WWDC15 iOS游戲開發3個新框架全解

jopen 9年前發布 | 41K 次閱讀 IOS

簡介

在此次WWDC的游戲相關視頻中，蘋果再一次展現了它非凡的技術整合和持續創新能力。除了繼續完善已有的2D游戲框架SpritKit, 3D游戲框架SceneKit和全新的圖形渲染API Metal 外，今年還新增加了GamePlayKit, ReplayKit和Model I/O三個新框架。

GamePlayKit給游戲開發者帶來了全新的游戲架構（“實體組件系統”）和一些通用模式（比如：狀態機， Goal-agent-behavior 系統等），同時它還提供了大量游戲算法，比如尋路算法，模糊邏輯和規則系統等。

ReplayKit可以讓玩家在游戲中錄制游戲視頻，并且可以添加語音評論，然后通過社交網絡分享出去。

而Model I/O框架，主要是用來處理3D資源和數據，同時可以給一些資源做離線處理，提高游戲運行時性能。

SpriteKit新功能

SpriteKit是蘋果在2013年推出來的2D游戲開發框架，它最初的設計很多來自Cocos2D-iPhone項目，特別是API方面，幾乎和Cocos2D-iPhone沒有差別。得益于此，Cocos2D用戶可以用很小的成本轉到SpriteKit上面來。

在去年的WWDC中，蘋果推出了一系列重磅級功能特性：物理集成，XCode資源打包、實時編輯器，SceneKit 3D框架，Metal圖形API等，這讓SpriteKit成為了開發iOS/OS X平臺上的游戲的首選游戲框架。

今年，蘋果繼續發力，添加了3個新的節點類型，同時還完善了整個游戲開發流程和工具鏈支持。

SKCameraNode

此類模擬游戲里面的照相機，它可以定義游戲的可見視圖，同時它也是一個node，可以對它進行縮放，旋轉和平移等操作。此類是開發者繼去年 WWDC后最希望實現的功能，對于實現一些大地圖的冒險類游戲和RPG游戲非常有幫助，可以給主角添加一個SKCameraNode子節點，然后游戲視角就會跟隨主角的移動而移動了。另外，游戲里面可以支持多個SKCameraNode.

SKAudioNode

此類可以實現基于位置的音效，環境音效和沉浸性音效。可以想像一下，一顆導彈向你的主角飛過來，聲音由遠及近，當導彈離你的主角很近時，甚至可以聽到導彈尾部噴氣的聲音，這種游戲音效會給玩家帶來非凡的聽覺感受。

SKReferenceNode

此類是SpriteKit的一個亮點，它可以實現已有組件的序列化，支持數據驅動式的游戲開發。

配合XCode，序列化的組件可以被當作游戲資源在各個不同的工程和游戲里面重用。

而且它會自動Cache，同樣的文件不會被加載多次。對于一些復雜的場景和組合動作序列，當需要重用它們的時候，SKReferenceNode是個大殺器。

Metal支持

目前iOS 9全面支持Metal，已有的SpriteKit游戲跑在iOS 9上面，不需要做任何修改即可享受Metal帶來的性能提升。如果你的設備支持Metal,那么它就會使用Metal,反之則切換到OpenGL ES.

SpriteKit 相關工具

一個好的游戲框架離不開一個好用的工具支持，游戲開發者可以通過工具快速地進行迭代式開發。蘋果一直致力于完善SpriteKit的工作流，讓開發者可以更快速地開發游戲，同時讓玩家可以不用關心技術細節，只需要專心游戲玩法即可。

今年WWDC XCode工具支持方面主要有以下幾點：

資源分類（ Asset catalog ）支持，開發者可以更精確地控制不同設備使用的資源分辨率，最重要的是，玩家在下載游戲到設備里面時，只會下載與其設備分辨率匹配的資源。

按需加載資源，通過給不同的資源設備Tag,可以指定某些場景和關卡只加載特定Tag的資源。

XCode快速預覽：支持在Playgound里面使用Swift編寫一些測試代碼，然后快速預覽效果。不需要額外的編譯，立馬就可以看到API的使用效果，這對于測試一些API和驗證一些想法非常有幫助。

2D時間軸動作編輯器：這個應該算是SpriteKit的大殺器了，它是一個功能完善的2D動作編輯器，可以支持實時預覽動作效果，并且同時支持2D和3D。

數據驅動：SKReferenceNode可以讓可重用的游戲組件數據化，讓玩家可以用更少的代碼來完成游戲開發。

小結

整個SpriteKit在性能，工具和易用性方面都有了較大的提升，另外，配合SceneKit，開發者可以更容易地開發3D休閑類游戲了。

SceneKit新功能

SceneKit是蘋果為了讓游戲開發者更方便地開發3D游戲而推出來的，它支持iOS和MacOS X。

同時，它還完美支持粒子系統，物理集成和SpriteKit。今年，蘋果改進了場景編輯器，同時對Metal的支持也更加完善了。

新的場景編輯器

新的場景編輯器的功能總結如下：

支持更多的3D文件格式： DAE，OBJ，Alembic, STL和PLY文件格式。

新的原生文件格式，使用NSKeyedArchiver來存取

Shader修改器和環境光遮蔽（Ambient Occlusoni）

天空盒（Skybox）和幾何修改器

SCNTechnique 支持

支持聲音節點

支持Model I/O（后面會具體介紹Model I/O是什么）

除了這7點以外，還有諸如compute shader, relfective cub map等功能。

Metal支持和 SKTransitions

新的SceneKit可以根據設備類型自動匹配是否使用OpenGL或Metal作為渲染后端,同時它支持SpriteKit的切換場景切換，制作SceneKit場景切換效果更容易了。

