MMProg: Praktikum: WiSe 2017/18: Ball02

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MMProg-Praktikum

Inhalt | Game Loop 01 | Ball 02 | Ball 03 | Ball 03b | Pong 01

Musterlösung: SVN-Repository

Ziel

Ziel dieser Praktikumsaufgabe ist es, die “HTML5 Creation Engine” PixiJS v4 kennenzulernen.[1] Bei PixiJS handelt es sich um eine sehr mächtige (und damit auch sehr große) JavaScript-Bibliothek zur Realisierung von 2D-Animationen und -Spielen.

Mit HTML5 wurde das Canvas-Element (Leinwand-Element) eingeführt.[2] „“ einem Canvas-Element können Grafiken gezeichnet werden. Aktuelle Browser unterstützen üblicherweise sowohl den CanvasRenderingContext2D zum Erstellen von 2D-Grafiken[3] als auch WebGL zum Erstellen von 3D-Grafiken (auf Basis von OpenGL) [4]. Die Erstellung von Grafiken mit WebGL ist wesentlich effizienter als die Erstellung von Grafiken mit dem CanvasRenderingContext2D, zumindest dann wenn, eine Grafikkarte zur Verfügung steht, deren Prozessor (GPU) OpenGL nativ unterstützt. Die ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn Animationen erstellt werden, d. h., wenn 60 mal pro Sekunde (also alle 16,7 ms) eine neue Grafik im Canvas angezeigt werden soll.

PixiJS ist als Ersatz für den CanvasRenderingContext2D gedacht. Die Bibliothek stellt im Wesentlichen dieselben Grafik-Befehle wie der 2D-Kontext zur Verfügung, erstellt aber wann immer möglich, die 2D-Grafiken mit Hilfe von WebGL. Nur wenn diese Schnittstelle vom Browser nicht zur Verfügung gestellt wird, erfolgt als Fallback das Rendering mit Hilfe des 2D-Kontextes. Dies hat allerdings meist einen deutlichen Performanz-Einbruch zur Folge.

Aufgaben

Laden Sie das leere Projekt WK_Ball02_Empty auf Ihren Rechner. Installieren Sie aber nicht die Node.js-Module, das machen Sie später. Sie finden das leere Projekt im Repository-Pfad https://glossar.hs-augsburg.de/beispiel/tutorium/es6 im Unterordner empty.

Erstellen Sie ein neues Projekt praktikum02 und kopieren Sie die Ordner src und web (samt Inhalt) sowie alle Dateien, die Sie im Wurzelverzeichnis des Projektes WK_Ball02_Empty finden mittels Crtl-/Apfel-C Crtl-/Apfel-V in Ihr eigenes Projekt. (Die Frage, ob WebStorm seinen eigenen File Watcher zum Übersetzen von ES6-Code in ES5-Code verwenden soll, beantworten Sie bitte mit „No“. Das erledigt Webpack für Sie.)

Nun können Sie in Ihrem eigenen Projekt die benötigten Node.js-Module installieren: npm i.

Sie können Ihr Projekt zur Übung auch im Subversion-Repository speichern. Das ist aber nicht so wichtig.

In Ihrem Projekt finden Sie wiederum mehrere Web-Anwendungen: index01.html verwendet die gepackte Version von app01.js, die ihrerseits das Spiel game01.js einbindet. Et cetera.

Schreiben Sie Ihre Lösungen der Aufgabe $i$ in die Datei game$i$.js. Am einfachsten ist es, wenn Sie jeweils die Lösung der vorangegangenen Aufgabe kopieren und diese Kopie dann weiterentwickeln.

Aufgabe 1

Diese Aufgabe entspricht Aufgabe 1 der Praktikumsaufgabe MMProg: Praktikum: WiSe 2017/18: GameLoop01: Lassen Sie die Eule horizontal vom linken bis zum rechten Fensterrand des Browsers fliegen.

