JavaFX實戰：從零到一實現一個功能豐富的“高級反應速度測試”游戲

大家好！今天我們不搞簡單的“紅變綠就點”了，來點硬核的！我們要用 JavaFX 從頭開始，構建一個更復雜、更有趣也更考驗能力的“高級反應速度測試”游戲。這個版本將引入選擇反應時 (Choice Reaction Time) 的概念——你需要在多個干擾項中快速找到并點擊指定的目標，這更貼近我們現實生活中的反應場景。

這篇文章將帶你深入了解這個游戲的開發全過程，涉及 JavaFX 布局、事件處理、狀態管理、動畫與計時器、動態 UI 生成等多個方面。無論你是 JavaFX 新手想找個練手項目，還是有經驗的開發者想看看具體應用，相信都能有所收獲。

我們將實現的核心功能：

多目標呈現與選擇： 屏幕隨機位置出現多個圖形（圓形/方形），每次你需要點擊指定的那一種。
干擾項： 除了目標，還有形狀或顏色不同的干擾項。
計時與計分： 精確測量反應時間，并根據表現（命中、誤擊、錯過）進行計分。
多輪測試與統計： 游戲包含固定次數的測試（試次），結束后給出總分和平均反應時間。

設計先行：游戲流程與界面布局

在敲代碼之前，先理清思路很重要。

游戲流程大概是這樣：

初始狀態： 顯示標題和“開始游戲”按鈕。
開始游戲： 重置分數和統計，禁用開始按鈕，進入第一個試次。
準備階段 (GET_READY)： 屏幕清空，提示本次要點擊的目標（如“準備… 點擊圓形！”），并隨機等待 1-2.5 秒。
刺激呈現 (SHOWING_STIMULUS)： 在屏幕隨機位置同時顯示目標和干擾項圖形，并開始計時。提示變為“點擊！”。
玩家交互：
- 正確點擊目標： 記錄反應時間，加分，進入下一試次的“準備階段”。
- 點擊干擾項： 扣分，進入下一試次的“準備階段”。
- 點擊背景或超時（1.5秒內未點擊）： 算作“錯過”，扣少量分，進入下一試次的“準備階段”。
單次試次結束 (TRIAL_OVER)： 短暫顯示本次結果（命中/點錯/錯過），然后自動進入下一試次。
整輪結束 (ROUND_OVER)： 完成所有試次（如10次）后，顯示總得分、平均反應時間、命中/錯誤/錯過統計，并重新啟用“開始游戲”按鈕（文本變為“再玩一輪”）。

界面布局：

我們選用 BorderPane 作為根布局，邏輯清晰：

頂部 (Top)： 使用 VBox 垂直排列顯示游戲狀態/指示 (instructionLabel)、試次進度 (trialLabel)、當前得分 (scoreLabel) 和平均反應時間 (avgTimeLabel)。
中部 (Center)： 使用 Pane 作為游戲核心區域 (gamePane)。選擇 Pane 是因為它允許我們通過 setLayoutX/Y 精確控制子節點（圖形）的絕對位置，這對于隨機放置目標至關重要。
底部 (Bottom)： 使用 HBox 水平放置控制按鈕（目前只有一個“開始游戲”按鈕 startButton）。

在這里插入圖片描述

核心技術點深度解析

1. 狀態管理：`GameState` 枚舉與狀態機

對于一個交互流程稍復雜的應用，清晰的狀態管理是關鍵。我們定義了一個 GameState 枚舉：

private enum GameState {INITIAL, GET_READY, SHOWING_STIMULUS, TRIAL_OVER, ROUND_OVER
}
private GameState currentState = GameState.INITIAL;

程序在任何時候都處于其中一個狀態。所有的事件處理（如鼠標點擊）和流程控制（如計時器結束）都會首先檢查 currentState，并根據當前狀態執行相應的邏輯，然后可能轉換到下一個狀態。這形成了一個簡單的狀態機，大大降低了邏輯混亂的風險。例如，只有在 SHOWING_STIMULUS 狀態下，點擊圖形才有效；在其他狀態下點擊會被忽略或有不同處理（如 RESULT 狀態點擊是重新開始）。

