Cocos2D-X屏幕适配新解

时间：2021-09-19 13:10:50
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为了适应移动终端的各种分辨率大小，各种屏幕宽高比，在 Cocos2D-X（当前稳定版：2.0.4） 中，提供了相应的解决方案，以方便我们在设计游戏时，能够更好的适应不同的环境。

 
而在设计游戏之初，决定着我们屏幕适配的因素有哪些？简而言之只有两点：屏幕大小和宽高比。这两个因素是如何影响游戏的呢？
 
    •屏幕大小： 从小分辨率 480×320 到 1280×800 分辨率，再到全高清 1080p，从手机到平板，还有苹果设备的 Retina屏，这么多不同的分辨率，而且大小差距甚大，不可能做到一套资源走天下，资源往小了设计，在大屏幕会显示模糊，图片往大了设计，在小屏幕设备又太浪费，而且小屏幕的手机硬件资源也会相对的紧缺，所以 根据屏幕大小使用不同的资源 是有必要的，而 Cocos2D-X 也帮我们解决了这一点。
 
    •宽高比： 什么是宽高比，就是你的屏幕是方的还是长的，靠近方形的分辨率如 480×320，比例为 3:2，还有 960×540 的16:9 标准宽屏，这也算是两种总极端情况了，如果能在这两种比例情况做好适配基本就可以了，如果比 3:2 “更方”如 4:3，比 16:9 “更长”，那么不论如何布局，显示效果差距甚大，最好对固定比例优化吧。当在宽高比在一定范围内，可以通过灵活编写程序去适应，而在显示效果上，Cocos2D-X为我们提供了三种模式，这些 模式更多的是帮我们解决比例不一的情况而存在 的，如果只是屏幕大小（比例一样），那通过简单的放大缩小即可完成。
 
三种模式
 
说是三种模式，其实还有一种“无模式”，也就是 Cocos2D-X默认的适配方案，现在我们就来认识一下这些模式，并且通过这些模式去认识其中一些概念 FrameSize、WinSize、VisibleSize、VisibleOrigin，以及它们存在的意义，并且最后灵活运行这些概念 创建出一个不属于这些模式而超越这些模式的新适配解决方案，这是最终目的。
 
kResolutionUnKnown 认识 FrameSize
 
这是  Cocos2D-X 编写的默认模式，没有做任何处理，在这种情况下，游戏画面的大小与比例都是不可控的，在程序运行之初，由各个平台入口函数定义画面大小：
  1. // proj.linux/main.cpp  linux 平台手动指定画面大小
  2. CCEGLView* eglView = CCEGLView::sharedOpenGLView();
  3. eglView->setFrameSize(720, 480);
  4. // proj.android/jni/hellocpp/main.cpp android 平台由 jni 调用传入设备分辨率参数
  5. void Java_org_cocos2dx_lib_Cocos2dxRenderer_nativeInit(JNIEnv*  env, jobject thiz, jint w, jint h)
  6. {
  7. if (!CCDirector::sharedDirector()->getOpenGLView())
  8. {
  9. CCEGLView *view = CCEGLView::sharedOpenGLView();
  10. view->setFrameSize(w, h);
  11. AppDelegate *pAppDelegate = new AppDelegate();
  12. CCApplication::sharedApplication()->run();
  13. }
  14. else
  15. {
  16. // other
  17. ...
  18. }
  19. }
在此我们首先认识了 FrameSize 参数，在游戏运行时，我们可以通过 CCEGLView::sharedOpenGLView()->getFrameSize();获得此值。如果在手机上运行，那么不同分辨率将会得到不同的值，既然这个值不可控，那么在写游戏中也就没有参考价值了，比如我们写一个精灵的位置距离底部 320 高度，在 480×320 分辨率，能看到其在屏幕上方，如果换一台手机分辨率 960×540 那么只能显示在中间靠上的位置，如果设置精灵位置为距离屏幕上方（高度）320，反之依然，显示效果不一。
 
