HTML俄罗斯方块制作与旋转实现解析

本文深入解析了如何使用HTML、CSS和JavaScript构建经典游戏俄罗斯方块，并着重讲解了其中最具挑战性的方块旋转机制。文章首先介绍了利用`requestAnimationFrame`实现流畅游戏循环的核心方法，包括游戏状态更新、画布清空和方块重绘等步骤。随后，详细阐述了方块旋转的数学原理，即通过4x4矩阵变换实现顺时针和逆时针旋转，并提供了伪代码示例。最后，文章着重讲解了旋转后的碰撞检测与“踢墙”机制，通过预定义的偏移量尝试微调方块位置，避免旋转卡顿，提升游戏的可玩性和真实感。本文旨在帮助开发者掌握HTML俄罗斯方块的核心技术，打造出更加完善和有趣的游戏体验。

俄罗斯方块的核心游戏循环使用requestAnimationFrame实现，确保与屏幕刷新同步，每次循环先更新游戏状态（如下落、输入、碰撞检测等），再清空画布，最后重新绘制所有方块，保证流畅体验；2. 方块旋转通过4x4矩阵的顺时针或逆时针坐标变换实现，公式为顺时针：newX = oldY, newY = (N-1)-oldX，逆时针：newX = (N-1)-oldY, newY = oldX，并生成新矩阵作为旋转后形状；3. 碰撞检测在旋转后检查新位置是否超出边界或与已固定方块重叠，若发生碰撞则触发“踢墙”机制，尝试预定义的偏移量（如左右移动1格或2格），逐一验证新位置是否合法，若某偏移量可行则应用该位置，否则取消旋转，从而提升游戏可玩性与真实感。

制作HTML俄罗斯方块，核心在于使用JavaScript处理游戏逻辑，HTML提供一个画布（canvas元素）作为舞台，CSS则负责基本的视觉呈现。至于方块的旋转，这无疑是整个游戏中最具挑战性也最能体现逻辑精妙之处的一环，它通常涉及到矩阵变换和复杂的碰撞检测。

解决方案

要构建一个HTML俄罗斯方块，你需要：

1. HTML结构： 一个元素用于绘制游戏区域，以及一些显示分数、下一块的div。
2. CSS样式： 设定画布大小、背景色，以及方块的颜色。
3. JavaScript核心逻辑：
   • 游戏板状态： 用一个二维数组表示游戏区域，存储每个单元格是否被占据及其颜色。
   • 方块定义： 每种俄罗斯方块（I, J, L, O, S, T, Z）都可以用一个4x4的二维数组表示其形状，其中1代表方块实体，0代表空。
   • 渲染循环： 使用requestAnimationFrame创建一个持续更新的循环，清空画布，然后根据游戏板和当前下落方块的状态重新绘制。
   • 方块下落与移动： 定时器（或在游戏循环中根据时间差）控制方块自动下落，键盘事件监听左右移动和快速下落。
   • 碰撞检测： 检查方块移动或旋转后是否与底部、左右墙壁或已固定的方块发生重叠。
   • 行消除： 当一行被完全填满时，清除该行并将上方所有行下移。
   • 方块锁定与生成： 方块无法再下落时，将其锁定到游戏板上，并生成新的方块。
   • 分数系统： 根据消除的行数计分。
   • 最关键的：方块旋转逻辑。

俄罗斯方块的核心游戏循环和渲染机制是怎样的？

我个人觉得，一个好的游戏循环是整个俄罗斯方块的“心脏”。它决定了游戏的流畅度、响应速度以及所有事件发生的时机。我们通常会使用window.requestAnimationFrame来实现这个循环，而不是传统的setInterval或setTimeout。这主要是因为requestAnimationFrame能确保我们的绘图操作与浏览器屏幕刷新率同步，避免画面撕裂，同时在页面不可见时自动暂停，节省资源。

具体来说，每次循环迭代会做几件事：

1. 更新游戏状态： 这包括计算方块的自动下落（根据上次更新的时间戳和下落速度）、处理用户输入（移动或旋转方块）、检查碰撞、清除满行、更新分数等等。所有游戏逻辑的计算都发生在这个阶段。
2. 清空画布： 在绘制新帧之前，你需要把画布上上一帧的内容全部擦掉。这通常通过context.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height)来完成。
3. 重新绘制： 遍历游戏板的二维数组，绘制所有已固定的方块。接着，绘制当前正在下落的方块。每个小方块（tetromino block）都是一个独立的矩形，你可以用context.fillRect()来画。颜色方面，可以给每种方块预设一个颜色，或者从一个颜色数组中随机选取。

这种模式的好处是，逻辑更新和渲染是分离的，而且都与屏幕刷新同步，给玩家一种非常流畅的体验。当然，这里面隐藏着一些细节，比如如何精确地计算时间差来保证方块下落速度在不同帧率下保持一致，这需要一点数学处理，但我发现大多数初学者会先简化处理，之后再优化。

方块旋转的数学原理和实现细节？

方块旋转，这玩意儿初看起来可能有点绕，但一旦理解了背后的矩阵变换，就会觉得豁然开朗。对我来说，这是整个游戏里最让我感到“智力体操”的部分。

一个俄罗斯方块通常被定义为一个4x4的矩阵（尽管它可能只占据其中的一部分）。比如一个L形方块，在它的4x4“本地”矩阵中，可能表示为：

[0, 0, 0, 0],
[0, 1, 0, 0],
[0, 1, 0, 0],
[0, 1, 1, 0]

