割绳子(Cut the Rope)的开发者Candy讲述幕后的故事

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《Cut The Rope》 HTML 5版背后的开发故事

2012/01/17 · HTML5 ·
HTML5

原文链接:cuttherope,编译:webapptrend

译者注:Cut the
Rope
 是一款人见人爱的小游戏。有一个开发团队将它改造成了HTML5版本。想看看他们在改造过程中的经验之谈吗?那就看下面由开发人员自己写的文章吧~

启示

Cut the
Rope
 是一款人见人爱的小游戏。所以我们有了个点子,即通过使用HTML5将这款游戏放到网上以便让更多的人能接触到它。

为了做到这一点,微软的IE团队和ZeptoLab团队(游戏的开发者)以及Pixel
Lab
的专家们合作以便将Cut the
Rope
 的网络版本实现。最终效果要能将游戏毫不失真地翻译成网络版本,并且能展示出HTML5的强大功能:画布提供的绘图、基于浏览器的音频和视频、CSS3风格以及WOFF字体的个性。

如果你想玩一下Cut the
Rope
 的HTML5版本,就去下面这个网址吧:www.cuttherope.ie.

我们觉得HTML5版本的游戏让网络更有趣了,同时,它也展示了IE的上一个版本因支持开放标准而显示出的长处。因此,我们想要分享一些开发 Cut
the
Rope
 过程中的技术细节,以便帮助构建你自己的HTML5站点,并最终为Windows
8 Store
做准备!

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在IE9中作为一个HTML5应用来运行,从原始的iOS源码改写而来。从Objective-C到 JavaScript

在将Cut the
Rope
应用到一个新平台上的时候,我们希望我们保留了这个游戏的独特的物理特性、动作以及风格。所以,在开始的时候,我们想要改写iOS版本(而不是重写)。我们仔细分析了用Objective-C写成的原始版本,发现工程量很大,并且很复杂。iOS版本包含大约15,000行代码(不包括库!)代码中最复杂的部分是动作、动画以及绘图引擎。它们本身就很复杂,使事情变得更为复杂的是这三块之间耦合度很高,并经过了大量优化。

这是个令人生畏的工作:要将这些代码在浏览器上实现,而又不丧失原先的独特个性以及很高的质量。为了完成这个工作,我们赌上了Javascript。

在过去,Javascript一直被人看做是速度很慢的语言。坦白讲,这种说法在最初的确是对的。老的Javascript引擎是为处理简单的“脚本”(scripting)类型的工作设计的(如它的名字所示)。然而,在现在,Javascript引擎已经经过大量优化了。整合进just-in-time等功能以后,Javascript执行速度已经可以接近底层代码执行速度了。

除此以外,我们知道使用Javascript编程不同于——并且需要的思维方式也不同于——用编译型语言编程。当我们将这个游戏从Objective-C改写过来的时候,我们知道应该充分利用Javascript编程的不同以及优点。

一个明显的例子是在Javascript中缺少structs。Structs是相关属性的轻量级的聚合。使用Javascript对象来聚合一系列属性是很容易的,但是这和使用一个合适的struct是很不同的。第一个不同是一旦structs被赋值给一个变量或则传递到一个函数的时候,它都会被复制。因此,一个使用如Objective-C这样的编译型语言编写的函数可以修改以参数形式传过来的struct的值,而又不改变原来调用函数中的值。即使是在同一个函数中,将一个不同的值赋给struct也会将值复制一遍。而Javascript对象,是通过引用传递的。所以一个函数修改了一个对象参数的时候,原调用函数也能看到这个变化。

一个用来模仿structs的简单的方式是每当将Javascript对象作为赋值对象或者参数传递的对象时都创建一个副本对象。在底层语言(native
languages)中,使用structs的开销是很小的。但在Javascript中创建一个对象则会有很大开销,因此我们要非常小心,减少创建对象的次数。特别是在赋值的时候,我们尽可能地复制单个属性,而不是创建一整个新的对象实体。

另一个例子是Objective –
C代码库面向对象的本质。与传统的基于对象的继承不同,JavaScript提供了基于原型属性(Prototype
property)的继承。这是对基于对象的继承的一个高度简化的形式,与传统的Objective

C这样面向对象的语言不兼容。幸运的是,有各种各样的类库,可以帮助你写的面向对象编程(OOP)风格的JavaScript代码,我们使用的类库是一个非常简单的由John
Ressig写的。
(需要注意的是,ECMAScript5,最新版本的JavaScript的规范,也提供了对一些类的支持,但我们选择不使用它,因为我们对该版本的语言不熟悉,而我们的开发进度非常紧张)。

