Cocos2d-x 寻路算法之一 距离优先


原文地址:http://www.waitingfy.com/archives/820
文章作者:瓦力冫

1.效果图

寻路这块在游戏中一直很重要,花了点时间研究了下这个问题,主要参考的是《Data Structures For Game Programmers》,其他的算法用普通Console演示就行了,寻路算法还是用一个界面比较好,最近在学Cocos2d-x,就用它了。用到Cocos2d-x中的基本画线段,画矩形就行了,还有简单的sprite拖动。这demo建了一个线条类,继承CCNode,重写draw方法就行了。在draw方法中简单地调用ccDrawColor4F函数来设置颜色,ccDrawLine来画线条,非常容易,Cocos2d-x这些函数封装了opengles中的原始函数,使用非常简单。sprite拖动可以参考这篇文章《Cocos2d-x Touch 事件应用的一个例子 》

p1

1.小人和红色X都可以用鼠标移动,移到上面的地图上,表示寻路起点和终点。

2.Distance, Simple Heuristic, Complex Heuristic, A Star分别是4种寻路算法,点击程序就会开始演示寻路过程。

3.地图的格子点击会加深颜色,总共4个等级,白,灰,深灰,黑,表示该格子的通过难度,白色是1,灰是2,深灰是3,黑色是不可通过区域。

4.”+++”表示加快演示速度,”—”表示降低演示速度。

2. Breadth – First Search算法

顾名思义,有点像呼吸,一层层地扩展开来,这个时候队列(Queue),stl中的deque就派上用场了。deque不懂可以参考这篇文章《C++ Queue Example Rearranging RailRoad Cars》

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起点在中心,会先访问它的第一个外圈,再是第二个。现在我觉得它更像一颗石头扔在水面上的效果。

下面是伪代码:

BreadthFirst( Node )
Queue.Enqueue( Node )Mark( Node )
While( Queue.IsNotEmpty )
Process( Queue.Front )
For Each Child of Queue.Front
if NotMarked( Child )
Queue.Enqueue( Child )
Mark( Child )
end if
end For
Queue.Dequeue()
End While
End Function

遍历一个树或者图都可以用这个方法。在我们这里遇到了点麻烦,因为我们都知道斜角的距离是根号2的倍数,要比上下左右方向远,因为寻路,很重要的因素的距离的长短。我们需要考虑距离这个因素了。

3.Distance – First Search

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起点还在中心,这张图显示了每一格到中心的估算距离。如果依靠距离优先的算法,下图是寻路次序:

p4

所以我们定义了一个方向数组:

const int DIRECTION[8][2]={
{0,1},  //north
{1,0},  //east
{0,-1},  //south
{-1,0},  //west
{1,1},  //northeast
{1,-1},  //southeast
{-1,-1},  //southwest
{-1,1}  //northwes
};

这样通过一个for循环,就可以访问它周围一圈的格子了,而且是按照距离优先了,上下左右优先,斜角次些。

因为是地图,我们这里简单定义了一个2维数组,非常简单用一个vector就可以模拟了,假定读者熟悉stl中的vector和C++中的template,不熟悉可以参考这篇文章《STL Vector》《C++ 基础之 “模版函数”,”类模版”》

#ifndef ARRAY2D_H
#define ARRAY2D_H
 
#include 
 
using namespace std;
 
template 
class Array2D{
public:
    Array2D(int p_width, int p_height):m_array(p_width * p_height),
        m_width(p_width),m_height(p_height){
    }
    Datatype* Get(int p_x, int p_y)const{
        return m_array[p_y * m_width + p_x];
    }
    void Set(int p_x, int p_y, Datatype* data){
        m_array[p_y * m_width + p_x] = data;
    }
    int Size() const{
        return m_width * m_height;
    }
    int Width() const{
        return m_width;
    }
    int Height()const{
        return m_height;
    }
private:
    vector m_array;
    int m_width;
    int m_height;
 
};
 
#endif

我们还定义了一个Cell类表示每一个格子:它有很多属性,像位置,最短距离到这个Cell的Cell的位置,是否已经处理过,到起点的距离,是否可以通过,还有就是这个Cell的权重,表示经过难度。我们这里使用了一个从cocos2d-x中拷来的宏,这样get和set方法就不用手写了。

#ifndef _CELL_H
#define _CELL_H
 
#define SYNTHESIZE(varType, varName, funName)\
protected: varType varName;\
public: virtual varType get##funName(void) const { return varName; }\
public: virtual void set##funName(varType var){ varName = var; }
 
class Cell{
public:
    Cell():_marked(false),_distance(0),_lastX(-1),_lastY(-1),
        _x(-1),_y(-1),_passable(true),_weight(1),_drawProgress(false){
    }
 