此时可行的方案是使用百分比，如精灵位置在屏幕横向距离左边 1/3 宽度，在 1/2 正中间处，而类似这样的设置也不用依赖 FrameSize 的具体数值。而这样的做法，使得内部元素像弹簧一样，随着 FrameSize 的大小改变而改变，伸缩或者挤压，对于图片资源大小也是完全不可控，如果根据屏幕大小放大缩小，那我们可以考虑用下面要说的模式，在此不推荐使用  Cocos2D-X 的无模式方案。
 
kResolutionExactFit and kResolutionShowAll 认识 WinSize
 
在 AppDelegate.cpp 处可以通过设置：
  1. CCEGLView::sharedOpenGLView()->setDesignResolutionSize(720, 480, kResolutionShowAll);
  2. // 或者
  3. CCEGLView::sharedOpenGLView()->setDesignResolutionSize(720, 480, kResolutionExactFit);
DesignResolutionSize！顾名思义，也就是逻辑上的游戏屏幕大小，在这里我们设置了其分辨率为 720×480 为例，那么在游戏中，我么设置精灵的位置便可以参照此值，如 左下角 ccp(0,0)，右上角 ccp(720, 480)，而不论 FrameSize 的大小为多少，是 720×480 也是，是 480×320 也罢，总能正确显示其位置，左下角和右上角。能够实现这一点的原因是，固定了设计分辨率大小，从而确定了其固定的宽高比，它的 优势 是可以使用具体的数值摆放精灵位置，不会因为实际屏幕大小宽高比而是内部元素相对位置关系出现混乱。
 
而为了保持画面的宽高比，Cocos2D-X 做了些牺牲，牺牲了什么呢？kResolutionExactFit 牺牲了画质而保持了全屏显示，对画面进行了拉伸，这意味着什么？意味着相对极端情况下，本来精灵是方形的，显示出来变成长方形，本来圆形的变成了椭圆，固此模式不推荐使用。kResolutionShowAll 为了保持设计画面比例对四周进行留黑边处理，使得不同比例下画面不能全屏。鱼和熊掌不能兼得也。
 
我们可以通过如下方法获取到 setDesignResolutionSize 所设置的值：
  1. CCSize winSize = CCDirector::sharedDirector()->getWinSize();
我们可以用Cocos2D-X 程序是如何开始运行与结束的 一文的方法，跟踪 WinSize 的初始化，获取过程，在这里简单提一下，如下步骤：
  1. // 获得 winSize
  2. CCSize winSize = CCDirector::sharedDirector()->getWinSize();
  3. // 查看其 getWinSize(); 方法实现
  4. [cocos2dx-path]/cocos2dx/CCDirector.cpp
  5. CCSize CCDirector::getWinSize(void)
  6. {
  7. return m_obWinSizeInPoints;
  8. }
  9. // 而 m_obWinSizeInPoints 是何时被赋值的
  10. [cocos2dx-path]/cocos2dx/platform/CCEGLViewProtocol.cpp
  11. void CCEGLViewProtocol::setDesignResolutionSize(float width, float height, ResolutionPolicy resolutionPolicy)
  12. {
  13. ...
  14. ...
  15. m_obDesignResolutionSize.setSize(width, height);
  16. ...
  17. ...
  18. CCDirector::sharedDirector()->m_obWinSizeInPoints = getDesignResolutionSize();
  19. }
  20. const CCSize& CCEGLViewProtocol::getDesignResolutionSize() const
  21. {
  22. return m_obDesignResolutionSize;
  23. }
具体的优势：通过设置逻辑分辨率大小，相比无模式，可以帮我们解决了屏幕自动放大缩小问题，并且保持屏幕宽高比，使得游戏更好设计，可以将设计画面大小作为默认背景图片大小等，唯一点遗憾就是那点前面所提到的一点点牺牲。
 
