场景管理

一个真实的游戏不可能只有一屏内容，主菜单、游戏画面、结算界面等，这些都是游戏的不同「场景」。原生MonoGame并没有场景的概念，所有逻辑都写在Game1类里，随着功能增加，如果不合理规划工程结构，Update和Draw里将很快塞满各种类似if (isInMenu) ... else if (isPlaying) ...的状态分支，代码会迅速失控。这篇笔记我们先介绍场景管理的几个核心概念，然后讲解MonoGame.Extended提供的Screens模块，它已经把这些概念都封装好了，可以作为一个不错的参考实现供我们学习。

场景管理的核心概念

什么是场景

场景（Screen）是一段自包含的游戏状态。它有自己的游戏逻辑（Update方法）、自己的渲染逻辑（Draw方法）、自己的资源管理逻辑（LoadContent方法和UnloadContent方法），我们可以把每个场景理解成一个“小Game”，主菜单场景只关心菜单的绘制和点击响应，游戏场景只关心地图和角色绘制、输入控制和角色移动和碰撞，二者互不干扰。这样划分的好处很直接，每个场景的代码可以独立成类，新增一个界面就是新增一个场景类，不需要再触碰已有场景的代码，场景的资源也可以随场景加载、随场景卸载，内存占用更可控。

场景栈

游戏在任意时刻可能叠加多个场景，比如主菜单在最底层，进入游戏后游戏画面场景加入一层，游戏中呼出暂停菜单再加入一层，这个结构天然就是一个栈（Stack），我们称之为场景栈，这个结构中，通常只有栈顶的场景处于激活状态。

场景栈结构对应两种基本操作：

Push（压栈）：在当前场景之上显示新场景，比如游戏中呼出暂停界面，原场景还留在栈里，Pop之后就能回来。

Pop（弹栈）：关闭当前场景，回到之前的场景，比如关闭暂停界面回到游戏。

不过在场景栈中，我们有时还需要一种替换语义，例如从主菜单进入游戏时，我们并不想保留主菜单，此时直接关掉主菜单换成游戏场景即可，它等价于Pop加Push的组合。

场景的生命周期

场景和Game类似，应当有一套自己的生命周期钩子，这套钩子是资源管理和状态复位的关键。

时机	说明
`Initialize` / `LoadContent`	场景被显示时调用，用于初始化和加载资源
`OnActivated`	场景成为栈顶激活场景时调用
`OnDeactivated`	场景不再是栈顶时调用（被压栈或关闭）
`UnloadContent` / `Dispose`	场景被关闭时调用，用于卸载和释放资源

MonoGame.Extended的Screens模块

之前章节我们曾介绍过MonoGame.Extended这个标准补充库，它的Screens模块就是上述概念的一套完整实现，包括抽象基类Screen、场景栈管理器ScreenManager，此外它还内置了场景切换的过渡功能，这里我们简单介绍一下。

Screen与GameScreen

Screen是所有场景的抽象基类，它提供了前面介绍的生命周期钩子，以及两个必须实现的抽象方法Update和Draw。实际使用中我们一般继承它的子类GameScreen，后者额外提供了几个便捷的属性，在场景内可以直接使用，不用每次都写Game.Content这样的长链。

属性	说明
`Game`	关联的`Game`实例
`Content`	等价于`Game.Content`，用于加载资源
`GraphicsDevice`	等价于`Game.GraphicsDevice`
`Services`	等价于`Game.Services`

ScreenManager

ScreenManager是场景栈管理器，它本身是一个DrawableGameComponent，这和第6章InputListenerComponent的思路一样，它注册到游戏组件集合的Components后，每帧的Update和Draw都由Game框架自动驱动，这样通过ScreenManager，栈中的场景也就被间接的自动驱动了。下面例子代码中，我们实现两个场景，主菜单场景点击鼠标进入游戏场景，游戏场景按ESC返回主菜单，主菜单场景按ESC退出游戏。

首先是Game1，它现在非常干净，只负责创建和注册ScreenManager，以及统一每帧推进输入状态。

using Microsoft.Xna.Framework;
using MonoGame.Extended.Input;
using MonoGame.Extended.Screens;

namespace Gacfox.Demo.DemoGame;

public class Game1 : Game
{
    private GraphicsDeviceManager _graphics;
    private readonly ScreenManager _screenManager;

    public Game1()
    {
        _graphics = new GraphicsDeviceManager(this);
        Content.RootDirectory = "Content";
        IsMouseVisible = true;

        _screenManager = new ScreenManager();
        Components.Add(_screenManager);
    }

    protected override void Initialize()
    {
        base.Initialize();