    SYNTHESIZE(int, _x, X);                       //start at left bottom
    SYNTHESIZE(int, _y, Y);                       //start at left bottom
    SYNTHESIZE(int, _lastX, LastX);               //store the nearest cell's location related this cell
    SYNTHESIZE(int, _lastY, LastY);               //store the nearest cell's location related this cell
    SYNTHESIZE(bool, _marked, Marked);            //whether this cell process or not
    SYNTHESIZE(float, _distance, Distance);       //distance between this cell and start
    SYNTHESIZE(bool, _passable, Passable);        //whether this call can pass
    SYNTHESIZE(int, _drawProgress, DrawProgress); //just for draw the path finding progress
    inline void setWeight(int weight){
        if(weight > 4){
            _weight = 1;
        }else{
            _weight = weight;
            setPassable(weight == 4 ? false : true);
        }
 
    }
    inline int getWeight()const{ return _weight;}
private:
    int _weight;              //default is 1, 4 means this cell is impassable.
                               //distance have relationship with weight
};
 
#endif

核心算法如下:事先需要了解的知识:因为我们需要按照最短距离优先寻路,所以一个优先队列就需要了,这里简单地使用了heap,对heap不了解的可以看下这篇文章《HeapSort(堆排序 C++) 》,下面还用上了C++中的函数指针,可以参考这篇文章《C++ 函数指针 函数名作为参数 》,为什么要用函数指针呢?看完整个寻路算法系列你就知道了。

语言解释:

先把起点Cell加入到heap中,对这个Cell的周围8个Cell进行处理,主要是更新他们到起点的距离和记录最短距离到这个Cell的Cell的位置。每次找到一个新的Cell:
1.如果还没处理过,标上处理过标志,更新他们到起点的距离和记录最短距离到这个Cell的Cell的位置,再把这个Cell加入到堆中,重新形成一个堆,这样开始很容易得到离起点最近的点。

2.如果处理过,看下新的距离是不是比老的距离短,如果短,更新上面的提到的两点。

不断处理,直到访问了所有的点或者找到终点了。

下面是代码,整个寻路算法的核心代码:

typedef bool (*compareTwoCells)(Cell *c1, Cell *c2);
bool compareTwoCellsByDistance(Cell *c1, Cell *c2){
    if(c1->getDistance() <= c2->getDistance()){
        return false;
    }else{
        return true;
    }
}
void HelloWorld::startPathFinding(compareTwoCells compareMethod, int startX,int startY,int goalX,int goalY){
    Cell *startCell = _m_Map.Get(startX, startY);
    vector vecCells;
    vecCells.push_back(startCell);
    make_heap(vecCells.begin(),vecCells.end(),compareMethod);
    startCell->setMarked(true);
    Cell *nowProcessCell;
 
    while(vecCells.size() != 0){
        pop_heap(vecCells.begin(),vecCells.end(),compareMethod);
        nowProcessCell = vecCells.back();
        vecCells.pop_back();
 
        if(nowProcessCell->getX() == _goalX && nowProcessCell->getY() == _goalY){//the goal is reach
            return;
        }
 
        for(int i = 0; i < 8; ++i){ //check eight direction
 
            int indexX = nowProcessCell->getX() + DIRECTION[i][0];
            int indexY = nowProcessCell->getY() + DIRECTION[i][1];
 
            if(indexX >= 0 && indexX < xLineCount && indexY >= 0 && indexY < yLineCount
                && _m_Map.Get(indexX,indexY)->getPassable() == true){//check is a OK cell or not
                    Cell *cell = _m_Map.Get(indexX,indexY);
                    float beforeDistance = DISTANCE[i] * cell->getWeight() + _m_Map.Get(nowProcessCell->getX(),
                        nowProcessCell->getY())->getDistance();//calculate the distance
                    if(cell->getMarked() == false){ 
                        cell->setMarked(true);
                        cell->setLastX(nowProcessCell->getX());
                        cell->setLastY(nowProcessCell->getY());
                        cell->setDistance(beforeDistance);
                        vecCells.push_back(cell);//only push the unmarked cell into the vector
                        push_heap(vecCells.begin(),vecCells.end(),compareMethod);
                    }else{// if find a lower distance, update it 
                        if(beforeDistance < cell->getDistance()){
                            cell->setDistance(beforeDistance);
                            cell->setLastX(nowProcessCell->getX());
                            cell->setLastY(nowProcessCell->getY());
                            make_heap(vecCells.begin(),vecCells.end(),compareMethod);//distance change,so make heap again
                        }
                    }
            }
 
        }
    }
}
startPathFinding(compareTwoCellsByDistance,_playerX,_playerY,_goalX,_goalY);//demo

4.寻路动态图

p5

我只是简单地在起点和终点间加入了一个不可通过的墙,通过查看蓝色的区域会发现这个算法很慢。目标在右边,这个算法上下左右都找,虽然找到了也太浪费资源了吧?下篇我们来看看其他的寻路算法。

源代码下载

标签: cocos2d-x

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