kResolutionShowAll 方案可以作为我们的默认解决方案，使得游戏的设计更为简化，但为了补填拉伸或留黑边这点缺憾，进入下一个模式！
 
kResolutionNoBorder了解 VisibleSize 与 VisibleOrigin
 
此模式可以解决两个问题，其一：游戏画面全屏；其二：保持设置游戏时的宽高比例，相比 kResolutionShowAll 有所区别的是，为了填补留下的黑边，将画面稍微放大，以至于能够正好补齐黑边，而这样做的后果可想而知，补齐黑边的同时，另一个方向上将会有一部分画面露出屏幕之外，如下示意图：
Cocos2D-X屏幕适配新解
黑色边框标示实际的屏幕分辨率，紫色区域标示游戏设计大小，而通过放大缩小，保持宽高比固定， 可以看到 Show All 之中的黑色阴影部分为留边，而 No Border 的紫色阴影部分则不能显示，而这紫色区域的大小是游戏设计之时是不可控的。那么原设计的画面大小就失去了 一定的 参考价值了，因为这可能让你的画面显示残缺。这时仅仅通过 WinSize 满足不了我们的设计需求，所以引入了 VisibleSize 与 VisibleOrigin 概念。
Cocos2D-X屏幕适配新解 
如上所示，紫色区域是被屏幕截去的部分，不可显示的，根据实际情况，可能出现横向截取和竖向截取，这取决于实际分辨率的宽高比。而 A、B、C、D所标示的是设计分辨率，固定大小。如果我们想让一个精灵元素显示在屏幕上方靠边，那么如果使用 WinSize 的高度设置其位置，可能出现的情况就是显示到屏幕之外了。FrameSize 和 WinSize 我们已经知道其概念，而 VisibleSize 和 VisibleOrigin 所代表的是什么呢，又时如何为我们解决靠边的问题！注意上图下方的定义， VisibleSize = H I J K 是用紫色标注的。 而在上图是 黑色 标注，标示屏幕实际分辨率，虽然 FrameSize 和 VisibleSize 都是 H I J K，但其意义不同，紫色表明它是与设计分辨率相关的。
 
FrameSize 是实际的屏幕分辨率，而 VisibleSize 是在 WinSize 之内，保持 FrameSize 的宽高比所能占用的最大区域，实际屏幕分辨率 H I J K (黑色) 可以大于 WinSize ，但VisibleSize 一定会小于或者等于 WinSize，这两者相同的是宽高比。
 
VisibleSize 有着 WinSize 大小（随WinSize 的大小改变而改变），还有着 FrameSize 的宽高比，它标示 在设计分辨率（WinSize）下，在屏幕中的可见区域大小。 而 VisibleOrigin 则标示在设计分辨率下被截取的区域大小，用点 K 标示，有了这些数据，我们想让游戏元素始终在屏幕显示的区域之内不成难事。下面通过几个数值带入，加深这些概念的印象。
  1. // 组[1] :
  2. FrameSize:            width = 720, height = 420
  3. WinSize:          width = 720, height = 480
  4. VisibleSize:      width = 720, height = 420
  5. VisibleOrigin:        x = 0, y = 30
  6. // 组[2] :相比 组 [1] FrameSize 不变 VisibleSize 和 VisibleOrigin 随着 WinSize 的变小而变小
  7. FrameSize:            width = 720, height = 420
  8. WinSize:          width = 480, height = 320
  9. VisibleSize:      width = 480, height = 280
  10. VisibleOrigin:        x = 0, y = 20
  11. // 组[3] : 相比组 [1] WinSize 不变，VisibleSize 随着 FrameSize 的比例改变而改变
  12. FrameSize:            width = 720, height = 540
  13. WinSize:          width = 720, height = 480
  14. VisibleSize:      width = 640, height = 480
  15. VisibleOrigin:        x = 40, y = 0
  16. // WinSize VisibleSize VisibleOrigin 与都设计的分辨率相关，满足如下关系
  17. WinSize.width = (VisibleOrigin.x * 2) + VisibleSize.width
  18. WinSize.height = (VisibleOrigin.y * 2) + VisibleSize.height
NoBorder 具体的使用方法可以参考 Cocos2D-X 自带例程 TestCpp ，有详细的使用方法，并且封装了 VisibleRect 类，可以获取设计分辨率，不同比例屏幕之时的主要参考点，屏幕四个拐角，和边的中点等，让我们设置元素位置时，使其总能显示在屏幕之内，这里就不详细介绍了。
 
