth(),loaded.getHeight(),Transparency.BITMASK); 
44        Graphics g = compatible.getGraphics();
45        g.drawImage(loaded,0,0,this);
46        return compatible;
47      }
48        
49      public boolean imageUpdate(Image img, int infoflags,int x, int y, int w, int h) {
50         return (infoflags & (ALLBITS|ABORT)) == 0;
51      }
52    }
53

La segunda optimización consiste en librarnos del dibujo repetitivo de texturas dentro del bucle principal. En su lugar, procederemos de la siguiente forma: Nada mas arrancar el juego, creamos una imagen en memoria que tiene la misma anchura que la pantalla, pero con una altura igual a la de la pantalla mas el tamaño de la textura. Rellenamos esta imagen con el fondo que queremos utilizar. Durante el juego, simplemente copiamos una sub-imagen de esta imagen en memoria a la pantalla. El efecto de scroll se consigue variando la coordenada Y de inicio de la sub-imagen que pintamos. Esto nos permite limitar el uso de TexturePaint - que siempre es muy lento- a una única vez, y además fuera del bucle principal del juego:


1     package version29;
2     /**
3      * Curso B?sico de desarrollo de Juegos en Java - Invaders
4      * 
5      * (c) 2004 Planetalia S.L. - Todos los derechos reservados. Prohibida su reproducci?n
6      * 
7      * http://www.planetalia.com
8      * 
9      */
10    
11    import java.awt.Canvas;
12    import java.awt.Color;
13    import java.awt.Cursor;
14    import java.awt.Dimension;
15    import java.awt.Font;
16    import java.awt.Graphics2D;
17    import java.awt.Point;
18    import java.awt.Rectangle;
19    import java.awt.TexturePaint;
20    import java.awt.Toolkit;
21    import java.awt.Transparency;
22    import java.awt.event.KeyEvent;
23    import java.awt.event.KeyListener;
24    import java.awt.event.WindowAdapter;
25    import java.awt.event.WindowEvent;
26    import java.awt.image.BufferStrategy;
27    import java.awt.image.BufferedImage;
28    import java.util.ArrayList;
29    
30    import javax.swing.JFrame;
31    import javax.swing.JPanel;
32    
33    public class Invaders extends Canvas implements Stage, KeyListener {
34      
35      private BufferStrategy strategy;
36      private long usedTime;
37      
38      private SpriteCache spriteCache;
39      private SoundCache soundCache;
40      private ArrayList actors; 
41      private Player player;

42      private BufferedImage background, backgroundTile;
43      private int backgroundY;

44      
45      private boolean gameEnded=false;
46      
47      public Invaders() {
48        spriteCache = new SpriteCache();
49        soundCache = new SoundCache();
50        
51        
52        JFrame ventana = new JFrame("Invaders");
53        JPanel panel = (JPanel)ventana.getContentPane();
54        setBounds(0,0,Stage.WIDTH,Stage.HEIGHT);
55        panel.setPreferredSize(new Dimension(Stage.WIDTH,Stage.HEIGHT));
56        panel.setLayout(null);
57        panel.add(this);
58        ventana.setBounds(0,0,Stage.WIDTH,Stage.HEIGHT);
59        ventana.setVisible(true);
60        ventana.addWindowListener( new WindowAdapter() {
61          public void windowClosing(WindowEvent e) {
62            System.exit(0);
63          }
64        });
65        ventana.setResizable(false);
66        createBufferStrategy(2);
67        strategy = getBufferStrategy();
68        requestFocus();
69        addKeyListener(this);
70        
71        setIgnoreRepaint(true);
72        
73        BufferedImage cursor = spriteCache.createCompatible(10,10,Transparency.BITMASK);
74        Toolkit t = Toolkit.getDefaultToolkit();
75        Cursor c = t.createCustomCursor(cursor,new Point(5,5),"null");
76        setCursor(c);
77      }
78      
79      public void gameOver() {
80        gameEnded = true;
81      }
82      
83      public void initWorld() {
84        actors = new ArrayList();
85        for (int i = 0; i < 10; i++){
86          Monster m = new Monster(this);
87          m.setX( (int)(Math.random()*Stage.WIDTH) );
88          m.setY( i*20 );
89          m.setVx( (int)(Math.random()*20-10) );
90          
91          actors.add(m);
92        }
93        
94        player = new Player(this);
95        player.setX(Stage.WIDTH/2);
96        player.setY(Stage.PLAY_HEIGHT - 2*player.getHeight());
97        
98        soundCache.loopSound("musica.wav");
99        