2. 動態 UI 生成與布局：`Pane` 的妙用

游戲的核心在于動態生成和放置圖形。

圖形生成 (generateShapes)： 每次 showStimulus 時，此方法會：
- 隨機決定本輪目標是圓是方 (targetShapeDefinition)。
- 創建一個對應的正確目標節點 (correctTargetNode)，設置目標顏色 (TARGET_COLOR)。
- 循環創建指定數量的干擾項。干擾項與目標的區別是隨機的（要么形狀不同，要么顏色不同，使用預定義的干擾色）。
- 為每個創建的圖形節點（目標和干擾項）添加點擊事件監聽器 (addClickHandler)。
隨機放置 (placeShapesRandomly)：
- 獲取 gamePane 的實際寬高。
- 對每個圖形，在 gamePane 內隨機生成 x, y 坐標（注意留出邊緣空間）。
- 關鍵：使用 Pane 布局，可以直接設置 shape.setLayoutX(x) 和 shape.setLayoutY(y) 來定位。
- 避重疊（簡化版）： 為了防止圖形完全疊在一起，我們做了一個簡單的檢查：新生成的坐標 (x, y) 是否與 gamePane 上已存在的其他圖形的中心點過于接近（距離小于 TARGET_SIZE * 1.5）。如果太近，則重新生成坐標，并限制嘗試次數防止死循環。這個方法可以進一步優化（例如使用更精確的邊界盒碰撞檢測或更智能的布局算法），但對于這個游戲基本夠用。

3. 精確計時與動畫控制：`PauseTransition` 和 `Timeline`

時間控制是反應測試的核心。JavaFX 提供了方便的動畫 API：

PauseTransition (waitTimer)： 用于實現“準備”階段(GET_READY) 的隨機等待。它非常適合執行一次性的延遲任務。我們設置一個隨機的持續時間，當 onFinished 事件觸發時，調用 showStimulus() 方法。

// 在 startNextTrial() 中
double waitSeconds = MIN_WAIT_SECONDS + random.nextDouble() * (MAX_WAIT_SECONDS - MIN_WAIT_SECONDS);
waitTimer = new PauseTransition(Duration.seconds(waitSeconds));
waitTimer.setOnFinished(event -> showStimulus()); // 延遲結束時顯示圖形
waitTimer.play();

Timeline (stimulusTimer)： 用于限制刺激物顯示的最長時間。如果玩家在 STIMULUS_DURATION_SECONDS 內沒有點擊任何東西，Timeline 會觸發它的 KeyFrame 事件。我們在該事件處理器中檢查當前狀態是否仍然是 SHOWING_STIMULUS，如果是，則調用 handleMiss() 處理超時。
```
// 在 showStimulus() 中
stimulusTimer = new Timeline(new KeyFrame(Duration.seconds(STIMULUS_DURATION_SECONDS), event -> {if (currentState == GameState.SHOWING_STIMULUS) {handleMiss(); // 超時算作錯過}
}));
stimulusTimer.play();
```
反應時間測量： 我們使用 System.nanoTime() 來獲取納秒級精度的時間戳。在 showStimulus() 時記錄圖形出現的 stimulusAppearTimeNanos，在玩家點擊時 (handleCorrectHit) 再次獲取當前時間，兩者之差除以 1_000_000 就得到毫秒級的反應時間。nanoTime() 比 currentTimeMillis() 更適合測量這種短時間間隔。

4. 事件處理：區分目標、干擾項與背景

用戶交互的核心是鼠標點擊。

圖形點擊 (addClickHandler)： 我們為每個生成的圖形（包括目標和干擾項）都添加了 setOnMouseClicked 監聽器。這個監聽器內部：
- 首先檢查 currentState == GameState.SHOWING_STIMULUS，確保只在該狀態下響應。
- 調用 stopTimers() 停止所有計時器。
- 計算反應時間。
- 根據傳入的 isCorrectTarget 布爾值，調用 handleCorrectHit 或 handleIncorrectHit。
- 調用 event.consume() 非常重要，它阻止鼠標點擊事件繼續向上傳播給父容器 gamePane。否則，點擊圖形也會觸發 gamePane 的背景點擊事件。
背景點擊 (gamePane.setOnMouseClicked)： 這個監聽器用于捕捉玩家在刺激物顯示期間點擊了空白區域的情況。如果發生，則調用 handleMiss()。

5. 游戲流程控制與反饋

試次循環 (startNextTrial, scheduleNextTrial)： startNextTrial 負責準備一次測試的所有工作。當一次測試結束時（handleCorrectHit, handleIncorrectHit, handleMiss），它們都會調用 scheduleNextTrial。scheduleNextTrial 內部使用一個短暫的 PauseTransition (例如1秒) 來延遲執行 startNextTrial，目的是讓玩家有時間看到本次試次的結果反饋，然后再進入下一次準備。
結束與重玩 (endRound)： 當 currentTrial 達到 NUM_TRIALS 時觸發，負責清場、計算并顯示最終統計數據，并重置開始按鈕狀態允許重玩。
UI 更新 (updateUI)： 這個輔助方法被頻繁調用，用于將內部狀態（分數、試次、平均時間）實時反映到界面標簽上。注意在 ROUND_OVER 狀態下要避免覆蓋最終的統計顯示。