Đồ án: Nghiên cứu Cocos2d-x & Xây dựng game Đuổi Bắt đa nền tảng

Đồ án nghiên cứu engine Cocos2d-x, hướng dẫn lập trình game mobile đa nền tảng bằng C++. Kèm ứng dụng thực tế xây dựng game Đuổi bắt.

• Tác giả: Tạ Văn Dậu
• Người hướng dẫn: Ths. Mai Thị Thúy Hà
• Trường học: Viện Đại học Mở Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
• Đề tài: Nghiên cứu engine game Cocos2d-X để lập trình game mobile đa nền tảng, ứng dụng vào làm game Đuổi bắt
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp đại học
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Cocos2d x và lập trình game đa nền tảng

Cocos2d-x là một engine game mã nguồn mở mạnh mẽ, cho phép các nhà phát triển xây dựng game mobile đa nền tảng một cách hiệu quả. Hiện nay, nhu cầu phát triển game cho nhiều hệ điều hành như Android, iOS và Windows Phone ngày càng tăng. Thay vì phát triển game riêng cho từng nền tảng, Cocos2d-x cung cấp giải pháp tối ưu bằng cách viết một lần mã nguồn duy nhất có thể chạy trên nhiều thiết bị di động khác nhau. Điều này giúp tiết kiệm thời gian, công sức và chi phí bảo trì, nâng cấp phần mềm đáng kể. Engine game Cocos2d-x sử dụng ngôn ngữ C++ làm nền tảng chính, kết hợp với cấu trúc lập trình hướng đối tượng hiện đại. Nhờ vậy, các lập trình viên có thể tạo ra các game với đồ họa 2D phong phú, âm thanh sống động và gameplay hấp dẫn trên mọi nền tảng.

1.1. Khái niệm Game Engine và Cocos2d x

Game engine là bộ công cụ phần mềm cung cấp các thư viện, framework và công cụ cần thiết để phát triển game. Cocos2d-x nổi bật với khả năng xử lý đồ họa 2D tuyệt vời, hỗ trợ rendering hiệu suất cao, quản lý scene, animation, sound và physics. Nó là phiên bản C++ của Cocos2D gốc, giúp tối ưu hóa hiệu suất trên các thiết bị di động có tài nguyên hạn chế.

1.2. Lợi ích phát triển game đa nền tảng với Cocos2d x

Phát triển game với Cocos2d-x mang lại nhiều lợi ích: viết một lần code sử dụng cho nhiều nền tảng, giảm chi phí phát triển, tăng tốc độ ra mắt sản phẩm, và dễ dàng bảo trì. Cộng đồng Cocos2d-x rất sôi động, cung cấp tài liệu phong phú, tutorial và thư viện hỗ trợ miễn phí.

II. Công nghệ và ngôn ngữ lập trình trong Cocos2d x

Để xây dựng game mobile đa nền tảng hiệu quả, Cocos2d-x sử dụng ngôn ngữ lập trình C++ làm nền tảng chính. C++ là ngôn ngữ mạnh mẽ với khả năng xử lý hiệu suất cao, quản lý bộ nhớ linh hoạt và hỗ trợ lập trình hướng đối tượng toàn diện. Các khái niệm như class, object, inheritance, polymorphism trong C++ cho phép các lập trình viên thiết kế cấu trúc game phức tạp một cách sạch sẽ và dễ bảo trì. Lập trình hướng đối tượng (OOP) trong Cocos2d-x giúp tổ chức code theo logic nghiệp vụ, từ quản lý nhân vật, cảnh (scene), đến xử lý sự kiện và va chạm. Phương pháp này tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển game quy mô lớn với nhiều module phức tạp.

2.1. Ngôn ngữ C và ưu điểm trong phát triển game

C++ cung cấp hiệu suất cao, kiểm soát tài nguyên tốt và tốc độ thực thi nhanh - yêu cầu thiết yếu cho các game mobile. Nó cho phép tối ưu hóa bộ nhớ và CPU, giúp game chạy mượt trên các thiết bị có cấu hình thấp. Cocos2d-x tận dụng sức mạnh C++ để tạo ra các trò chơi với hiệu suất tối ưu.

