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如何基于Cocos2d-x 3.0实现A星寻路算法 转

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摘自:http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5ODAxNTM2NA==&mid=200082124&idx=1&sn=7f2ea530bc79e9d92a90ed05fc4de5ef#rd

在学习本篇教程之前,如果你有cocos2d-x的开发经验,将会有所帮助。如果没有也没关系,因为你可以将这里讲解的例子迁移到其他的语言或者框架中。

找到到达你键盘的最短路径,开始吧!

Maze猫

首先介绍下我们将要在本篇教程中开发的简单游戏。

前往下载本篇教程的工程代码(https://github.com/cocos2d/cocos-docs/blob/master/tutorial/how-to-use-a-star-in-cocos2dx/code.zip)。编译运行工程,你将看到以下画面。

在这款游戏中,你扮演着一只小偷猫,在一个由危险的狗守护着的地牢里小心穿行。如果你试图穿过一只狗,他会把你吃掉 – 除非你可以用骨头去贿赂它!

所以在这款游戏中,你的任务是尝试以正确的顺序捡起骨头,然后 寻找路线 穿过狗逃离。

注意到猫只能水平或者垂直的移动(例如不能斜线移动),并且会从一个方块的中心点移动到另一个中心点。每个方块既可以是可通行的也可以是不可通行的。

尝试下这款游戏,看看你能否找到出路!建议你阅读代码以熟悉它的原理。这是一款相当普通的方块-地图式游戏,我们会在接下来的教程中修改它并使用上A星寻路算法。

Maze猫和A星概览

正如你所看到的,当你点击地图某处时,猫会沿着你点击的方向跳到相邻的方块上。

我们想对程序做修改,让猫持续的往你点击的方块方向前进,就像许多RPGs或者point-and-click冒险类游戏。

让我们看下控制触摸事件代码的工作原理。如果你打开HelloWorldScene.cpp文件,你将看到像下面这样去实现触摸操作:

你可以看到这里只是对猫精灵调用了一个方法,让猫在方块地图上往你点击的地方移动。

我们现在要做的是修改在CatSprite.m文件中的以下方法,寻找到达该点的最短路径,并且开始前进:

创建ShortestPathStep类

我们开始创建一个内部类,代表路径上的一步操作。在这种情况下,它是一个方块和由A星算法计算出来的的F,G和H scores。

现在添加以下代码到CatSprite.cpp文件的顶部。

CatSprite::ShortestPathStep::ShortestPathStep() : 
   _position(Point::ZERO),    
   _gScore(0),    
   _hScore(0),    
   _parent(nullptr)
{
}
CatSprite::ShortestPathStep::~ShortestPathStep()
{
}
CatSprite::ShortestPathStep *CatSprite::ShortestPathStep::createWithPosition(const Point &pos)
{ 
    ShortestPathStep *pRet = new ShortestPathStep();    
    if (pRet && pRet->initWithPosition(pos))
    {     
       pRet->autorelease();        
       return pRet;
    }    
    else
    {      
      CC_SAFE_DELETE(pRet);        
      return nullptr;
    }
}
bool CatSprite::ShortestPathStep::initWithPosition(const Point &pos)
{
    bool bRet = false;    
    do
    {     
       this->setPosition(pos);        
       bRet = true;
    } while (0);    
    return bRet;
}
int CatSprite::ShortestPathStep::getFScore() const{ 
   return this->getGScore() + this->getHScore();
}
bool CatSprite::ShortestPathStep::isEqual(const CatSprite::ShortestPathStep *other) const{ 
   return this->getPosition() == other->getPosition();
}
std::string CatSprite::ShortestPathStep::getDescription() const{    return StringUtils::format("pos=[%.0f;%.0f]  g=%d  h=%d  f=%d",              this->getPosition().x, this->getPosition().y,                        this->getGScore(), this->getHScore(), this->getFScore());
}

正如所见,这是一个很简单的类,记录了以下内容:

·方块的坐标

·G值(记住,这是开始点到当前点的方块数量)

·H值(记住,这是当前点到目标点的方块估算数量)

·Parent是它的上一步操作

·F值,这是方块的和值(它是G+H的值)

