设计背景与目标
坦克大战是一款经典的射击类游戏，起源于1985年任天堂推出的同名游戏。本次开发的Java版坦克大战旨在通过面向对象编程思想，实现一个具有基本游戏功能的坦克对战游戏。主要目标包括：
- 实现玩家坦克与敌方坦克的对战机制
- 设计完整的游戏界面和交互逻辑
- 支持游戏状态保存与恢复
- 提供友好的用户界面和游戏体验
选题原因
选择坦克大战作为开发项目主要基于以下几点考虑：
- 经典游戏重现：坦克大战是许多人的童年回忆，具有广泛的认知度
- 技术实践价值：涵盖了图形界面、多线程、碰撞检测等核心编程技术
- 适中的复杂度：既不会过于简单，也不会超出个人能力范围
- 扩展性强：为后续功能增强提供了良好基础
技术栈
本项目采用的主要技术包括：
- 核心语言：Java SE 8
- 图形界面：Swing框架
- 音频处理：javax.sound.sampled包
- 文件IO：Java IO流
- 多线程：Thread类和Runnable接口
- 开发工具：IntelliJ IDEA
系统需求分析
功能需求
- 游戏控制：
- 玩家坦克移动控制(WASD键)
- 发射子弹(J键)
- 游戏逻辑：
- 坦克碰撞检测
- 子弹命中检测
- 生命值管理
- 计分系统
- 游戏界面：
- 开始菜单
- 游戏模式选择
- 主游戏界面
- 计分显示
- 数据持久化：
- 游戏状态保存
- 游戏状态恢复
非功能需求
- 性能要求：游戏帧率不低于30FPS
- 兼容性：支持主流操作系统(Windows/macOS)
- 可扩展性：便于添加新功能如关卡设计、道具系统等
关键类图
代码分析
核心类功能
- Tank类：坦克基类，定义坦克基本属性和移动方法
- Hero类：玩家坦克，继承Tank类，实现特殊射击逻辑
- EnemyTank类：敌方坦克，实现自动移动和射击AI
- Shot类：子弹逻辑，实现飞行轨迹和碰撞检测
- Mypanel类：游戏主面板，处理绘图和游戏逻辑
- Recorder类：游戏状态记录与恢复
public boolean isTouchEnemyTank() {
switch (this.getDirect()) {
case 0:
for (int i = 0; i < enemyTanks.size(); i++) {
EnemyTank enemyTank = enemyTanks.get(i);
if (enemyTank != this) {
// 上下方向碰撞检测
if (enemyTank.getDirect() == 0 || enemyTank.getDirect() == 2) {
if (this.getX() >= enemyTank.getX()
&& this.getX() <= enemyTank.getX() + 40
&& this.getY() >= enemyTank.getY()
&& this.getY() <= enemyTank.getY() + 60) {
return true;
}
// 其他方向检测...
}
}
}
break;
// 其他方向处理...
}
return false;
}public static void keepRecord() {
try {
bw = new BufferedWriter(new FileWriter(recordFile));
bw.write(allEnemyTankNum + "\r\n");
// 保存坦克位置
for (int i = 0; i < enemyTanks.size(); i++) {
EnemyTank enemyTank = enemyTanks.get(i);
if (enemyTank.islive) {
String record = enemyTank.getX() + " " + enemyTank.getY()
+ " " + enemyTank.getDirect();
bw.write(record + "\r\n");
}
}
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
if (bw != null) {
try {
bw.close();
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}
}
public class Mypanel extends JPanel implements KeyListener, Runnable {
//定义我的坦克
Hero hero = null;
//定义敌人的坦克
static Vector<EnemyTank> enemyTanks = new Vector<>();
//定义存放node的集合
Vector<Node> nodes = new Vector<>();
//定义炸弹
static Vector<Bomb> bombs = new Vector<>();
int enemtTankSize = 3;
//定义爆炸的图片
Image image1 = null;
Image image2 = null;
Image image3 = null;
//
public Mypanel(String key) {
nodes = Recorder.getNodesAndEnemyTankrREC();
//将mypanel对象的enemytanks设置给record的enemytanks
Recorder.setEnemyTanks(enemyTanks);
hero = new Hero(500, 500);
hero.setSpeed(5);
//是否进行新游戏
switch (key) {
case "1"://开始新游戏
for (int i = 0; i < enemtTankSize; i++) {
EnemyTank enemyTank = new EnemyTank((100 * (i + 1)), 10);
//防止重叠
enemyTank.setEnemyTanks(enemyTanks);
//设置敌人坦克方向
enemyTank.setDirect(2);
//启动坦克自由移动
new Thread(enemyTank).start();
//给坦克装子弹