2.2. Lập trình hướng đối tượng OOP trong Cocos2d x

OOP cho phép mô hình hóa các thành phần game thành object độc lập. Các nhân vật, đối tượng, cảnh đều là các class được kế thừa từ base class của Cocos2d-x. Cấu trúc này giúp code dễ mở rộng, bảo trì và tái sử dụng trong các dự án game khác nhau.

III. Công cụ TileMap trong Cocos2d x

TileMap là công cụ mạnh mẽ trong Cocos2d-x dùng để xây dựng bản đồ game từ các tile nhỏ theo lưới. Thay vì vẽ từng pixel hoặc hình ảnh lớn, TileMap cho phép ghép các hình ảnh nhỏ lặp lại thành bản đồ hoàn chỉnh. Phương pháp này tiết kiệm bộ nhớ và tăng hiệu suất rendering. TileMap trong Cocos2d-x hỗ trợ nhiều định dạng bản đồ như TMX (Tile Map XML) được tạo bởi công cụ Tiled. Các nhà phát triển có thể thiết kế bản đồ trực quan bằng Tiled, sau đó import vào engine và thêm vào game một cách dễ dàng. Điều này cho phép game designer làm việc độc lập với lập trình viên, tăng tốc độ phát triển game.

3.1. Khái niệm TileMap và cấu trúc dữ liệu

TileMap là ma trận 2D gồm các ô vuông (tile) giống nhau. Mỗi ô có kích thước nhất định, được sắp xếp theo hàng cột. Cocos2d-x lưu trữ dữ liệu TileMap hiệu quả, hỗ trợ multiple layer, object group, property tùy chỉnh. Điều này cho phép xây dựng bản đồ phức tạp với collision, spawn point, trigger zone một cách linh hoạt.

3.2. Ứng dụng TileMap trong lập trình game Cocos2d x

TileMap được sử dụng rộng rãi trong game nhập vai, game hành động, game đuổi bắt. Nó cho phép xác định vùng có thể di chuyển, vùng cấm, vùng đặc biệt. Cocos2d-x cung cấp API tiện lợi để xử lý collision với TileMap, làm cho việc kiểm tra va chạm nhân vật với môi trường trở nên đơn giản.

IV. Triển khai game đa nền tảng Android iOS và Windows Phone

Một trong những ưu điểm lớn nhất của Cocos2d-x là khả năng triển khai đa nền tảng linh hoạt. Cùng một mã nguồn C++ có thể biên dịch cho Android, iOS, Windows Phone và thậm chí desktop platforms như Windows, macOS, Linux. Quá trình triển khai yêu cầu thiết lập SDK/NDK phù hợp cho mỗi nền tảng, nhưng phần logic game và rendering vẫn giữ nguyên. Các nhà phát triển chỉ cần xử lý những phần platform-specific như input, storage, notification. Cocos2d-x cung cấp API abstract để quản lý các khác biệt này một cách seamless, giúp game hoạt động tương tự trên tất cả nền tảng.

4.1. Xây dựng game trên Android với Cocos2d x

Triển khai game Cocos2d-x trên Android yêu cầu Android SDK, NDK và Eclipse/Android Studio. Cocos2d-x cung cấp project template sẵn sàng, giúp nhanh chóng cấu hình build. Nhà phát triển cần xử lý lifecycle activity, permission, sensor input riêng cho Android, nhưng core game logic vẫn dùng code C++ chung.

4.2. Xây dựng game trên iOS với Cocos2d x

Triển khai trên iOS cần Xcode, iOS SDK và developer account Apple. Cocos2d-x hỗ trợ tạo project iOS với CMake hoặc Xcode project generator. Game có thể tối ưu cho các thiết bị iPhone, iPad với performance tốt. Nhà phát triển chỉ cần viết thêm code Objective-C/Swift nhỏ cho những phần cần integration với iOS framework.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TÓNG QUAN VÈ ĐÈ TÀI 1. Dặt vấn đề Ngày nay khi đời sống, xã hội ngày càng phát triển và mức sống cúa con người ngày càng được nâng cao, cải thiện và cùng với đó là việc phát triền mạnh mẽ và phố cập cúa các dòng điện thoại thông minh thì nhu cầu giái trí và chơi game trên di động của mọi người ngày càng tăng và phát triển một cách chóng mặt. Như vậy trong thời gian sắp tới thị trường ứng dụng và game di động sẽ rất phát triển, và để bắt kịp xu thế đó em chọn cho mình một hướng đi là lập trình game đi động. Nhưng việc phát triển game riêng cho từng nền tảng hệ điều sẽ tốn rất nhiều thời gian và công sức cùa các lập trình viên.