Metal 新功能及性能優化

今年WWDC游戲相關視頻中，蘋果用了3個視頻介紹了Metal的新特性以及性能優化方法，同時SpriteKit和SceneKit在iOS 9中都是默認使用Metal作為渲染API。Metal作為蘋果生態圈的高性能圖形渲染API，大有可能在將來某一天取代OpenGL的趨勢。

新功能介紹

這里簡單給大家介紹一下Metal的新功能，具體的細節還需要查看相關文檔和視頻。

新的內存模型：它一共支持3種內存模型，分別是共享內存模型，私有內存模型和托管內存模型。

新的紋理壓縮格式(ASTC)：

設備GPU 類型判斷：自動根據設備的GPU類型來判斷支持的特性集合。

MetalKit框架：讓Metal應用開發更加簡單方便。

Metal performance shader框架：提供了一系列數據并行算法。

Metal調試工具：更方面地調試Metal圖形應用。

Metal應用程序瘦身：這一點和上面介紹的SpriteKit瘦身原理是一樣的。

MetalKit框架

MetalKit對于一些常見的應用場景提供了高效的實現，開發者可以用更少地代碼來開發應用，并且開發出來的應用性能和穩定性會更高。

MetalKit提供了一個 MTKView 類，它統一處理了渲染一個Metal場景所需要的設置代碼，另外，它提供了一個紋理加載器，它可以從一個圖片文件中創建一個Metal紋理。最后，MetalKit完美支持Model I/O，讓3D模型的處理更加簡單。

Metal performance shader框架

Metal performance shader是一個為GPU提供數據并行算法的一個框架，目前只支持A8處理器。

它定義了一些類似操作CPU風格的API，這樣可以讓GPU編程變得更加簡單。它提供了很多內置的并行算法，比如蘭索斯重新取樣（Lanczos resampling）,卷積函數（比如高斯濾鏡等），直方圖等。

Metal調試工具和最佳實踐

眾所周知，圖形應用是非常難以調試的，而Metal在設計之初就考慮了多線程，而多線程的調試也是很困難的。因此，如果沒有好用的工具支持，調試Metal應用將會變得非常困難。

此次，蘋果圍繞Metal提供了一系列好用的工具。比如：一個可視化的幀調試器，一個資源和狀態查看器，shader性能分析工具，集成的離線Metal編譯器等。

讀者可以根據WWDC中關于Metal性能優化的視頻去了解更多詳細的信息。

另外，蘋果給我們定義了一些最佳實踐：

要盡早分析和經常分析代碼

在最合適的時機去獲得Drawable對象。

盡可能基于GPU去考慮多線程渲染。

提前創建好一些耗時的對象并盡可能地重用這些對象，提前編譯好著色器程序。

小結

Metal已經成了蘋果在3D圖形渲染的一張王牌，它的性能遠超OpenGL，開發者應該全面擁抱它，利用它來開發出性能更好的圖形應用和游戲。同時，使用Metal，也可以用更少的代碼來編寫圖形應用，另外，它也會讓你的程序會更容易維護。

GamePlayKit介紹

WWDC15 iOS游戲開發3個新框架全解

GamePlayKit是今年WWDC游戲開發方面最大的亮點，它提供的實體組件系統將直接改變之前以繼承為主的開發游戲方式。另外，還為游戲開發提供了大量實用的算法與設計模式，iOS游戲開發從未如此簡單。

實體組件系統

實體組件系統是一種非常流行和先進的組織游戲邏輯的方式，采用它編寫的游戲代碼，更容易維護，更容易擴展，同時也更加靈活。

GKEntity 在實體組件系統里面，所有的游戲對象都被組織成游戲實體(GKEntity)，它只是一個組件（GKComponent）容器，可以在游戲過程中動態地添加和刪除游戲組件。并且可以通過組件類型來訪問組件并更新所有組件。

GKComponent GKComponent是所有游戲組件的基類，它負責存儲游戲數據，同時會隨著實體的Update方法來更新自身的狀態。所有的游戲邏輯被放置在 updateWithDeltaTime 方法中。

GKComponentSystem 組件系統是處理組件的容器，它包含了所有同種類型的組件，并通過統一的邏輯來處理這些組件。組件系統并不關心實體，它會透明地對象所有同種類型的組件并更新其狀態。

尋路算法

尋路算法可以讓你指定一些節點生成一個雙向連接圖，然后可以通過簡單的API調用找到任意兩個點之間的最優路徑。所有的有向圖的基類是GKGraph，它是一個抽象類。它提供一些共用的邏輯，比如動態地添加和刪除節點，連接這些節點并找到任意兩個節點之間的路徑。

此外，GamePlayKit還提供了兩種特殊類型的圖節點： GKGridGraph 和 GKObstacleGraph 。GKGridGraph非常適合2D游戲里面的路徑查找。而GKObstacleGraph則可以設置一些障礙物，節點在尋路的時候，這些障礙物是無法穿越的。SKNode的邊界，物理剛體和紋理都可以當作障礙物。