Shot shot = new Shot(enemyTank.getX() + 20, enemyTank.getY() + 60, enemyTank.getDirect());
//加入enemyTank的Vector成员
enemyTank.shots.add(shot);
new Thread(shot).start();
//加入
enemyTanks.add(enemyTank);
}
break;
case "2"://继续上局游戏
for (int i = 0; i < nodes.size(); i++) {
Node node = nodes.get(i);
EnemyTank enemyTank = new EnemyTank(node.getX(), node.getY());
//防止重叠
enemyTank.setEnemyTanks(enemyTanks);
//设置敌人坦克方向
enemyTank.setDirect(node.getDirect());
//启动坦克自由移动
new Thread(enemyTank).start();
//给坦克装子弹
Shot shot = new Shot(enemyTank.getX() + 20, enemyTank.getY() + 60, enemyTank.getDirect());
//加入enemyTank的Vector成员
enemyTank.shots.add(shot);
new Thread(shot).start();
//加入
enemyTanks.add(enemyTank);
}
break;
default:
System.out.println("你的输入有错误");
}
//放入图片
image1 = Toolkit.getDefaultToolkit().getImage(getClass().getResource("/bomb_1.gif"));
image2 = Toolkit.getDefaultToolkit().getImage(getClass().getResource("/bomb_2.gif"));
image3 = Toolkit.getDefaultToolkit().getImage(getClass().getResource("/bomb_3.gif"));
//这里播放音乐
new AePlayWave("src\\111.wav").start();
}
//编写方法，显示我方击毁敌人坦克信息
public void showInfo(Graphics g) {
g.setColor(Color.BLACK);
Font font = new Font("宋体", Font.BOLD, 25);
g.setFont(font);
g.drawString("累计击毁敌方坦克:", 1020, 30);
drawTank(1020, 60, g, 0, 0);
g.setColor(Color.BLACK);
g.drawString(Recorder.getAllEnemyTank() + "", 1080, 100);
}
//画图区域
public void paint(Graphics g) {
super.paint(g);
g.fillRect(0, 0, 1000, 750);
showInfo(g);
//包装类画图(自己坦克)
if (hero != null && hero.islive) {
drawTank(hero.getX(), hero.getY(), g, hero.getDirect(), 1);
}
//画出自己坦克的子弹(可多个版本)
for (int i = 0; i < hero.shots.size(); i++) {
Shot shot = hero.shots.get(i);
if (shot.islive) {
g.draw3DRect(shot.x, shot.y, 2, 2, false);
} else {//如果shot子弹销毁后，从集合中拿掉
hero.shots.remove(shot);
}
}
//画爆炸图片
for (int i = 0; i < bombs.size(); i++) {
Bomb bomb = bombs.get(i);
if (bomb.life > 6) {
g.drawImage(image1, bomb.x, bomb.y, 60, 60, this);
} else if (bomb.life > 3) {
g.drawImage(image2, bomb.x, bomb.y, 60, 60, this);
} else {
g.drawImage(image3, bomb.x, bomb.y, 60, 60, this);
}
bomb.lifeDown();
if (bomb.life == 0) {
bombs.remove(bomb);
}
}
//画敌人坦克
for (int i = 0; i < enemyTanks.size(); i++) {
EnemyTank enemyTank = enemyTanks.get(i);
if (enemyTank.islive) {
drawTank(enemyTank.getX(), enemyTank.getY(), g, enemyTank.getDirect(), 0);
}
//画出敌人坦克所有子弹
for (int j = 0; j < enemyTank.shots.size(); j++) {
Shot shot = enemyTank.shots.get(j);//取子弹
if (shot.islive == true) {
g.draw3DRect(shot.x, shot.y, 2, 2, false);
} else {
enemyTank.shots.remove(shot);
}
}
}
}
//direct 坦克方向 type 判断坦克是友是敌
public void drawTank(int x, int y, Graphics g, int direct, int type) {
switch (type) {
case 0://敌人坦克
g.setColor(Color.cyan);