Và thật lãng phí khi một tựa game hay lại chi xuất hiện trên một nền táng như Android hoặc ÍOS. Đế khắc phục điều đó hiện nay có rất nhiều bộ thư viện phát triến game được gọi là các engine game hỗ trợ việc phát triển game trên nhiều nền tảng trong cùng một thời gian. Trong đó có engine game cocos2d-x. Chính vì vậy em chọn đề tài nghiên cứu engine game cocos2d-x đe lập trình game đi động đa nền táng với mong muốn có thế lập trình được những game chất lượng và có thể chạy được trên nhiều nền táng hệ điều hành khác nhau.

Mục tiêu và phạm vi của đề tài 4- Mục tiêu Tìm hiếu được cấu trúc, nguyên lý hoạt động, các thành phần cơ bàn và cách sử dụng engine game di động đa nền tăng cocos2d-x. 2 Tìm hiếu và áp dụng được engine game cocos2d-x đế lập trình game trên các hệ điệu hành ĨOS và Android. Lập trình được game trên hệ điều hành android, iOS có lối chơi đơn gián, tiết tấu nhanh và cách chơi độc đáo, cuốn hút người chơi. ứng dụng các nghiên cứu đế đi vào lập trình game “Đuối bắt”.

4- Phạm vi đề tài Nghiên cứu engine game cocos2d-x phiên bàn 2.3 với ngôn ngừ lập trình C++. Tập trung lập trinh và tối ưu game trên hệ điều hành android và iOS. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 4- Đối tượng nghiên cứu - Ngôn ngữ lập trình C++ - Engine game cocos2d-x phiên bán 2.3 - Công cụ TilcMap và ứng dụng trong cocos2d-x - Các đối tượng can de trien khai game trên hệ điều hành Android - Các đối tượng cần đề triển khai trên hệ điều hành ÍOS 4- Phương pháp nghiên cứu - Đọc, hiểu engine game cocos2d-x. - Phân tích và thiết kế hệ thống game theo hướng đối tượng.

- Từ những phân tích đó, tông hợp lại đê xây dựng game. 3 Chuông 2 CÔNG NGHỆ sủ DỤNG PHỤC vụ ĐÈ TÀI 2. Ngôn ngữ lập trình C++ 2. Khái niệm về lập trình hướng đối tượng Lập trình hướng đối tượng (gọi tắt là OOP, từ chữ Anh ngừ object- oriented programming), hay còn gọi là lập trình định hướng đối tượng, là kĩ thuật lập trình hỗ trợ công nghệ đối tượng.

OOP được xem là giúp tăng năng suất, đon giàn hóa độ phức tạp khi bảo trì cũng như mở rộng phần mềm bàng cách cho phép lập trình viên tập trung vào các đối tượng phần mềm ở bậc cao hơn. Ngoài ra, nhiều người còn cho rằng OOP dễ tiếp thu hơn cho những người mới học về lập trình hơn là các phương pháp trước đó. Một cách giản lược, đây là khái niệm và là một nồ lực nhằm giám nhẹ các thao tác viết mã cho người lập trình, cho phép họ tạo ra các ứng dụng mà các yếu tố bên ngoài có thế tương tác với các chương trình đó giống như là tương tác với các đối tượng vật lý. Những đối tượng trong một ngôn ngữ OOP là các kết hợp giữa mã và dừ liệu mà chúng được nhìn nhận như là một đơn vị duy nhất.