要将这个矩阵顺时针旋转90度，我们可以应用一个通用的数学公式：对于矩阵中的任意一个点 (oldX, oldY)，它旋转后的新坐标 (newX, newY) 可以这样计算：

• 顺时针90度： newX = oldY，newY = (N - 1) - oldX
• 逆时针90度： newX = (N - 1) - oldY，newY = oldX

其中 N 是矩阵的维度（在这里是4）。

所以，实现旋转的关键步骤是：

1. 获取当前方块的形状矩阵。
2. 创建一个新的空矩阵，大小与原矩阵相同。
3. 遍历原矩阵中的每一个“有方块”的单元格（即值为1的单元格）。
4. 根据上述旋转公式，计算出这个单元格在旋转后的新位置。
5. 将新位置在新矩阵中标记为“有方块”（赋值为1）。
6. 将这个新矩阵作为方块旋转后的形状。

这是一个伪代码的例子，展示如何进行顺时针旋转：

function rotateMatrixClockwise(matrix) {
    const N = matrix.length; // 矩阵维度，通常是4
    const rotatedMatrix = Array(N).fill(0).map(() => Array(N).fill(0));

    for (let y = 0; y < N; y++) {
        for (let x = 0; x < N; x++) {
            // 如果原矩阵该位置有方块
            if (matrix[y][x] !== 0) {
                // 计算旋转后的新位置
                const newX = y;
                const newY = (N - 1) - x;
                rotatedMatrix[newY][newX] = matrix[y][x]; // 将方块值复制过去
            }
        }
    }
    return rotatedMatrix;
}

值得注意的是，每个方块都有一个“旋转中心点”，但我们通常不是围绕这个点在画布上做几何旋转，而是直接在它的局部矩阵里做变换，然后将变换后的新矩阵映射到游戏板上。这简化了坐标转换的复杂性。

旋转后的碰撞检测与“踢墙”机制如何实现？

旋转本身只是形状的改变，但更重要的是，旋转后的方块能不能“合法”地呆在游戏板上。这就是碰撞检测和“踢墙”（Wall Kick）机制的用武之地，它让你的俄罗斯方块玩起来更像正版游戏，而不是一个“旋转就卡住”的半成品。

碰撞检测

在方块完成旋转（得到新的形状矩阵）后，你需要检查这个新形状在当前位置是否会与以下情况发生碰撞：

1. 边界碰撞： 方块的任何部分是否超出了游戏板的左右边界或底部。
2. 方块碰撞： 方块的任何部分是否与游戏板上已固定的其他方块重叠。

实现方式通常是：遍历旋转后方块的每一个单元格，计算它在游戏板上的实际坐标。然后检查这些坐标是否在游戏板的有效范围内，并且对应的游戏板单元格是否为空。如果任何一个单元格不满足条件，就意味着发生了碰撞。

“踢墙”机制（Wall Kick）

简单地检测碰撞并回滚旋转是不够的。真正的俄罗斯方块（特别是遵循SRS，即Super Rotation System的）允许方块在旋转时“微调”位置，以避免卡住。这就是“踢墙”。

当一个旋转尝试导致碰撞时，游戏会尝试一系列预定义的“偏移量”（kick data）。这些偏移量通常是一对 (deltaX, deltaY)，表示尝试将方块向左/右/下移动多少格。

例如，对于一个从0度旋转到90度的方块，如果它碰撞了，系统可能会依次尝试：

• 尝试向右移动1格。
• 如果还碰撞，尝试向左移动1格。
• 如果还碰撞，尝试向右移动2格。
• ...等等。

每尝试一个偏移量，都会再次进行碰撞检测。如果找到了一个不碰撞的偏移量，那么旋转成功，方块被移动到那个新位置。如果所有的偏移量都尝试过了仍然碰撞，那么这次旋转就被认为是失败的，方块保持原状。

不同类型的方块（特别是I型方块，因为它很长）和不同的旋转方向（顺时针/逆时针）以及不同的起始/目标旋转状态，都有各自独特的“踢墙”数据。这些数据通常以表格形式硬编码在游戏中。

这个机制的实现通常是这样的：

1. 定义一个 kickData 数组，存储不同方块类型、不同旋转状态转换时的偏移量列表。
2. 当玩家请求旋转时，先计算出旋转后的方块新形状。
3. 调用一个 isValidPosition(shape, x, y) 函数来检查这个新形状在当前 (x, y) 位置是否有效（不碰撞）。
4. 如果 isValidPosition 返回 false，则遍历 kickData 数组中对应的偏移量。
5. 对于每个偏移量 (dx, dy)，计算 (x + dx, y + dy)，然后再次调用 isValidPosition。
6. 如果找到一个有效的偏移量，更新方块的 x 和 y 坐标，并接受旋转后的形状。
7. 如果所有偏移量都无效，则放弃本次旋转。

这部分逻辑确实比较复杂，因为你需要维护不同方块的旋转状态（0度、90度、180度、270度），并根据这些状态来选择正确的踢墙数据。但一旦实现，游戏的体验会大幅提升。

到这里，我们也就讲完了《HTML俄罗斯方块制作与旋转实现解析》的内容了。个人认为，基础知识的学习和巩固，是为了更好的将其运用到项目中，欢迎关注golang学习网公众号，带你了解更多关于的知识点！