100       backgroundTile = spriteCache.getSprite("oceano.gif");
101       background = spriteCache.createCompatible(
102                    Stage.WIDTH,  
103                    Stage.HEIGHT+backgroundTile.getHeight(),
104                    Transparency.OPAQUE);
105       Graphics2D g = (Graphics2D)background.getGraphics();
106       g.setPaint( new TexturePaint( backgroundTile, 
107                                     new Rectangle(0,0,backgroundTile.getWidth(),backgroundTile.getHeight())));
108       g.fillRect(0,0,background.getWidth(),background.getHeight());
109       backgroundY = backgroundTile.getHeight();
110       

111     }
112     
113     public void addActor(Actor a) {
114       actors.add(a);
115     } 
116     
117     public Player getPlayer() {
118       return player;
119     }
120     
121     public void updateWorld() {
122       int i = 0;
123       while (i < actors.size()) {
124         Actor m = (Actor)actors.get(i);
125         if (m.isMarkedForRemoval()) {
126           actors.remove(i);
127         } else {
128           m.act();
129           i++;
130         }
131       }
132       player.act();
133     }
134     
135     public void checkCollisions() {
136       Rectangle playerBounds = player.getBounds();
137       for (int i = 0; i < actors.size(); i++) {
138         Actor a1 = (Actor)actors.get(i);
139         Rectangle r1 = a1.getBounds();
140         if (r1.intersects(playerBounds)) {
141           player.collision(a1);
142           a1.collision(player);
143         }
144         for (int j = i+1; j < actors.size(); j++) {
145           Actor a2 = (Actor)actors.get(j);
146           Rectangle r2 = a2.getBounds();
147           if (r1.intersects(r2)) {
148             a1.collision(a2);
149             a2.collision(a1);
150           }
151         }
152       }
153     }
154     
155     public void paintShields(Graphics2D g) {
156       g.setPaint(Color.red);
157       g.fillRect(280,Stage.PLAY_HEIGHT,Player.MAX_SHIELDS,30);
158       g.setPaint(Color.blue);
159       g.fillRect(280+Player.MAX_SHIELDS-player.getShields(),Stage.PLAY_HEIGHT,player.getShields(),30);
160       g.setFont(new Font("Arial",Font.BOLD,20));
161       g.setPaint(Color.green);
162       g.drawString("Shields",170,Stage.PLAY_HEIGHT+20);
163         
164     }
165       
166     public void paintScore(Graphics2D g) {
167       g.setFont(new Font("Arial",Font.BOLD,20));
168       g.setPaint(Color.green);
169       g.drawString("Score:",20,Stage.PLAY_HEIGHT + 20);
170       g.setPaint(Color.red);
171       g.drawString(player.getScore()+"",100,Stage.PLAY_HEIGHT  + 20);
172     }
173     
174     public void paintAmmo(Graphics2D g) {
175       int xBase = 280+Player.MAX_SHIELDS+10;
176       for (int i = 0; i < player.getClusterBombs();i++) {
177         BufferedImage bomb = spriteCache.getSprite("bombUL.gif");
178         g.drawImage( bomb ,xBase+i*bomb.getWidth(),Stage.PLAY_HEIGHT,this);
179       }
180     }
181     
182     public void paintfps(Graphics2D g) {
183       g.setFont( new Font("Arial",Font.BOLD,12));
184       g.setColor(Color.white);
185       if (usedTime > 0)
186         g.drawString(String.valueOf(1000/usedTime)+" fps",Stage.WIDTH-50,Stage.PLAY_HEIGHT);
187       else
188         g.drawString("--- fps",Stage.WIDTH-50,Stage.PLAY_HEIGHT);
189     }
190     
191     
192     public void paintStatus(Graphics2D g) {
193       paintScore(g);
194       paintShields(g);
195       paintAmmo(g);
196       paintfps(g);  
197     }
198     
199     public void paintWorld() {
200       Graphics2D g = (Graphics2D)strategy.getDrawGraphics();

