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@murati111(murati is )

【C++】ゲームプログラミングC++を読書しながらゲームをつくる#2

Posted at

はじめに

前回：https://qiita.com/murati111/items/3ccfdacd2ffe4e39470a
Githubに作成したコードを公開しています：
https://github.com/murati111/PracticeGameProgramCpp
IDE:VisualStudio2019

1.6ゲームの更新

1.6.2　「デルタタイムの関数」としてのロジック

昔は敵の位置更新などはフレームレートが固定なので、一定でよかった。

//x位置を5ピクセル移動
enemy.mPosition.x+=5;

しかし、フレームレートが変動するのは当たり前なので、
このコードだとフレームが倍になれば移動も倍になる。

この問題を解決するのがデルタタイム(delta time)
最後のフレームから今までに経過した時間の長さを意味する。
1フレームに何ピクセルではなく、1秒間に何ピクセル動くかに変更する。
これはUE4などでも必要ですね。
cpp
//x位置を150ピクセル/秒で更新
enemy.mPosition.x += 150*deltaTime;

SDLではこのような実装になる。

void Game::UpdateGame()
{
    float deltaTime=(SDL_GetTicks()-mTicksCount)/1000.0f;
    //時刻を更新
　　mTicksCount=SDL_GetTicks();
}

SDL_GetTicks()ではミリ秒数がでるので1000.0fで割ることで秒単位のデルタタイムを得られた！

しかし、物理シミュレーションではフレームレートによって異なる振る舞いとなる。
解決策として、フレーム制限をかける。
SDLでのフレーム制限のかけ方は以下のコードをUpdateGameの先頭に追加する。

while(!SDL_TICKS_PASSED(SDL_GetTicks(),mTicksCount + 16));

デルタタイムを大きくなりすぎる問題を、最大値（たとえば0.05f）以下に制限する。

if(deltaTime>0.05f)
{
   deltaTime=0.05f;
}

最終形がこうなった

void Game::UpdateGame()
{
    //前フレームから16msが経過するまで待つ
    while(!SDL_TICKS_PASSED(SDL_GetTicks(),mTicksCount + 16));
    float deltaTime=(SDL_GetTicks()-mTicksCount)/1000.0f;
    //時刻を更新
    mTicksCount=SDL_GetTicks();

    //デルタタイムを最大値で制限する
    if(deltaTime>0.05f)
    {
       deltaTime=0.05f;
    }
    //TODO
}

1.6.3 パドルの位置を更新する

Pongでは、[W]キーで上に移動、[S]キーで下に移動とする。
mPaddleDirというint型の変数を使う。
パドルが動かないなら0を、上なら-1(負のy)を、下なら1(正のy)をセットする。

    mPaddleDir = 0;
    if (state[SDL_SCANCODE_W])
    {
        mPaddleDir -= 1;
    }
    if (state[SDL_SCANCODE_S])
    {
        mPaddleDir += 1;
    }

次にパドルの位置を更新する。
ここでは毎秒300.0fピクセルというスピードでy座標を更新。

    if (mPaddleDir != 0)
    {
        mPaddlePos.y += mPaddleDir * 300.0f * deltaTime;
    }

パドルが画面外から出ないようにする。

if (mPaddleDir != 0)
{
    mPaddlePos.y += mPaddleDir * 300.0f * deltaTime;
    //パドルを画面から出ないようにする
    if(mPaddlePos.y<(paddleH/2.0f + thickness))
    {
        mPaddlePos.y=paddleH/2.0f + thickness;
    }
    else if(mPaddlePos.y>(768.0f - paddleH/2.0f - thickness))
    {
        mPaddlePos.y=768.0f - paddleH/2.0f - thickness;
    }  
}

1.6.4 ボールの位置を更新する

ボールは速さだけでなく、速度(velocity)が必要であり、
ボールと壁との衝突判定も必要である。

ボールの速度をVector2型のmBallVelという変数を作り、(200.0f,235.0f)で初期化する。
そしてボールの位置を速度に応じて動かすため、UpdateGameに追加する。

mBallPos.x += mBallVel.x * deltaTime;
mBallPos.y += mBallVel.y * deltaTime;

ボールが上の壁に衝突し、ボールが右上向きに動いていたら、右下向きに跳ね返るようにする。
上または下の壁に跳ね返る場合は、速度のy成分を反転。
右側または左側のパドルの場合は、速度のx成分を反転する。

//上の壁の場合
if(mBallPos.y <= thickness)
{
    mBallVel.y *= -1;
}

しかしこのコードには問題点がある、
ボールがフレームAで、上の壁と衝突したとする。
その場合y速度が反転して、下向きに動き始める。
次のフレームBで、ボールは壁から離れようとするが、まだ十分に動いていない。
まだボールと壁は衝突している、なのでまたy速度が反転し、ボールは上向きになる。
これが続き、ボールが壁から永久に離れなくなる。
この問題を解消するためには、y速度を反転するとき、上の壁かつ、ボールが上向きに動いている時である必要がある。

if(mBallPos.y <= thickness && mBallVel.y < 0.0f)
{
    mBallVel.y *= -1;
}

パドルの衝突は、ボールのy位置とパドルのy位置の差を計算し、その絶対値を求める。
もし差の絶対値がパドルの高さの半分よりも大きければ、ボールの位置がパドルより高いか低くなっている。
これとx位置が重なっているか、そして離れようとしないことをチェックする。

if(//yの差が十分に小さければ
   diff <= paddleH / 2.0f 
   //ボールが正しいx位置にあれば
   && mBallPos.x <= 25.0f && mBallPos.x >= 20.0f 
   //ボールが左向きであれば
   && mBallVel.x *= -1.0f)
{
    mBallVel.x *= -1.0f;
}