        // 游戏启动后显示主菜单场景
        _screenManager.ShowScreen(new MainMenuScreen(this));
    }

    protected override void Update(GameTime gameTime)
    {
        // 每帧推进输入状态（具体判断逻辑在各场景中）
        KeyboardExtended.Update();
        MouseExtended.Update();

        base.Update(gameTime);
    }
}

主菜单场景代码如下，我们继承了GameScreen，场景类中Content、GraphicsDevice等属性可以直接使用。

using Microsoft.Xna.Framework;
using Microsoft.Xna.Framework.Graphics;
using Microsoft.Xna.Framework.Input;
using MonoGame.Extended.Input;
using MonoGame.Extended.Screens;

namespace Gacfox.Demo.DemoGame;

public class MainMenuScreen : GameScreen
{
    private SpriteBatch _spriteBatch;
    private SpriteFont _font;

    public MainMenuScreen(Game game) : base(game)
    {
    }

    public override void LoadContent()
    {
        _spriteBatch = new SpriteBatch(GraphicsDevice);
        _font = Content.Load<SpriteFont>("Consolas");
    }

    public override void Update(GameTime gameTime)
    {
        if (KeyboardExtended.GetState().WasKeyPressed(Keys.Escape))
        {
            Game.Exit();
        }

        if (MouseExtended.GetState().WasButtonPressed(MouseButton.Left))
        {
            // 进入游戏场景
            ScreenManager.ReplaceScreen(new GameplayScreen(Game));
        }
    }

    public override void Draw(GameTime gameTime)
    {
        GraphicsDevice.Clear(Color.DarkSlateBlue);

        _spriteBatch.Begin();
        _spriteBatch.DrawString(_font, "Main Menu: Click to Start, ESC to Exit", new Vector2(100, 100), Color.White);
        _spriteBatch.End();
    }
}

游戏场景结构完全一样，只是背景和输入响应不同。

using Microsoft.Xna.Framework;
using Microsoft.Xna.Framework.Graphics;
using Microsoft.Xna.Framework.Input;
using MonoGame.Extended.Input;
using MonoGame.Extended.Screens;

namespace Gacfox.Demo.DemoGame;

public class GameplayScreen : GameScreen
{
    private SpriteBatch _spriteBatch;
    private SpriteFont _font;

    public GameplayScreen(Game game) : base(game)
    {
    }

    public override void LoadContent()
    {
        _spriteBatch = new SpriteBatch(GraphicsDevice);
        _font = Content.Load<SpriteFont>("Consolas");
    }

    public override void Update(GameTime gameTime)
    {
        if (KeyboardExtended.GetState().WasKeyPressed(Keys.Escape))
        {
            // 返回主菜单
            ScreenManager.ReplaceScreen(new MainMenuScreen(Game));
        }
    }

    public override void Draw(GameTime gameTime)
    {
        GraphicsDevice.Clear(Color.CornflowerBlue);

        _spriteBatch.Begin();
        _spriteBatch.DrawString(_font, "Gameplay: ESC to Main Menu", new Vector2(100, 100), Color.White);
        _spriteBatch.End();
    }
}

我们可以看到，Game1中的输入判断、渲染代码全部消失了，相关代码逻辑都内聚在所属场景中，这正是场景管理带来的工程结构收益。

ScreenManager的常用API如下。

成员	说明
`ShowScreen(Screen)`	压栈：显示新场景，原场景保留在栈中
`CloseScreen()`	弹栈：关闭栈顶场景并释放，回到下面的场景
`ReplaceScreen(Screen)`	替换：关闭当前场景并显示新场景
`ClearScreens()`	清空场景栈
`ActiveScreen`	当前栈顶场景
`Screens`	场景栈，按从栈底到栈顶排列

场景基类还有两个实用属性UpdateWhenInactive和DrawWhenInactive，默认值为false，即非栈顶场景既不更新也不绘制。某些场景下我们希望下层界面继续可见，比如半透明的暂停菜单叠加在游戏画面上，这时把游戏场景的DrawWhenInactive设为true即可。

场景过渡

Screens模块内置了场景的过渡动画支持，ShowScreen、CloseScreen、ReplaceScreen都有带Transition参数的重载。内置的过渡效果有两个，FadeTransition（淡入淡出）和ExpandTransition（从屏幕中心扩散收缩的矩形遮罩），它们都在命名空间MonoGame.Extended.Screens.Transitions下。

我们把上面的场景切换加上黑色淡入淡出效果，这只需要在切换时多传一个参数就能实现。框架中，同一时间只能运行一个过渡，且过渡播放期间的ShowScreen、CloseScreen等切换调用会被直接忽略，即使玩家在过渡动画期间疯狂点击，也不用担心场景栈被搞乱。

ScreenManager.ReplaceScreen(
    new GameplayScreen(Game),
    new FadeTransition(GraphicsDevice, Color.Black, 0.5f) // 0.5秒的黑色淡入淡出
);

如果内置的两种过渡效果不能满足需求，我们也可以继承Transition基类实现自定义过渡，这需要重写Draw方法，在其中根据进度属性Value（取值0到1）绘制遮罩，实现我们想要的过渡效果。

作者：Gacfox