基于这几种模式的程序使用方法， Cocos2D-X 自带例程或者网上有很多教程，这里只详细解释了其中各种概念，而知道了这些概念，当然用起来就没有多大问题了。
 
kResolutionLeafsoar
 
！！！这是什么模式！好吧，Leafsoar 是 一叶 的 ID ，或者是本博客的一级域名而已 :P 在 cocos2d-x 中并没有这种模式。除却 UnKnown 与 ExactFit 不说，ShowAll 的优势是，只需要一个设计分辨率，然后通过 WinSize 设置相对对位即可，而且位置的最大长宽都是确定，方便了开发，但屏幕不能填满， NoBorder 模式的优势是在画面不变形的情况下，实现全屏，显示效果更好，但 WinSize 一定程度失效，需要通过运行时计算 VisibleSize 和 VisibleOrigin 来设置位置，由于是运行时计算，所以也就会出现，各种屏幕显示效果不一样的情况。
 
ShowAll 和 NoBorder 各有所长，各有所短，而这里提出的新适配解决方案正是取两者之长，舍两者之短的组合模式。简单说来就是用 NoBorder 去实现 ShowAll 的思想。NoBorder 可以保证全屏利用，ShowAll 可以更好的使用实际设计坐标固定位置，而且相对位置不会随宽高比的改变而改变，这在编写游戏的时候能方便不少。先上一个示意图，一目了然 （两个图，两个方向）：
Cocos2D-X屏幕适配新解 
在原来 NoBorder 模式示意图上添加了新的概念，LsSize = X Y M N (leafsoar 简写了，为了不跟  Cocos2D-X 的一些概念混淆，什么名字不重要，只要了解其含义即可)，在 NoBorder 模式下的 LsSize 相对于 FrameSize 而言，正如 在 ShowAll 模式下的 WinSize 相对于 FrameSize，所以说这是 ShowAll NoBorder 的组合概念，而这里的 LsSize 与 WinSize 的宽高比是一致的。
 
猛地一看，似乎把问题复杂化了，仔细一看，还不如猛地一看 ~~
 
在 ShowAll 中，WinSize 作为最高的宽高，以此参照设置位置，因为在此范围内都能在屏幕上显示，用了 NoBorder 使得四周可能被截去一块区域，而这个区域大小不可控制，所以不能再使用 WinSize 作为参考点来设置位置，而这里的 LsSize 同样，因为 LsSzie 不论在什么情况下，总能显示在屏幕之内，我们可以方便的使用 LsSize 作为坐标系参考，并且可以全屏显示，在配合 VisibleSize ，相比纯的 NoBorder 加强了不少。它可以怎么用？
 
可以把 LsSize 当作 ShowAll 中的 WinSize 来用，而黑边可以使用稍大的图片填充，或者使用其它图片修饰边框，修饰的边框图案可大可小，可长可短，填充屏幕，保持全屏。
 
开始基于 LsSize 的游戏设计实现
 
为了能够准确实现基于 LsSize 的设计，初步计划将 LsSize 设定在 480×320 的分辨率方案，为此做了些准备，首先不使用任何模式情况下，在场景内调用如下：
  1. CCSize size = CCDirector::sharedDirector()->getWinSize();
  2. CCPoint center = ccp(size.width/2, size.height/2);
  3. // 大小 600x500 为了 NoBorder 看到效果，使用稍大的背景图
  4. CCSprite* pb = CCSprite::create("Back.jpg");
  5. pb->setPosition(center);
  6. this->addChild(pb, 0);
  7. // 480x320 此图为使用于设计分辨率 LsSize 的图片
  8. CCSprite* pSprite = CCSprite::create("HelloWorld.png");
  9. pSprite->setPosition(center);
  10. this->addChild(pSprite, 0);
  11. // 37x37 在 480x320 画面的四个拐角处，添加参照
  12. CCSprite* p1 = CCSprite::create("Peas.png");
  13. p1->setPosition(ccpAdd(center, ccp(-240, -160)));
  14. this->addChild(p1);
  15. CCSprite* p2 = CCSprite::create("Peas.png");
  16. p2->setPosition(ccpAdd(center, ccp(240, 160)));
  17. this->addChild(p2);
  18. CCSprite* p3 = CCSprite::create("Peas.png");
  19. p3->setPosition(ccpAdd(center, ccp(-240, 160)));
  20. this->addChild(p3);
  21. CCSprite* p4 = CCSprite::create("Peas.png");
  22. p4->setPosition(ccpAdd(center, ccp(240, -160)));
  23. this->addChild(p4);
显示效果：(FrameSize = 640×540) 
Cocos2D-X屏幕适配新解
 
