S BOOKS FOR PROFESSIONALS BY PROFESSIONALS® t THE EXPERT’S VOICE® IN JAVA e m k o s k Beginning Java Game Development with LibGDX i B Beginning Java Game Development with LibGDX covers the design and creation of video games e Beginning using the Java programming language, with the LibGDX soft ware library. By reading this book, g you will learn how to design video game programs and how to build them in Java. You will be i n able to create your own 2D games, using various hardware for input (keyboard/mouse, gamepad n controllers, touchscreen), and create executable versions of your games. Java Game i n The LibGDX library facilitates the game development process by providing pre-built functionality g for common tasks. It is a free, open source library that includes full cross-platform compat- J ibility, so programs written using this library can be compiled to run on desktop computers a (Windows/Mac OS X), web browsers, and smartphones/tablets (both Android and iOS). v a Development Beginning Java Game Development with LibGDX teaches by example with many game case G study projects that you will build throughout the book. This ensures that you will see all of the a APIs that are encountered in the book in action and learn to incorporate them into your own m projects. The book also focuses on teaching core Java programming concepts and applying e them to game development. LibGDX D with • How to use the LibGDX framework to create fi ve 2D arcade game case studies e • How to compile your game to run on multiple platforms, such as iOS, Android, v Windows, and MacOS e l • How to incorporate diff erent control schemes, such as touchscreen, gamepad, o and keyboard p m Create a great variety of games quickly e n and ef f iciently with LibGDX t w — i t h Lee Stemkoski L i b G D ISBN 978-1-4842-1501-2 X 53999 Shelve in: Graphics/Game Programming User level: 9781484215012 Intermediate www.apress.com Beginning Java Game Development with LibGDX Lee Stemkoski Beginning Java Game Development with LibGDX Copyright © 2015 by Lee Stemkoski This work is subject to copyright. All rights are reserved by the Publisher, whether the whole or part of the material is concerned, specifically the rights of translation, reprinting, reuse of illustrations, recitation, broadcasting, reproduction on microfilms or in any other physical way, and transmission or information storage and retrieval, electronic adaptation, computer software, or by similar or dissimilar methodology now known or hereafter developed. Exempted from this legal reservation are brief excerpts in connection with reviews or scholarly analysis or material supplied specifically for the purpose of being entered and executed on a computer system, for exclusive use by the purchaser of the work. Duplication of this publication or parts thereof is permitted only under the provisions of the Copyright Law of the Publisher’s location, in its current version, and permission for use must always be obtained from Springer. Permissions for use may be obtained through RightsLink at the Copyright Clearance Center. Violations are liable to prosecution under the respective Copyright Law. ISBN-13 (pbk): 978-1-4842-1501-2 ISBN-13 (electronic): 978-1-4842-1500-5 Trademarked names, logos, and images may appear in this book. Rather than use a trademark symbol with every occurrence of a trademarked name, logo, or image we use the names, logos, and images only in an editorial fashion and to the benefit of the trademark owner, with no intention of infringement of the trademark. The use in this publication of trade names, trademarks, service marks, and similar terms, even if they are not identified as such, is not to be taken as an expression of opinion as to whether or not they are subject to proprietary rights. While the advice and information in this book are believed to be true and accurate at the date of publication, neither the authors nor the editors nor the publisher can accept any legal responsibility for any errors or omissions that may be made. The publisher makes no warranty, express or implied, with respect to the material contained herein. Managing Director: Welmoed Spahr Lead Editor: Ben Renow-Clarke Technical Reviewer: Garry Patchett Editorial Board: Steve Anglin, Pramila Balan, Louise Corrigan, Jonathan Gennick, Robert Hutchinson, Celestin Suresh John, Michelle Lowman, James Markham, Susan McDermott, Matthew Moodie, Jeffrey Pepper, Douglas Pundick, Ben Renow-Clarke, Gwenan Spearing Coordinating Editor: Mark Powers Copy Editor: Sharon Wilkey Compositor: SPi Global Indexer: SPi Global Artist: SPi Global Distributed to the book trade worldwide by Springer Science+Business Media New York, 233 Spring Street, 6th Floor, New York, NY 10013. Phone 1-800-SPRINGER, fax (201) 348-4505, e-mail [email protected], or visit www.springeronline.com. Apress Media, LLC is a California LLC and the sole member (owner) is Springer Science + Business Media Finance Inc (SSBM Finance Inc). SSBM Finance Inc is a Delaware corporation. For information on translations, please e-mail [email protected], or visit www.apress.com. Apress and friends of ED books may be purchased in bulk for academic, corporate, or promotional use. eBook versions and licenses are also available for most titles. For more information, reference our Special Bulk Sales–eBook Licensing web page at www.apress.com/bulk-sales. Any source code or other supplementary materials referenced by the author in this text is available to readers at www.apress.com/9781484215012. For detailed information about how to locate your book’s source code, go to www.apress.com/source-code/. Readers can also access source code at SpringerLink in the Supplementary Material section for each chapter. Contents at a Glance About the Author �����������������������������������������������������������������������������������������������������xi About the Technical Reviewer �������������������������������������������������������������������������������xiii Acknowledgments ���������������������������������������������������������������������������������������������������xv Introduction �����������������������������������������������������������������������������������������������������������xvii ■ Chapter 1: Getting Started with Java and LibGDX �������������������������������������������������1 ■ Chapter 2: The LibGDX Framework ����������������������������������������������������������������������13 ■ Chapter 3: Extending the Framework ������������������������������������������������������������������47 ■ Chapter 4: Adding Polish to Your Game ���������������������������������������������������������������87 ■ Chapter 5: Alternative Sources of User Input ����������������������������������������������������111 ■ Chapter 6: Additional Game Case Studies ���������������������������������������������������������125 ■ Chapter 7: Integrating Third-Party Software �����������������������������������������������������173 ■ Chapter 8: Introduction to 