Mỗi đối tượng có một tên riêng biệt và tất cả các tham chiếu đến đối tượng đó được tiến hành qua tên cùa nó. Như vậy, mỗi đối tượng có khả năng nhận vào các thông báo, xứ lý dừ liệu (bên trong cúa nó), và gửi ra hay trá lời đến các đối tượng khác hay đến môi trường 2. Phương pháp lập trinh hướng đối tượng trong C++ Khái niệm trung tâm của lập trình hướng đối tượng là lóp (class). Có the xem lớp là sự kết hợp các thành phần dữ liệu và các hàm.

Cũng có thê 4 xem lớp là sự mở rộng của cấu trúc trong c (struct) bằng cách đưa thêm vào các phương thức (method) hay cũng gọi là hàm thành viên (member function). Một lớp được định nghĩa như sau: Class Tên Lớp { // Khai háo các thành phần dữ liệu //Khai báo các phương thức }; Các phương thức có thế được viết (xây dựng) bên trong hoặc bên ngoài (phía dưới) phần định nghĩa lớp. Sử dụng các thành phần dữ liệu trong phương thức: Vì phương thức và các thành phần dừ liệu thuộc cùng một lớp và vì phương thức được lập lên cốt đe xứ lý các thành phần dữ liệu, nên trong thân cùa phương thức có quyền truy nhập đến các thành phần dữ liệu (của cùng lóp). Biến lớp: Sau khi định nghĩa một lớp, có thế dùng tên lớp đe khai báo các biến kiều lớp hay cũng gọi là đối tượng.

Mỗi đối tượng sẽ có các thành phần dừ liệu và các phương thức. Lời gọi một phương thức cần chứa tên đối tượng để xác định phương thức thực hiện từ đối tượng nào. Một chương trình hướng đối tượng sẽ bao gồm các lóp có quan hệ với nhau. Việc phân tích, thiết kế chương trình theo phương pháp hướng đối tượng nhằm thiết kế, xây dựng các lóp.

5 Từ khái niệm lớp nẩy sinh hàng loạt khái niệm khác như: Thành phần dữ liệu, phương thức, phạm vi, sự đóng gói, hàm tạo, hàm huý, sự thừa kế, lớp cơ sử, lớp dẫn xuất, tương ứng bội, phương thức ảo,. Ưu điểm của việc thiết kế hướng đối tượng là tập trung xác định các lớp đe mô tả các thực the của bài toán. Mỗi lớp đưa vào các thành phần dữ liệu cùa thực thể và xây dựng luôn các phương thức để xử lý dữ liệu. Như vậy việc thiết kế chương trình xuất phát từ các nội dụng, các vấn đề của bài toán.

Các ngôn ngữ thuần tuý hướng đối tượng (như Java, Objective-C) chỉ hồ trợ các khái niệm về lớp, không có các khái niệm hàm. C++ là ngôn ngừ lai , nó cho phép sứ dụng cá các công cụ cúa lớp và hàm. Tìm hiểu engine game cocos2d-x 2. Khái niệm game engine Game engine là một bộ thư viện được viết đế thiết kế và phát triển video game, hiểu đơn giản nó là loại phần mềm trung gian kết nối tương tác cùa nhiều ứng dụng trong cùng 1 hệ thống với nhau.

Có rất nhiều loại game engine dùng đế thiết kế game cho các hệ máy như hệ consoles hay máy tính cá nhân(PC). Chức năng cốt lõi của game engine phần lớn nằm trong công cụ dựng hình (kết xuất đồ họa) cho các hình ảnh 2 chiều (2D) hay 3 chiều(3D), công cụ vật lý (hay công cụ tính toán và phát hiện va chạm), âm thanh, mã nguồn, hình ánh động (animation), trí tuệ nhân tạo, phân luồng, tạo dòng dữ liệu xứ lý, quán lý bộ nhớ, dựng ánh đồ thị, và kết nối mạng. Quá trình phát triển game tiết kiệm được rất nhiều thời gian và kinh phí vào việc tái sử dụng và tái thích ứng một engine đê tạo nhiêu game khác nhau. Game engine Cocos2d-X Cocos2d-X là một game engine hồ trợ đa nền tảng do các lập trình viên Trung Quốc phát triên, được viết trên nền bộ thư viện đồ họa Open GL.