显示效果：(ShowAll; FrameSize = 520×320; WinSize = 480×320) 
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 显示效果：(NoBorder; FrameSize = 520×320; WinSize = 480×320) 
Cocos2D-X屏幕适配新解
 
通过效果我们可以看到，在相同 FrameSize 下 NoBorder 时，画面由于填充了黑边，将画面放大，以至于上下有部分显示不全，通过拐角四个精灵可以看出。
 
好！既然我们知道是由于放大所致，那么我们将画面缩小呢？cocos2d-x 提供了一个方法，我们调用如下代码：
  1. CCDirector *pDirector = CCDirector::sharedDirector();
  2. pDirector->setContentScaleFactor(
  3. CCEGLView::sharedOpenGLView()->getScaleY() );
为了弥补画面因需要不填空白出现的方法，我们将画面缩小，放大系数可以通过 CCEGLView::sharedOpenGLView()->getScaleY() 取得。其实 setContentScaleFactor 方法是为了适配不同资源而设计的，可以用此方法对不同资源适配，缩放等。效果如下：
Cocos2D-X屏幕适配新解 
我们看到 480×320 的图片显示完全正确了，也正是我们想要的效果，但唯一的缺点是 ~~ 拐角处四个精灵的位置依然不是我们想要的，我们设计的位置是以 480×320 设置位置的，而 WinSize 也是 480×320 ，而此时基于 480×320 的设计必然会显示到屏幕之外，而要想不修改精灵位置，而让其显示正确的位置，那么为了保证 LsSize 的固定，我们需要一个方法，那就是动态设置 WinSize。
 
什么意思？我们知道一般这些模式设计游戏时，是通过 setDesignResolutionSize 设置 WinSize 的，这个值在游戏运行其间是定植，动态改变的是 VisibleSize 等，而这里提出了 LsSize 的概念，可想而知，如果 WinSize 固定，那么 LsSize 会随着屏幕宽高比的改变而改变，那么我们反其道而行，固定 LsSize 值，那么在运行时可以通过实际的宽高比来算得 WinSize 的值，这样动态算得的 WinSize 值就能够保证我们的 LsSize 是一个定值了。
 
相对论，WinSize 与 LsSize 的值是相对的，与其通过固定 WinSize 在运行时动态获得 LsSize （这也是 NoBorder 的默认方式，而导致的结果是 WinSize 没有参考价值），不如我们固定 LsSize 而在运行时算得 WinSize 设置来的要更妙一些。
 
现在不使用 setContentScaleFactor 方法，而修改 setDesignResolutionSize 这里的值，我们知道 WinSize 是 480×320 时，LsSize 必然会小于此值，而 NoBorder 的放大系数我们可以通过如下方式算得（可以参考setDesignResolutionSize方法内部实现），并在 AppDelegate 里执行：
  1. CCSize frameSize = CCEGLView::sharedOpenGLView()->getFrameSize();
  2. // 设置 LsSize 固定值
  3. CCSize lsSize = CCSizeMake(480, 320);
  4. float scaleX = (float) frameSize.width / lsSize.width;
  5. float scaleY = (float) frameSize.height / lsSize.height;
  6. // 定义 scale 变量
  7. float scale = 0.0f; // MAX(scaleX, scaleY);
  8. if (scaleX > scaleY) {
  9. // 如果是 X 方向偏大，那么 scaleX 需要除以一个放大系数，放大系数可以由枞方向获取，
  10. // 因为此时 FrameSize 和 LsSize 的上下边是重叠的
  11. scale = scaleX / (frameSize.height / (float) lsSize.height);
  12. } else {
  13. scale = scaleY / (frameSize.width / (float) lsSize.width);
  14. }
  15. CCLog("x: %f; y: %f; scale: %f", scaleX, scaleY, scale);
  16. // 根据 LsSize 和屏幕宽高比动态设定 WinSize
  17. CCEGLView::sharedOpenGLView()->setDesignResolutionSize(lsSize.width * scale,
  18. lsSize.height * scale, kResolutionNoBorder);
显示效果：（NoBorder 模式 ;FrameSize = 520×320; LsSize = 480×320; WinSize = 动态获取） 
Cocos2D-X屏幕适配新解
 