break;
case 1://我们的坦克
g.setColor(Color.yellow);
break;
}
//根据坦克方向，绘制坦克(0:上 1：右 2：下 3：左)
switch (direct) {
case 0:
g.fill3DRect(x, y, 10, 60, false);//左轮
g.fill3DRect(x + 30, y, 10, 60, false);//右轮
g.fill3DRect(x + 10, y + 10, 20, 40, false);//中间体1
g.fillOval(x + 10, y + 20, 20, 20);//中间体圆
g.drawLine(x + 20, y + 30, x + 20, y);//炮筒
break;
case 1:
g.fill3DRect(x, y, 60, 10, false);//左轮
g.fill3DRect(x, y + 30, 60, 10, false);//右轮
g.fill3DRect(x + 10, y + 10, 40, 20, false);//中间体1
g.fillOval(x + 20, y + 10, 20, 20);//中间体圆
g.drawLine(x + 30, y + 20, x + 60, y + 20);//炮筒
break;
case 2:
g.fill3DRect(x, y, 10, 60, false);//左轮
g.fill3DRect(x + 30, y, 10, 60, false);//右轮
g.fill3DRect(x + 10, y + 10, 20, 40, false);//中间体1
g.fillOval(x + 10, y + 20, 20, 20);//中间体圆
g.drawLine(x + 20, y + 30, x + 20, y + 60);//炮筒
break;
case 3:
g.fill3DRect(x, y, 60, 10, false);//左轮
g.fill3DRect(x, y + 30, 60, 10, false);//右轮
g.fill3DRect(x + 10, y + 10, 40, 20, false);//中间体1
g.fillOval(x + 20, y + 10, 20, 20);//中间体圆
g.drawLine(x + 30, y + 20, x, y + 20);//炮筒
break;
default:
System.out.println("暂时没有动");
}
}
//多个子弹击中敌方坦克的情况
public void hitEnemy() {
for (int j = 0; j < hero.shots.size(); j++) {
Shot shot = hero.shots.get(j);
if (shot.islive) {
for (int i = 0; i < enemyTanks.size(); i++) {
EnemyTank enemyTank = enemyTanks.get(i);
if (enemyTank.islive) {
hitTank(shot, enemyTank);
if (!shot.islive) {
break; // 子弹失效后跳出循环
}
}
}
}
}
// 清理失效子弹
for (int i = 0; i < hero.shots.size(); i++) {
Shot shot = hero.shots.get(i);
if (!shot.islive) {
hero.shots.remove(shot);
i--;
}
}
if (hero.shot != null && hero.shot.islive) {
for (int i = 0; i < enemyTanks.size(); i++) {
EnemyTank enemyTank = enemyTanks.get(i);
hitTank(hero.shot, enemyTank);
}
}
}
//编写方法，看敌人坦克是都击中我方坦克
public void hitHero() {
for (int i = 0; i < enemyTanks.size(); i++) {//遍历敌方坦克
EnemyTank enemyTank = enemyTanks.get(i);
for (int j = 0; j < enemyTank.shots.size(); j++) {//遍历敌方坦克子弹
Shot shot = enemyTank.shots.get(j);
if (hero.islive && shot.islive) {
hitTank(shot, hero);
}
}
}
}
//编写方法，看我方坦克是否击中坦克
public static void hitTank(Shot s, Tank enemyTank) {
if (!s.islive || !enemyTank.islive) {
return; // 如果子弹或坦克已失效，直接返回
}
switch (enemyTank.getDirect()) {
case 0://上下
case 2:
if (s.x > enemyTank.getX() && s.x < enemyTank.getX() + 40
&& s.y > enemyTank.getY() && s.y < enemyTank.getY() + 60) {
s.islive = false;
enemyTank.islive = false;
//子弹击中敌人坦克，去掉坦克
enemyTanks.remove(enemyTank);
//击毁一个坦克，击败坦克数据改变
if (enemyTank instanceof EnemyTank) {
Recorder.addAllEnemyTankNum();
}
//炸弹爆炸
Bomb bomb = new Bomb(enemyTank.getX(), enemyTank.getY());
bombs.add(bomb);
}
break;
case 1://左右
case 3:
if (s.x > enemyTank.getX() && s.x < enemyTank.getX() + 60