Im Projekt WK_Ball02_Empty ist eine mögliche Lösung dieser Aufgabe bereits enthalten. Ihre Aufgabe ist es nun, sich die Unterschiede zur Lösung der ersten Praktikumsaufgabe WK_Ball01, die sich durch die Verwendung von PixiJS ergeben, klar zu machen.

app1.js

  • Es wird zusätzlich die JavaScript-Bibliothek pixi.js importiert.
  • Anstelle von GameLoop.js wird GameLoopPixi.js importiert. Dieses Modul verwendet die PixiJS-eigene GameLoop, stellt aber weiterhin sicher, dass Modell-Updates nach Möglichkeit stets genau 60 mal pro Sekunde erfolgen.vgl. Isaac Sukin: A Detailed Explanation of JavaScript Game Loops and Timing. Außerdem verzögert dieses Modul den Start der Modellberechnung um ein paar Frames, da PixiJS hier anscheinend teilweise etwas „warmläuft“ und diese Frames deutlich länger als 16,7 Millisekunden dauern können. Ohne die Verzögerung der Modellberechnung würde die Web-Anwendung etwas „ruckelig“ starten.
  • Das Modell der Bühne (stage) wird in app1.js und nicht erst in game1.js definert, da es bereits bei der Definition des PixiJS-Applikations-Objekts benötigt wird.
  • Das Root-Objekt der PixiJS-Anwendung wird erstellt. Die wichtigsten Argumente sind die Breite und Höhe der Bühne sowie das Canvas-Element, auf dem die Grafiken gezeichnet werden. (Wenn man der Anwendung kein Canvas-Element zuteilt, erstellt sie selbst eines, das man anschließend per JavaScript in das HTML-Dokument einfügen muss.) Darüber hinaus gibt es diverse weitere Optionen, wie z. B. die Festlegung, ob die Leinwand transparent ist, damit der HTML-Hintergrund durchscheint.[5]
  • Das Spiel wird mit Hilfe einer Methode init initialisiert, bevor die Game-Loop gestartet weren kann. Das ist notwendig, da die Grafikobjekte, die später animiert werden sollen, zunächst erstellt werden müssen. In der ersten Praktikumsaufgabe wurde diese Tätigkeit per CSS (und nicht per JavaScript) erledigt.

game1.js

  • Das Modell der Bühne (v_stage) wird nur teilweise initialisiert. Die Breite und Höhe wird erst später von der Methode init festgelegt.
  • Die Variable v_owl wurde in v_ball umbenannt. Der neue Bezeichner betont den Modellaspekt des Objektes mehr (ein Ball hat einen Mittelpunkt und einen Radius), wohingegen der ursprüngliche Name den View-Aspekt („es wird eine Eule visualisiert“) deutlicher betont.
  • Das Objekt v_ball beinhalte schon die y-Koordinate und die y-Geschwindigkeit des Balls. In der ursprünglichen Aufgabe fehlten diese Attribute noch. Sie wurden erst in der zweiten Aufgabe („Eule vertikal fliegen lassen“) eingeführt. Außerdem wurde die Objektbreite (width) durch den Radius (r) ersetzt.
  • Der Ankerpunkt des Balls wurde von der linken obren Ecke der Eule ins Zentrum des Balls verschoben. Dies hat Auswirkungen auf die Implementierung der Kollissionserkennung und -behandlung.
  • Die Renderfunktion unterscheidet sich leicht. In der ursprünglichen Aufgabe wurden CSS-Attribute des animierten DIV-Elements verändert. Nun müssen die Attribute PixiJS-Grafikobjekts an die aktuellen Modellwerte angepasst werden.
  • Es gibt eine Initialisierungsfunktion, die zu Beginn der Anwendung aufgerufen wird, um sie zu initialisieren. (Meist gibt es auch noch eine Resetfunktion, die jedesmal aufgerufen wird, wenn die Anwendung neu gestartet wird, z. B. weil eine neues Spiellevel begonnen werden soll. Diese Funktion ist dann für wiederkehrende Initialisierungaufgaben verantwortlich, wohingegen die Initialisierungsfunktion nur ein einziges Mal zu Spielbeginn aufgerufen wird. Um Code-Duplikationen zu vermeiden ruft die Initialisierungsfunktion i. Allg. auch die Resetfunktion auf. In dieser Praktikumsaufgabe kommt allerdings keine Resetfunktion zum Einsatz.)
  • Die initialisierungsfunktion nimmt folgende Aufgaben wahr:
    • Breite und Höhe des Bühnenmodells werden an die Breite und Höhe der PixiJS-Anwendung angepasst.
    • Die Modelle des Spiels könnten erzeugt und/oder initalisiert werden. Das ist in der ersten Aufgabe noch nicht notwendig, da das Ballobjekt bereits zuvor explizit im Code definiert. In den Folgeaufgaben wird die Initialisierungsfunktion auch in dieser Hinsicht aktiv werden müssen.
    • Die Views des Spiels müssen initialisiert werden. Dies kann erst jetzt erfolgen, da das Root-Objekt der PixiJS-Anwendung erst jetzt zur Verfügung steht. Mit Hilfe von PixiJS-Befehlen (http://pixijs.download/dev/docs/index.html) wird zunächst ein Grafikobjekt erzeugt. Diesees Grafikobjekt wird mit Inhalten gefüllt (Kreis von besimmter Farbe mit einem Rand von bestimmter Breite in einer anderen Farbe) und zu guter Letzt zu der PixiJS-Bühne (d. h. im Prinzip zum zugehörigen Canvaselement) hinzugefügt. Wenn sich später bestimmte Attribute des Grafikobjektes – wie z. B. die Position oder die Größe – ändern, wird die graphische Darstellung des Objektes auf dem Canvas automatisch von PixiJS angepasst (sofern die PixiJS-Game-Loop aktiv ist).