201       g.drawImage( background,
202                    0,0,Stage.WIDTH,Stage.HEIGHT,
203                    0,backgroundY,Stage.WIDTH,backgroundY+Stage.HEIGHT,this);

204       for (int i = 0; i < actors.size(); i++) {
205         Actor m = (Actor)actors.get(i);
206         m.paint(g);
207       }
208       player.paint(g);
209   
210         
211       paintStatus(g);
212       strategy.show();
213     }
214     
215     public void paintGameOver() {
216       Graphics2D g = (Graphics2D)strategy.getDrawGraphics();
217       g.setColor(Color.white);
218       g.setFont(new Font("Arial",Font.BOLD,20));
219       g.drawString("GAME OVER",Stage.WIDTH/2-50,Stage.HEIGHT/2);
220       strategy.show();
221     }
222     
223     public SpriteCache getSpriteCache() {
224       return spriteCache;
225     }
226     
227     public SoundCache getSoundCache() {
228       return soundCache;
229     }
230     
231     public void keyPressed(KeyEvent e) {
232       player.keyPressed(e);
233     }
234     
235     public void keyReleased(KeyEvent e) {
236       player.keyReleased(e);
237     }
238     public void keyTyped(KeyEvent e) {}
239     
240     public void game() {
241       usedTime=1000;
242       initWorld();
243       while (isVisible() && !gameEnded) {
244         long startTime = System.currentTimeMillis();

245         backgroundY--;
246         if (backgroundY < 0)
247           backgroundY = backgroundTile.getHeight();

248         updateWorld();
249         checkCollisions();
250         paintWorld();
251         usedTime = System.currentTimeMillis()-startTime;
252         do {
253           Thread.yield();
254         } while (System.currentTimeMillis()-startTime< 17);
255       }
256       paintGameOver();
257     }
258     
259     public static void main(String[] args) {
260       Invaders inv = new Invaders();
261       inv.game();
262     }
263   }
264

La tercera optimización consiste en librarnos del cursor del ratón:


           . . .  
47      public Invaders() {
48        spriteCache = new SpriteCache();
49        soundCache = new SoundCache();
50        
51        
52        JFrame ventana = new JFrame("Invaders");
53        JPanel panel = (JPanel)ventana.getContentPane();
54        setBounds(0,0,Stage.WIDTH,Stage.HEIGHT);
55        panel.setPreferredSize(new Dimension(Stage.WIDTH,Stage.HEIGHT));
56        panel.setLayout(null);
57        panel.add(this);
58        ventana.setBounds(0,0,Stage.WIDTH,Stage.HEIGHT);
59        ventana.setVisible(true);
60        ventana.addWindowListener( new WindowAdapter() {
61          public void windowClosing(WindowEvent e) {
62            System.exit(0);
63          }
64        });
65        ventana.setResizable(false);
66        createBufferStrategy(2);
67        strategy = getBufferStrategy();
68        requestFocus();
69        addKeyListener(this);
70        
71        setIgnoreRepaint(true);
72        

73        BufferedImage cursor = spriteCache.createCompatible(10,10,Transparency.BITMASK);
74        Toolkit t = Toolkit.getDefaultToolkit();
75        Cursor c = t.createCustomCursor(cursor,new Point(5,5),"null");
76        setCursor(c);

77      }
78      
           . . .