3D Graphics �������������������������������������������������������������227 ■ Chapter 9: The Journey Continues���������������������������������������������������������������������255 ■ Appendix A: Review of Java Fundamentals �������������������������������������������������������265 Index ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������273 iii Contents About the Author �����������������������������������������������������������������������������������������������������xi About the Technical Reviewer �������������������������������������������������������������������������������xiii Acknowledgments ���������������������������������������������������������������������������������������������������xv Introduction �����������������������������������������������������������������������������������������������������������xvii ■ Chapter 1: Getting Started with Java and LibGDX �������������������������������������������������1 Choosing a Development Environment ����������������������������������������������������������������������������1 Setting Up BlueJ ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������2 Downloading and Installing ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������2 Using BlueJ ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������2 Setting Up LibGDX�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������5 Creating a “Hello, World!” Program with LibGDX ��������������������������������������������������������������6 Advantages to Using LibGDX ������������������������������������������������������������������������������������������11 Summary ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������11 ■ Chapter 2: The LibGDX Framework ����������������������������������������������������������������������13 Understanding the Life Cycle of a Game ������������������������������������������������������������������������14 Working with User Input �������������������������������������������������������������������������������������������������17 Managing the Action ������������������������������������������������������������������������������������������������������21 The Sprite Class ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������21 The Actor Class �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������23 Implementing Visual Effects �������������������������������������������������������������������������������������������29 Value-Based Animations �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������29 Image-Based Animations ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������30 v ■ Contents Introducing User Interfaces ��������������������������������������������������������������������������������������������32 Labels and Bitmap Fonts ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������33 Layering with Stage Objects �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������34 Cameras and Scrolling �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������35 Handling Multiple Screens ���������������������������������������������������������������������������������������������37 Summary ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������46 ■ Chapter 3: Extending the Framework ������������������������������������������������������������������47 Cheese, Please! Revisited ����������������������������������������������������������������������������������������������47 Discrete Input ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������47 Abstract Class Design ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������48 Refactoring the Project �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������50 Balloon Buster: A Mouse-Driven Game���������������������������������������������������������������������������59 Balloons ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������61 Adding Interactivity �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������64 Next Steps ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������68 Starfish Collector: A Game with Improved Actor Classes �����������������������������������������������68 The BaseActor Class �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������70 The AnimatedActor Class ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������75 The PhysicsActor Class�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������77 Creating the Game ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������80 Next Steps ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������86 Summary ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������86 ■ Chapter 4: Adding Polish to Your Game ���������������������������������������������������������������87 Audio ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������87 Advanced User-Interface Design ������������������������������������������������������������������������������������89 Arranging UI Elements ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������91 Managing Resources ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������94 Using Customized Bitmap Fonts �����������������������������������������������������������������������������������������������������������96 Creating Buttons �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������99 vi ■ Contents Setting Up the Start Screen ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������100 Creating an Overlay Menu ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������105 Summary ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������109 ■ Chapter 5: Alternative Sources of User Input ����������������������������������������������������111 Gamepad Controllers ����������������������������������������������������������������������������������������������������111 Continuous Input ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������113 Discrete Input �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������115 Touch-Screen Controls �������������������������������������������������������������������������������������������������117 Working with a Touch Pad ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������120 Redesigning the User Interface ����������������������������������������������������������������������������������������������������������121 Summary ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������124 ■ Chapter 6: Additional Game Case Studies ���������������������������������������������������������125 Space Rocks �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������126 The Spaceship ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������128 Lasers �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������131 Rocks and Explosions �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������135 Next Steps ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������138 Plane Dodger ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������138 Infinite Scrolling Effects ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������140 Player Plane ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������142 Stars and Sparkles �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������144 Enemy Planes �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������146 Next Steps ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������147 Rectangle Destroyer �����������������������������������������������������������������������������������������������������148 The Paddle ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������150 The Brick ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������150 The Ball �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������151 The Power-up �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������156 Setting Up the Game ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������157 Next Steps ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������161 vii ■ Contents 52-Card Pickup �������������������������������������������������������������������������������������������������������������161 Cards and Piles �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������162 Setting Up the Game ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������164 Providing Visual Hints �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������169 Next Steps ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������170 Summary ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������171 ■ Chapter 7: Integrating Third-Party Software �����������������������������������������������������173 Working with Particle Systems in LibGDX ��������������������������������������������������������������������173 The LibGDX Particle Editor ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������173 Rocket-Thruster Effect �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������176 Explosion Effect ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������177 The ParticleActor Class �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������178 Starscape: An Interactive Visual Demo �����������������������������������������������������������������������������������������������179 Using Tiled for Level Design �����������������������������������������������������������������������������������������182 Creating Tilemaps �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������183 Treasure Quest: An Adventure-Style Exploration Game ����������������������������������������������������������������������189 Creating Four-Directional Character Animations ��������������������������������������������������������������������������������195 Simulating Advanced Physics with Box2D �������������������������������������������������������������������199 Physics Primer ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������201 The Box2DActor Class ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������202 Jumping Jack: A Physics-Based Sandbox Game ��������������������������������������������������������������������������������207 Integrating Multiple Components ���������������������������������������������������������������������������������215 Preliminary Setup �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������216 Jumping Jack 2: Even More Coins ������������������������������������������������������������������������������������������������������218 Summary ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������225 ■ Chapter 8: Introduction to 3D Graphics �������������������������������������������������������������227 Exploring 3D Concepts and Classes �����������������������������������������������������������������������������227 Creating a Minimal 3D Demo����������������������������������������������������������������������������������������230 viii ■ Contents Re-creating the Actor/Stage Framework ����������������������������������������������������������������������233 The BaseActor3D Class�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������233 The Stage3D Class ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������237 Creating an Interactive 3D Demo ��������������������������������������������������������������������������������������������������������240 Pirate Cruiser: Navigating the Sea in 3D ����������������������������������������������������������������������246 Next Steps ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������254 Summary ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������254 ■ Chapter 9: The Journey Continues���������������������������������������������������������������������255 Continuing Your Developing������������������������������������������������������������������������������������������255 Working on Projects����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������255 Obtaining Art Resources ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������256 Participating in Game Jams ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������257 Overcoming Difficulties ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������257 Broadening Your Horizons ��������������������������������������������������������������������������������������������258 Playing Different Games ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������258 Increasing Your Skill Set ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������259 Recommended Reading����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������259 Disseminating Your Games �������������������������������������������������������������������������������������������260 Packaging for Desktop Computers �����������������������������������������������������������������������������������������������������260 Compiling for Other Platforms ������������������������������������������������������������������������������������������������������������261 Finding Distribution Outlets ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������263 ■ Appendix A: Review of Java Fundamentals �������������������������������������������������������265 Data Types and Operators ��������������������������������������������������������������������������������������������265 Control Structures ��������������������������������������������������������������������������������������������������������266 Conditional Statements ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������266 Repetition Statements ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������268 Methods �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������269 Objects and Classes �����������������������������������������������������������������������������������������������������270 Summary ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������272 Index ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������273 ix About the Author Lee Stemkoski is a professor of computer science and mathematics. He has been teaching for ten years, with a focus on video game programming and related courses for the past five years. He has authored many scholarly articles as well as game development tutorials. xi