Aufgabe 2

Lösen Sie Aufgabe 2 der ersten Praktikumsaufgabe mit Hilfe von PixiJS: Lassen Sie die Eule nicht waagerecht, sondern in der horizontalen Mitte des Browserfensters senkrecht von Fenstrrand zu Festerrand fliegen. Anstelle einer Eule verwenden Sie zunächst bitte einen farbigen „Ball“ mit Rand, wie sie in der ersten Aufgabe kennengelernt haben.

Vergessen Sie nicht auch die Kollissionserkennung und -behandlung für die beiden Bildschirmseiten top und botton zu implementieren.

Und denken Sie daran, grunt oder besser noch grunt watch zu verwenden. :-)

Aufgabe 2a

Ändern Sie nun die View des Balls: Anstelle eines frabigen Kreises stellen Sie bitte eine Eule oder einen Pinguin dar. Importieren Sie dazu das gewünschte graphische Objekt: 

import sprite from '../../img/owl-150.png';

oder 

import sprite from '../../img/tux-150.png';

(Genaugenommen weisen Sie Webpack mit dieser Anweisung an, das Grafikobjket im Web-Bereich zu erzeugen und die zugehörige URL im der Variablen sprite zu speichern.)

Ändern Sie in der Initialiseirungsfunktion die Befehle zur Erstellung der View so ab, dass kein Kreis mehr gezeichnet, sondern das Bild der Eule oder des Pinguins dargestellt wird: 

v_ball_view = p_pixi.Sprite.fromImage(sprite); // sprite contains the URL of the image
v_ball_view.anchor.set(0.5); // center the anchor

p_stage_view.addChild(v_ball_view);

Quellen

  1. ↑ PixiJS v4: The HTML5 Creation Engine
  2. ↑ MDN web docs: Canvas API
  3. ↑ MDN web docs: CanvasRenderingContext2D
  4. ↑ MDN web docs: Einführung in WebGL
  5. ↑ PixiJS API Documentation: PIXI.Application
  1. Kowarschick (MMProg): Wolfgang Kowarschick; Vorlesung „Multimedia-Programmierung“; Hochschule: Hochschule Augsburg; Adresse: Augsburg; Web-Link; 2018; Quellengüte: 3 (Vorlesung)
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