我们看到在没有修改源代码，并且在设计中使用 480×320 的参考系，也既是基于 LsSize 的设计显示效果如我们预期，那么我们换一个 FrameSize 来看看是否能够自动适应呢？如下：
 
显示效果：（NoBorder 模式 ;FrameSize = 600×480; LsSize = 480×320; WinSize = 动态获取） 
Cocos2D-X屏幕适配新解
到此，基于 LsSize 参考系的游戏设计已经完成了，这样做的好处是很明显的，集 ShowAll 和 NoBorder 的优点于一处，这里的图片元素是为了好定位，实现的需要而写的，具体场景可以使用背景地图，或一张大的图片显示，而没有任何影响，也可以继续使用 VisibleSize 得到 LsSize 之外的部分区域大小，在 LsSize 之外可以使用背景图片作为装饰，即保证了游戏的全屏，又保证了游戏设计时的方便，如果使用完全基于 LsSize 的设计实现，除了显示背景装饰之外，我们不想让 LsSize 的内部元素显示到 LsSize 之外如何做呢？我们只需要设定 LsSize 层的的显示区域即可，我们可以修改场景的实现：
  1. // 这里先简单实现思路
  2. CCScene* HelloWorld::scene() {
  3. CCScene *scene = CCScene::create();
  4. // 创建背景层
  5. CCLayer* b = CCLayer::create();
  6. scene->addChild(b);
  7. // 添加背景图片和设置位置，可以使用其它装饰，或者小图片屏幕都行
  8. CCSize size = CCDirector::sharedDirector()->getWinSize();
  9. CCPoint center = ccp(size.width/2, size.height/2);
  10. CCSprite* pb = CCSprite::create("Back.jpg");
  11. pb->setPosition(center);
  12. b->addChild(pb, 0);
  13. // 创建 LsLayer 层
  14. HelloWorld *lsLayer = HelloWorld::create();
  15. scene->addChild(lsLayer);
  16. return scene;
  17. }
  18. // 在 HelloWorld 中重写 visit() 函数 设定显示区域
  19. void HelloWorld::visit() {
  20. glEnable(GL_SCISSOR_TEST);              // 开启显示指定区域
  21. // 在这里只写上固定值，在特性环境下，以便快速看效果，实际的值，需要根据实际情况算得
  22. glScissor(20, 0, 480, 320);     // 只显示当前窗口的区域
  23. CCLayer::visit();                       // 调用下面的方法
  24. glDisable(GL_SCISSOR_TEST);             // 禁用
  25. }
显示效果：（NoBorder 模式 ;FrameSize = 520×320; LsSize = 480×320; WinSize = 动态获取）
Cocos2D-X屏幕适配新解
 
屏幕适配新解
 
看完这篇文章想必对Cocos2D-X的屏幕适配方案及其原理有了相当的认识，从内部提供的三种模式，再到我们自定义基于 LsSize 的 Leafsoar 模式 (好吧，因该叫做 ShowAllNoBorder)。这里已经给出了完全的实现原理以及实现方法，并配有效果图，当然这其中还有些细节需要注意，比如我们基于 LsSize 的大小设计，那么实际的图片肯定需要比 LsSize 的要大，大多少，太小了不够适应，太大了又浪费，如何取舍等问题，这一点取决的因素是什么，留给读者思考。
 
一叶将在 GitHub 处建立一个ScreenSolutions 项目，读者可以从这里参考实现的方案。(也许此时在 GitHub 所看到的实现并不完全，但已经有了简单的实现方法，并且能够运行，如有必要，将会新写一篇博客，去实现 ScreenSolutions 并且解说)。

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