除了将代码从Objective-C改到Javascript,我们还需要将图像代码从OpenGL改到HTML5的Canvas
API。总体上说,这一切都进行地很顺利。Canvas是一个很快的渲染表面,特别是在一个API由硬件加速的浏览器中(比如IE9)。

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一个使用帆布API完成的aliased
lines来画绳子的例子。

令人惊讶地是,我们遇到了好几个地方,都是Canvas比在移动版本Cut the
Rope中使用的OpenGL ES提供了更多功能的。一个例子是画anti-alias
lines
。在使用OpenGL画anti-aliased
lines的时候,需要将一条线镶嵌到一个三角形地带中,并且将末端的浑浊部分褪色以完成透明化。而在HTML5的canvas中,anti-aliasing
lines的绘制是由line
API自动完成的。这意味着我们实际上需要从OpenGL版本中去掉一些代码。将OpenGL代码中的三角形顶点数组解约掉可以提供更好性能。

最终,我们有几乎15,000行代码在浏览器中执行(它已经被最小化了,所以如果你在浏览器中查看源代码的时候,你会看到少得多的代码)。考虑到这么多代码带来的复杂性,Denis
Morozov(ZeptoLab开发部门的总监,the Director of Development at
ZeptoLab)在开始的时候问了一个问题:HTML5能给我们我们所需要的速度和性能吗?

为了回答这个问题,我们创建了一个早期的“性能”里程碑,在这里,我们集中精力去得到游戏运行时难度最高部分的最小版本。也就是说,我们想要看一下绳子看起来是什么样子的,以及我们是否能在浏览器中处理复杂的物理引擎。

Performance性能

项目开始以后三个星期,我们最终有了物理和绘图引擎的基本部分,以及一个简单的用于启动动画的计时器。现在,我们可以在游戏场景中呈现出一些绳索,一颗星星,以及一个Om
Nom
sprite。不错的进步!第四周的时候,我们加入了一些基本的和鼠标的互动,这样,我们就能真正开始玩游戏了。我们在开发的过程中一直都在测试性能,并且希望ZeptoLab的团队能够给我们一些反馈。

当我们把这些代码和ZeptoLab分享的时候,他们对这些代码在浏览器中的性能表现感到惊喜(尤其是游戏的速度和平滑度)。说句实话,我们一直都提着一口气呢。我们希望Javascript能快点,因为物理计算非常复杂,并且有实时性要求。这是一个很好的例子,证明了人们过去认为Javascript很慢的观点实际上是错的。最新的Javascript引擎是非常快的。

在这个项目中,我们在IE9中预览了游戏。当你加载了游戏的时候,IE9的Chakra
JavaScript引擎在一个后台线程中将代码进行了预编译——就像一个编译器编译Objective-C
或者
C++一样。然后,它实时将编译过的代码(字节码)发送给游戏线程去执行。执行速度几乎和本地执行速度一样。令人惊讶的是,这样的性能是来自于Javascript引擎,我们不需要在代码中做任何特殊处理。

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项目早期帧率检测结果(注意帧率上限是60FPS)

我们在Javascript上打的赌成功了,因此,我们将注意力转向了硬件和浏览器。由于IE的硬件加速堆栈以及我们在 Disney
Tron
和其他一些HTML5站点上积累的经验,我们对于游戏在测试机器上的完美表现毫不担心。我们很轻易地达到了上限60
FPS(帧/每秒)。但是,我们想要确认游戏在其他硬件和其他浏览器上也能表现得很好。下面是我们经过一些初步测试后所看到的结果。

根据测试数据,我们将30
FPS(帧/每秒)设置为最小阈值。当浏览器速度低于这个阈值的时候,我们将会通知用户。他们仍然可以玩这个游戏,但是我们会通知他们在游戏中他们可能会感觉到一些迟缓现象。这确保了这个游戏能支持不同硬件和软件,并且提供给玩家我们所能提供的最好体验。

我们想要指出两件事情。第一件事,这个游戏的现有版本在桌面PC机和Mac机上使用鼠标玩时效果是最好的。我们还没有加入对触屏输入的只支持,但在未来的版本中,我们会考虑这一点。