これにてPongゲームの単純バージョン完成！
gamecpp.gif

1.D 練習問題とカスタマイズ

せっかくなのでこのゲームをカスタマイズした。
カスタマイズした点
1.2Pの追加（IキーとKキーで移動）
2.マルチボール（壁に跳ね返ったら速度などが違うボールを生成するシステム）
3.スコア機能（コンソールコマンドで表示にした）

1.D.2　2Pの追加

メンバー変数mPaddleDirとmPaddlePosを要素数2の配列にした。
SDL_Rectで2個のパドルを生成した。

    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        SDL_Rect paddle{
            static_cast<int>(mPaddlePos[i].x),
            static_cast<int>(mPaddlePos[i].y - paddleH / 2),
            thickness,
            static_cast<int>(paddleH)
        };
        SDL_RenderFillRect(mRenderer, &paddle);
    }

また、[I]キーと[K]キーの処理をProcessInput()に追加。

    mPaddleDir[1] = 0;
    if (state[SDL_SCANCODE_I])
    {
        mPaddleDir[1] -= 1;
    }
    if (state[SDL_SCANCODE_K])
    {
        mPaddleDir[1] += 1;
    }

1.D.3　マルチボール

正直これが一番大変だった。。。
壁に跳ね返ったら速度などが違うボールを生成するというシステムを思いつき作ってみた。
ただのマルチボールだと2Pの追加と同様に配列にして、初期化すれば終了だが、
これはゲームの途中でボールを増やさなければならない。

まずBall構造体とメンバー変数にvector型のmBallを追加した。

struct Ball
{
    Vector2 pos;
    Vector2 vel;
};
std::vector<Ball> mBall;

跳ね返った際、ボールの初期値（位置・速度）を設定し、mBallにpush_back
そして、GenerateBall関数を呼び出す。
しかし、なぜか座標がバグるので最後の行に強制的に座標を入れている。

    if (diff[i] <= paddleH / 2.0f &&
            b.pos.x <= 1024.0f - 20.0f && b.pos.x >= 1024.0f - 25.0f &&
            b.vel.x > 0.0f)
        {
            b.vel.x *= -1.0f;
            if (NumBall <= maxBallNum) {
                Ball IniBall = {
                b.pos,
                {b.vel.x * GetRandom(0.7f, 1.5f), GetRandom(1.0f, 5.0f)}
                };
                mBall.push_back(IniBall);
                GenerateBall(mBall[mBall.size() - 1], IniBall.pos, IniBall.vel);
                NumBall++;
                b.pos = IniBall.pos; //push_backしたら座標がバグるのでそれを強制的に戻す
        }

void Game::GenerateBall(Ball b, Vector2 pos, Vector2 vel)
{

    SDL_Rect ball{
        static_cast<int>(b.pos.x - thickness / 2),  //static_cast<int>はfloatからint整数に変換する
        static_cast<int>(b.pos.y - thickness / 2),
        thickness,
        thickness
    };
    SDL_RenderFillRect(mRenderer, &ball);
}

1.6.3　スコア機能

これは簡単で、メンバー変数にScore[2]とボールの数を数えるNumBallを追加。
ボールが相手のゴールに入れば得点を加算する。

    //ボールが範囲外にいったときポイント加算
    if (b.pos.x < 0.0f)
    {
        Score[1]++;
        std::cout << Score[0] << "VS" << Score[1] << std::endl;
        NumBall--;
        if (mBall.size() > 0) /*vectorのメモリ領域を超えてしまわないように*/ {
            mBall.erase(mBall.begin() + count);
        }
        }
    //ボールが範囲外にいったときポイント加算
    else if (b.pos.x > 1024.0f)
    {
        Score[0]++;
        std::cout << Score[0] << "VS" << Score[1] << std::endl;
        NumBall--;
        if (mBall.size() > 0)/*vectorのメモリ領域を超えてしまわないように*/ {
            mBall.erase(mBall.begin() + count);
        }
    }

次にフィールドにあるボールの数が0個になったら、リザルトを表示し、
2秒待ってからもう一度初期からスタートする。

    //ボールがなくなったら初期化
    if (NumBall <= 0)
    {
        //Result確認
        std::cout << std::endl << "Result:" << Score[0] << "VS" << Score[1] << std::endl;
        if (Score[0] > Score[1])
        {
            std::cout << "Player0 Win : Player1 Lose" << std::endl;
        }
        else if (Score[0] < Score[1])
        {
            std::cout << "Player0 Lose : Player1 Win" << std::endl;
        }
        else
        {
            std::cout << "Draw" << std::endl;
        }
        Sleep(2 * 1000);
        SDL_DestroyRenderer(mRenderer);
        mBall.emplace_back();
        mBall[0].pos = mBallInitialPos;
        mBall[0].vel = mBallInitialVel;
        NumBall = 1;
        for (int i = 0; i < 2; i++) Score[i] = 0;
        mRenderer = SDL_CreateRenderer(
            mWindow, // Window to create renderer for
            -1,      // Usually -1
            SDL_RENDERER_ACCELERATED | SDL_RENDERER_PRESENTVSYNC
        );
        GenerateOutput();
    }

これでカスタムPong完成！
gamecpp2.gif

おわりに

とりあえずChapter1終了！
時間がかかりすぎたので、カスタマイズはほどほどにしておきます。
次回はChapter2から・・・！

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