&& s.y > enemyTank.getY() && s.y < enemyTank.getY() + 40) {
s.islive = false;
enemyTank.islive = false;
enemyTanks.remove(enemyTank);
//击毁一个坦克，击败坦克数据改变
if (enemyTank instanceof EnemyTank) {
Recorder.addAllEnemyTankNum();
}
Bomb bomb = new Bomb(enemyTank.getX(), enemyTank.getY());
bombs.add(bomb);
}
break;
}
}
//控制移动
public void keyTyped(KeyEvent e) {
}
public void keyPressed(KeyEvent e) {
if (e.getKeyCode() == KeyEvent.VK_W) {
hero.setDirect(0);
if (hero.getY() > 0) {
hero.moveUp();
}
} else if (e.getKeyCode() == KeyEvent.VK_D) {
hero.setDirect(1);
if (hero.getX() + 60 < 1000) {
hero.moveRight();
}
} else if (e.getKeyCode() == KeyEvent.VK_S) {
hero.setDirect(2);
if (hero.getY() + 60 < 750) {
hero.moveDown();
}
} else if (e.getKeyCode() == KeyEvent.VK_A) {
hero.setDirect(3);
if (hero.getX() > 0) {
hero.moveLeft();
}
}
//发射按键
if (e.getKeyCode() == KeyEvent.VK_J) {
// if(hero.shot==null||!hero.shot.islive){单子弹
// hero.shotEnemy();
// }
hero.shotEnemy();//多颗子弹
}
this.repaint();
}
public void keyReleased(KeyEvent e) {
}
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
//判断是否击中敌人坦克
/*if (hero.shot != null && hero.shot.islive) {
for (int i = 0; i < enemyTanks.size(); i++) {
EnemyTank enemyTank = enemyTanks.get(i);
hitTank(hero.shot, enemyTank);
}
}*/
//多个子弹击中敌人坦克运行
hitEnemy();
//击中我方坦克运行
hitHero();
this.repaint();
}
}
}
关键功能实现
- 多线程处理：
- 使用Thread类实现坦克移动、子弹飞行和游戏主循环的并发执行
- 通过Runnable接口实现多子弹同时飞行
- 碰撞检测系统：
- 基于坦克方向和位置的精确碰撞判断
- 边界检测防止坦克和子弹越界
- 游戏状态持久化：
- 使用文件IO保存坦克位置和游戏得分
- 实现游戏中断后恢复功能
- 用户界面：
- 多级菜单系统(开始菜单、模式选择)
- 动态爆炸效果和计分显示
功能画面展示
开发难点与解决方案
难点1：多线程同步问题
问题描述：
游戏中有多个线程同时运行(主线程、坦克线程、子弹线程等)，容易出现资源竞争和状态不一致问题。
解决方案：
- 使用Vector代替ArrayList保证线程安全
- 对共享资源(如坦克集合)进行同步控制
- 合理设计线程生命周期管理
难点2：精确碰撞检测
问题描述：
不同方向的坦克形状不同，需要精确判断碰撞。
解决方案：
- 根据坦克方向分别处理碰撞逻辑
- 检测坦克四个关键点的位置关系
- 优化检测算法减少计算量
难点3：游戏状态保存与恢复
问题描述：
需要完整保存游戏状态并在恢复时重建。
解决方案：
- 设计Node类保存关键坦克信息
- 使用文本文件持久化数据
- 实现恢复时的对象重建逻辑
测试与验证
- 单元测试：
- 坦克移动功能测试
- 子弹发射与命中测试
- 碰撞检测逻辑测试
- 集成测试：
- 游戏流程完整性测试
- 多坦克同时运行稳定性测试
- 游戏状态保存与恢复测试
- 性能测试：
- 多子弹场景帧率测试
- 内存占用监控
- 长时间运行稳定性测试
测试结果表明，游戏在常规场景下运行流畅，能够正确处理各种交互事件，状态保存恢复功能工作正常。
总结与改进
项目总结
通过本次坦克大战游戏的开发，我深入理解了以下知识点：
- Java面向对象编程的实际应用
- Swing图形界面开发技巧
- 多线程编程和同步控制
- 游戏开发中的碰撞检测算法
- 游戏状态持久化方法
改进方向
- 功能增强：
- 添加关卡系统
- 引入道具和特殊技能
- 增加音效和背景音乐
- 性能优化：
- 使用双缓冲技术减少画面闪烁
- 优化碰撞检测算法
- 改进资源加载方式
- 用户体验：
- 添加游戏暂停功能
- 改进控制方式
- 增加游戏难度选择
参考文献
- Eckel, B. (2006). Thinking in Java (4th ed.). Prentice Hall.
- Horstmann, C. S. (2019). Core Java Volume I--Fundamentals (11th ed.). Prentice Hall.
- 李刚. (2019). 疯狂Java讲义(第5版). 电子工业出版社.
- Oracle官方Java文档: https://docs.oracle.com/en/java/
致谢
感谢我的导师在项目开发过程中给予的指导和帮助，同时感谢小组成员们提出的宝贵建议。特别感谢开源社区提供的相关技术资料和示例代码，这些资源对本项目的顺利完成起到了重要作用。
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