第二件事,现有的Chrome版本(version
16)有一些已经为大家所知的和媒体播放相关的问题,使得Cut
the
Rope中的声音飘忽不定。我们进行了深入调研,试图用不同格式(包括WebM)重新编码媒体文件,但是没有找到一个合适的格式或者MIME配置或者其他任何方案来有效解决这个问题。这个问题看起来是浏览器的bugs以及已经为大家所知的问题。更重要的是,尽管声音时断时续,游戏玩起来还是非常有意思的。考虑到这一点,我们一方面可以说IE9的用户能免费得到一个很棒的应用,另一方面,Chrome以及一些Firefox用户可能会遇到一些声音上的问题,但他们会注意到我们退回使用了一个flash插件来确保声效和音乐都能正常工作。

工具

关于HTML5的一件很好的事情是你不需要学习一门新的语言来利用这项新技术的强大功能。如果你知道并且懂得Javascript,那么你就能实现一个现代浏览器所能实现的所有功能。你甚至可以创建一个像这个游戏一样的你自己的游戏!

代码编辑器以及开发环境

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Visual Web Developer 2010
Express可以免费下载使用,是一款很棒的编辑器,即使是对有经验的Web开发者来说也是如此。

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分析器截图,图中内容是对Calc2PointBezier函数中花费的不合比例的时间(Calc2PointBezier函数是用来计算绳子每节的位置)。

有一些很好的免费工具,可以让我们更容易地使用Javascript和HTML5。我们的大多数开发工作都是在Visual
Web Developer
2010(“快捷”版本可以在这里免费获得)中完成的。这是一个非常健壮的Web编辑器,带有Javascript以及CSS自动完成功能。更好的一点是:它是免费的!我们在Windows7的IE9上完成了我们的大多数测试,并且我们也时不时在Firefox、Chrome、Safari以及IE10的开发者尝鲜版。总体上说,主流浏览器对于我们所使用的HTML5的特性都有比较一致的实现。在大多数情况下,我们在IE9上测试通过的特性在其他地方也运行得一样好。

清查我们的资源加载器(Resource Loader)!

Cut the
Rope有一个非常独特的细节化的视觉风格——有很多图片、音频和视频,并且花费也很小。最终达到的效果就是这个游戏比一般的网站要大很多。综合起来说,它大概有6MB(而一般的网站是200-300K)。这些多媒体资源要花费一段时间才能下载,而如果资源没有下载到位,我们看不到网页上的内容,我们是无法开始游戏的。在一个典型的网页中,如果你缺掉了一两幅图,它仍然是可以运行的,但在HTML5的API(drawImage)中,如果图像无法获取的话,这一API就会崩溃。

为了解决这个问题,我们想要创建一个资源加载器,用来下载页面所需要的所有内容,并且当下载完成后,给我们一个好的反馈。这一点小代码能做很多很棒的事情:

1.它屏蔽了不同浏览器之间对下载处理的不同以及它们告知你进度的方式的不同。

2.
它能让你决定事物下载的顺序(你可能会想要先下载大文件,或者你想要在下载游戏图形之前先下载所有菜单图像)。

3.最终,它可以智能提醒你事物的到达,这样就可以通知用户进度情况,甚至可以开始部分游戏。

创建这些类型的库是很难做好的。由于我们对于这些库的效果感到十分满意,因此我们想要分享我们的资源加载器的代码给你。最终的成果形式是PxLoader,一个Javascript的资源加载器库,你可以使用它为HTML5应用、游戏、站点制作预加载器。它是开源免费的。你可以从页面顶端抓取它,或者点击这里。

IE中的性能工具

另外一个在开发过程中不可或缺的工具是IE9中的Javascript分析器(JavaScript
Profiler)。分析器能让你发现你的代码中的热点以及瓶颈。在我们第一次做性能评估的时候,我们发现在一些机器上我们一直困在了20或者30帧/每秒,这使得我们几乎要放弃了。

我们做了一些最初的代码检查,但是什么都没有检查出来。我们使用分析器加载了游戏,发现我们在satisfyConstraints()函数上花了太多时间。这个函数是用来计算有关绳子的一些物理性质的数字。我们用来改写的Objective-C版的实现是用递归实现的,递归每加深一层,就会传递一个新的对象。

通过Microsoft的一些指导,我们决定将递归函数替换成一个“解开”的循环版本。结果是惊人的。我们在每一个浏览器中都看到了10倍以上的性能提升。坦白说,如果没有IE9的分析器工具,我们永远都不可能发现这一点。

下一步是什么?