Cocos2d-X hồ trợ chủ yếu 3 ngôn ngừ : C++, lua và javascript. Website: http://cocos2d-x. Đây là game engine mã nguồn mở, hồ trợ môi trường lập trình trên các hệ điều hành PC như Window, MacOS X, Linux. Cocos2d-X hồ trợ phát triển game cho các nền táng di động như: Android, iOS, Windows Phone 8, Black Berry, Tizen và còn có the phát triển game cho các hệ điều hành PC như Window, Mac osx, các hệ điều hành nhân Linux.

Có 1 phiên bản dành riêng cho phát triền game trên hệ điều hành ÍOS là Cocos2d. Có I bộ công cụ Cocostudio hồ trợ tạo giao diện, animation. Các thành phần cơ bản cúa Cocos2d-X 7 2. Cấu trúc một chương trình trong cocos2d-x 3 Solution 'TestGame' (6 projects) [> libBox2D [> libchipmunk 0 Iibcocos2d <"31 libCocosDenshion [> libExtensions Test Ga me á L/ Classes Cjj AppDelegate.cpp _hj HelloWorldScene.J External Dependencies [> Õ Win32 Hình 2.

Cấu trúc 1 chương trình trong cocos2d-x Như hầu hết các chương trình máy tính khác, mọi chương trình khi viết mã đều có một điểm khới động được gọi là hàm main. Trong cocos2d-x điểm khởi động chương trình được bắt đầu bằng việc: Khi 1 chương trình được khới động trong engine thì sẽ bắt đầu khởi tạo 1 đối tượng từ Class này: AppDelegate. Vì vậy khi xây dựng game, ta có the tố chức chương trình theo ý muốn cùa chúng ta nhưng bắt buộc phải bắt đầu từ Class này. Có 3 hàm thành viên của lóp này phải viết lại (override): virtual boo! applicationDidFinishLaunchingO; 8 virtual void applicationDidEnterBackground(); virtual void applicationWillEnterForeground(); bool AppDelegate::applicationDidFinishLaunching( ) { // initialize director CCDirector* pDirector = CCDirector::sharedDirector(); CCEGLView* pEGLView = CCEGLView::sharedOpenGLView(); pDirector->setOpenGLView(pEGLView); // turn on display FPS pDirectoi—>setDisplayStats (true); // set FPS.

the default value is 1.0/60 if you don't call this pDirectoi—>setAnimation!nterval(1.0 / 60); // create a scene, it’s an autorelease object CCScene *pScene = HelloWorld::scene(); // run pDirector->runwithscene(pScene); return true; Hinh 2. Code trong hàm applicationDidFinishLaunching virtual boo! applicationDidFinishLaunchingO; • Đây là hàm đầu tiên mà chương trình game sẽ chạy nếu được khởi tạo. Nó được chạy khi chương trình hoàn tất việc load dữ liệu. • Tại đây ta bắt đầu khởi tạo màn hình đầu tiên mà ta thiết kế.

Cụ the là 1 scene nào đó. • Từ hàm này ta có thế nhìn thấy 2 đối tượng quan trọng của engine game cocos2d-x đó là CCDirector và CCScense. Director quán lý toàn bộ chương trình và Scene đại diện cho một màn hình đang chạy. • Có thể nói hàm này được khởi chạy giống như hàm onCreateO trong Activity được khai báo LAUNCHER trong Android.

virtual void applicationDidEnterBackground(); • Hàm này sẽ được gọi khi mà chương trình đang hoạt động mà bị hệ 9 điều hành tạm dừng lại (Pause) lại để dành tài nguyên phục vụ cho một tiến trình được ưu tiên hơn. • Ví dụ một trường hợp: Khi ta đang chơi game. Có 1 cuộc gọi đến, hoặc đang chơi ta bấm phím Home trên điện thoại. Các việc này làm cho chương trình đi vào che độ nền.

• Ớ hàm này ta thường sẽ xử lý 1 số việc như: dừng tất cà các animation, hiệu ứng, âm thanh lại. virtual voidapplicationWillEnterForegroundO; • Ngược lại với hàm applicationDidEnterBackgroundO, đây là hàm sẽ được gọi khi mà chúng ta active lại chương trình.