La siguiente optimización trata con un problema que es posible que nos hayamos encontrado durante el juego. Si movemos la ventana a un segundo plano y la volvemos a poner en primer plano, veremos un parpadeo gris por unos instantes. No es muy problemático, pero es muy poco profesional. Lo que está ocurriendo es que el AWT está lanzando un evento de redibujo desde su propio hilo, mientras nosotros estamos haciendo otra cosa. Dado que AWT no utiliza un doble búfer, por unos instantes vemos una pantalla gris completamente borrada - la misma situación que teníamos nosotros al comenzar. Para evitar esto, debemos indicarle a AWT que ignore las peticiones de redibujo que provengan del sistema operativo, ya que nosotros mismos nos estamos haciendo cargo del dibujo de la pantalla. Esto se consigue llamando al método setIgnoreRepaint()


           . . .  
47      public Invaders() {
48        spriteCache = new SpriteCache();
49        soundCache = new SoundCache();
50        
51        
52        JFrame ventana = new JFrame("Invaders");
53        JPanel panel = (JPanel)ventana.getContentPane();
54        setBounds(0,0,Stage.WIDTH,Stage.HEIGHT);
55        panel.setPreferredSize(new Dimension(Stage.WIDTH,Stage.HEIGHT));
56        panel.setLayout(null);
57        panel.add(this);
58        ventana.setBounds(0,0,Stage.WIDTH,Stage.HEIGHT);
59        ventana.setVisible(true);
60        ventana.addWindowListener( new WindowAdapter() {
61          public void windowClosing(WindowEvent e) {
62            System.exit(0);
63          }
64        });
65        ventana.setResizable(false);
66        createBufferStrategy(2);
67        strategy = getBufferStrategy();
68        requestFocus();
69        addKeyListener(this);
70        

71        setIgnoreRepaint(true);

72        
73        BufferedImage cursor = spriteCache.createCompatible(10,10,Transparency.BITMASK);
74        Toolkit t = Toolkit.getDefaultToolkit();
75        Cursor c = t.createCustomCursor(cursor,new Point(5,5),"null");
76        setCursor(c);
77      }
78      
           . . .

Finalmente, tenemos un problema con el juego y es que su velocidad varía un poco dependiendo de la velocidad del ordenador. Dado que la pausa que hacemos es siempre la misma, si el ordenador es rápido la actualización del escenario será rápida y el juego irá rápido. Sin embargo, si el ordenador es lento, consumirá mucho tiempo en la actualización del escenario y aún así estamos esperando la misma cantidad de tiempo en el bucle principal, con lo cual el juego va más lento. Como esto no es muy agradable lo corregiremos exigiendo que cada turno dure cierta cantidad fija de tiempo. Esta cantidad dependerá del número de fotogramas que queremos alcanzar. Por ejemplo si queremos 60 fts, cada turno debe durar 1000/60 = 16,66 milisegundos. De forma que en lugar de dormir siempre la misma cantidad de tiempo (10ms), en cada turno calcularemos cuánto hemos invertido en la actualización y redibujo de la pantalla y dormiremos el tiempo que nos quede:


           . . .  
240     public void game() {
241       usedTime=1000;
242       initWorld();
243       while (isVisible() && !gameEnded) {
244         long startTime = System.currentTimeMillis();
245         backgroundY--;
246         if (backgroundY < 0)
247           backgroundY = backgroundTile.getHeight();
248         updateWorld();
249         checkCollisions();
250         paintWorld();
251         usedTime = System.currentTimeMillis()-startTime;

252         do {
253           Thread.yield();
254         } while (System.currentTimeMillis()-startTime< 17);

255       }
256       paintGameOver();
257     }
           . . .

Bien, hemos llegado al final de este tutorial de Java. Ahora es tu turno para comenzar a hacer juegos. Si te ha gustado este curso de java, puedes poner un enlace a su índice para que otros lo puedan disfrutar también. Si tienes algún comentario o alguna corrección o sugerencia, puedes mandarme una nota desde aquí. Es posible que en el futuro añada más tutoriales y cursos sobre temas similares, en cuyo caso aparecerán en la página de cursos gratuitos de Planetalia.

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