九月,Microsoft展示了一个Windows8的开发者尝鲜版。在这一声明以后,HTML5将会更有趣,因为Metro风格的应用可以用好几种开发工具集开发,包括HTML5。这意味着Web开发者可以将为Web所写的代码拿来很容易地无缝移植到Windows8中。为在线应用的投资将来可以在Windows
Store中得到实实在在的回报。

事实上,只要再做一点点工作,我们就能将HTML5应用移植到Windows8的Metro风格应用中。可以在这篇博文中读到关于 Cut
the Rope
以及它整合到Windows Store中的内容。

我们非常开心看到开发者使用HTML5构建的应用。你可以下载IE9并且可以在www.beautyoftheweb.com找到一些其他的很漂亮的站点,或者在dev.windows.com下载开发者尝鲜版的Windows
8。

要保持关注,因为这只是一个开始……还会有更多惊喜的!

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评论

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在这个项目中,我们使用Internet Explorer 9预览游戏。当你载入游戏时,Internet Explorer 9的Chakra JavaScript引擎会为代码启动一个预编译线程,像Objective-C或C++一样对进行编译。然后,将编译后的代码(字节码)实时发送给游戏执行线程。编译后的结果接近本机原生代码的执行速度。神奇的是,这些都是由JavaScript引擎来完成的,我们并没有为此做任何特殊的代码。

Internet
Explorer的性能工具

我们很高兴能看到今天开发人员都在使用HTML5来构建应用。你可以下载Internet Explorer
9,并通过www.beautyoftheweb.com找到其他漂亮的站点,或通过dev.windows.com下载Windows 8的开发人员预览版。

在九月的BUILD大会上,微软展示了Windows 8的开发者预览版。随着这项产品的发布,HTML5的故事变得更为有趣,因为Metro风格的应用程序可以使用多样的开发工具集,其中就包含HTML5。这意味着,Web开发人员可以将代码更加轻松、无缝的移植到Windows 8。在稍后Windows 商店上线之后体验在线支付的真正价值。

 

  1. 它要涉及如何处理不同的浏览器下载方式,以及高速这些浏览器怎么去按照进度下载;
  2. 它可以让你对下载列表做出非常明智的决定(你可能想先下载大文件,例如,你可能想在下载菜单图片之前先下载游戏的图片);

除此之外,我们知道编写JavaScript代码与其他编译型代码是要采用不相同的心态。正如我们要从Objective-C移植游戏一样,我们需要拥抱种种变化以及优化相关的任务。

 

 

一个明显的例子就是JavaScript中缺少结构。结构是通过一种轻量级的属性来聚合相关属性。它非常容易使用一个JavaScript对象来创建并设置一组属性,但是这种做法和结构的实现是有非常大区别的。第一个区别是,每当结构分配给一个变量或传递给函数时都会生成一个变量的副本。因此,在类似于Objective-C之类的编译型语言编写函数时修改参数传入的一个结构是不会影响调用者所持有的结构。即使在同一个函数中,将结构分配给不同的变量也会产生不同的副本变量。JavaScript对象,在另一个方面,是通过引用传递的。因此,当函数修改了对象参数,这个修改调用者也会看到。

第二,在目前的Chrome版本(版本号为16)中,有已知割断绳子而声音无法加载的未知问题。我们在研究可变通的方法,并试图对多种媒体格式进行重新编码(包括WEBM),但还是没有发现格式或者MIME配置以及其他东西可以可靠的解决这个问题,这似乎是浏览器的本身的错误。更重要的是,游戏还可以继续,虽然间歇的会失去音频但是游戏依然可玩且有趣。尽管如此,我们可以说Internet Explorer 9用户可以获得一个非常伟大的用户体验,Chrome和Firefox用户可能会遇到音频运行的问题,但是注意我们会回调一个Flash插件,以确保声音效果和音乐保持工作。

割绳子(Cut the
Rope)非常可爱而有趣所以很快流行起来成为一个人见人爱的游戏。因此,我们有一个想法:让我们为这个伟大的游戏提供一个HTML5的网页版本,提供给更多的人。为了做到这一点,微软的IE团队与ZeptoLab(游戏的创造者)以及像素实验室的专家们进行合作,使得割绳子可以在浏览器中运行。为了最终可以完整的将游戏全部通过HTML5移植到网页上,必须做到:画布上渲染图形,使用浏览器兼容的音频和视频,CSS3样式以及个性化的WOFF字体。

为了应付这一挑战,我们需要创建一个资源加载器,下载所有需要的内容,这个页面要为下载提供良好的反馈信息。这段代码要做一个大堆智能的事情:

 

在项目进行的第三周,我们终于有了一个简单的定时器来引导动画、绘制引擎和物理引擎。现在进入游戏场景,有了一根绳子、一颗星星和一个Om Nom精灵。努力!在这周四,已经包含一些基本的鼠标交互,我们可以玩游戏啦!很快就我们就会开始进行性能测试,但是我们希望可以让ZeptoLab团队给一些反馈。

在做了初步的代码分析后,我们没有选择退出,又一次对游戏进行了全面的探查,发现游戏在satisfyConstraints()函数上花费了大量的时间。该函数是用来对与绳索有关的物理特性进行数学计算的。在做Objective-C代码移植时,我们先对这个方面进行了书面递归分析,深入的分析了每个调用和对象传递。

获取我们的资源加载器!

 

用Canvas API绘制的有锯齿的绳子实例。

在来自微软的指导下,我们决定通过一些代码对这个函数进行“拆包”替换,结果相当惊人,我们看到几乎在所有测试浏览器中性能都提高了10倍!坦率的说,在此之前我们从来都没有发现,Internet Explorer
9有分析工具。

 

要在保持独特的个性和达到难以置信的质量的情况下并将玩家习惯也移植到浏览器中,这无疑是一项非常艰巨的任务。而要做到这一点,我们将赌注全押到了JavaScript上。

最后,我们需要在浏览器中执行将近15000行(最后它被精简了很多,所以如果您在浏览器中查看源代码将会比这个少)代码。由于有这么庞大的代码复杂性,Denis Morozov在开始之前很公允的问道:HTML5提供给我们的速度和性能能否满足这个游戏?

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模仿原生结构的一个简单的方法就是创建JavaScript的副本然后赋值或作为参数传递。在原生语言中使用结构是非常小的开销。而在JavaScript中创建对象就昂贵的多,所以我们必须非常小心,以尽量减少要分配的数量。特别是对任务,我们试图尽可能的复制各个属性而不是创建新对象实例。

 

有一个伟大而免费的工具,使JavaScript和HTML5的工作变的更加容易。我们在开发时使用的Visual Web Developer 2010(“Express”版本是免费提供的)就是个功能非常强大的网页编辑器,支持JavaScript和CSS自动完成。更棒的是express版本是免费的!我们在Windows
7的Internet Explorer
9上测试的同时也对Firefox、Chrome、Safari以及Internet Explorer10开发者预览版进行了测试。一般情况下,我们都在Internet Explorer 9上进行开发测试,并对HTML5的特性进行一致的实现,然后保证在其他浏览器上可以工作。

接下来是什么?

这是项目前做的帧速测试(注意,上限帧率为60FPS)

 

 

 

 

令人惊讶的是,我们遇到的这个Canvas竟然比割绳子所采用的移动OpenGL
ES版提供了更多的功能。例如绘制抗锯齿线段。在OpenGL中绘制反锯齿线条需要在其中通过镶嵌从不透明到完全透明的色块形成三角地带来完成。HTML5的Canvas自身就具备了处理抗锯齿线条的API。这就意味着,我们确实需要对OpenGL版本中的代码进行删减。删除了OpenGL代码中三角形顶点的数组也给我们带来了更好的性能,尽可能多的尝试采用本机复制的方法绘制三角形线条。

关于HTML5另一件伟大的事情就是,你不需要去学习另外一门新的语言才能释放这项新技术的力量。如果你知道和理解JavaScript并可以使用现代浏览器就可以做到啦。你甚至可以通过这样的方式创建您自己的游戏。

在过去,JavaScript是以效率低下而闻名的语言。坦率的说,开始是这样的。旧版本的JavaScript引擎是被设计来执行简单的“脚本”任务(也正因此而得名)。然后,今天,JavaScript引擎经过高度优化,功能类似于即使编译语言,而执行速度也接近于原生代码。

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我们在JavaScript上的赌注得到了回报,接下来我们就把所有关注都转移到了硬件和浏览器上。随着IE浏览器的硬件加速渲染和我们的经验、Disney Torn以及其他HTML5网站,没有浪费太大的力量就使游戏在测试机器上完美运行。非常容易的达到了60FPS(frames per second)。但是我们要肯定,在其他浏览器和硬件上也可以轻松运行。上面是我们做的一些初步测试。

工具

 

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