这里定义了getDescription方法,以方便调试。创建了isEquals方法,当且仅当两个ShortestPathSteps的方块坐标相同时,它们相等(例如它们代表着相同的方块)。

创建Open和Closed列表

打开CatSprite.h文件,添加如下代码:

cocos2d::Vector<ShortestPathStep*> _spOpenSteps;
cocos2d::Vector<ShortestPathStep*> _spClosedSteps;

检查开始和结束点

重新实现moveToward方法,获取当前方块坐标和目标方块坐标,然后检查是否需要计算一条路径,最后测试目标方块坐标是否可行走的(在这里只有墙壁是不可行走的)。打开CatSprite.cpp文件,修改moveToward方法,为如下:

编译运行,在地图上进行点击,如果不是点击到墙壁的话,可以在控制台看到如下信息:

From: 24.000000, 0.000000
To: 20.000000, 0.000000

其中 From 就是猫的方块坐标,To就是所点击的方块坐标。

实现A星算法

根据算法,第一步是添加当前坐标到open列表。还需要三个辅助方法:

·一个方法用来插入一个ShortestPathStep对象到适当的位置(有序的F值)

·一个方法用来计算从一个方块到相邻方块的移动数值

·一个方法是根据”曼哈顿距离”算法,计算方块的H值

打开CatSprite.cpp文件,添加如下方法:

接下来,需要一个方法去获取给定方块的所有相邻可行走方块。因为在这个游戏中,HelloWorld管理着地图,所以在那里添加方法。打开HelloWorldScene.cpp文件,添加如下方法:

可以继续CatSprite.cpp中的moveToward方法了,在moveToward方法的后面,添加如下代码:

添加以下方法:

ssize_t CatSprite::getStepIndex(const cocos2d::Vector<CatSprite::ShortestPathStep *> &steps, const CatSprite::ShortestPathStep *step)
{
    for (ssize_t i = 0; i < steps.size(); ++i)
    {
        if (steps.at(i)->isEqual(step))
        {
            return i;
        }
    }
    return -1;
}

编译运行,在地图上进行点击,如下图所示:

From: 24.000000, 0.000000
To: 23.000000, 3.000000
PATH FOUND :
pos=[23;3]  g=10  h=0  f=10
pos=[22;3]  g=9  h=1  f=10
pos=[21;3]  g=8  h=2  f=10
pos=[20;3]  g=7  h=3  f=10
pos=[20;2]  g=6  h=4  f=10
pos=[20;1]  g=5  h=5  f=10
pos=[21;1]  g=4  h=4  f=8
pos=[22;1]  g=3  h=3  f=6
pos=[23;1]  g=2  h=2  f=4
pos=[24;1]  g=1  h=3  f=4
pos=[24;0]  g=0  h=0  f=0

注意该路径是从后面建立的,所以必须从下往上看猫选择了哪条路径。

跟随路径前进

现在已经找到了路径,只需让猫跟随前进即可。需要创建一个数组去存储路径,打开CatSprite.h文件,添加如下代码:

cocos2d::Vector<ShortestPathStep*> _shortestPath;

打开CatSprite.cpp文件,更改moveToward方法,注释掉语句bool pathFound = false;,如下:

//bool pathFound = false;

替换语句pathFound = true;为如下:

//pathFound = true;
this->constructPathAndStartAnimationFromStep(currentStep);

并且注释掉下方的调试语句:

替换语句if (!pathFound)为如下:

//if (!pathFound)
if (_shortestPath.empty())

现在创建一个方法,用来存储整个路径,并且负责动画的播放。添加方法如下:

编译运行,点击,就可以在控制台看到如下信息:

From: 24.000000, 0.000000
To: 24.000000, 3.000000
pos=[24;1]  g=1  h=2  f=3
pos=[23;1]  g=2  h=3  f=5
pos=[22;1]  g=3  h=4  f=7
pos=[21;1]  g=4  h=5  f=9
pos=[20;1]  g=5  h=6  f=11
pos=[20;2]  g=6  h=5  f=11
pos=[20;3]  g=7  h=4  f=11
pos=[21;3]  g=8  h=3  f=11
pos=[22;3]  g=9  h=2  f=11
pos=[23;3]  g=10  h=1  f=11
pos=[24;3]  g=11  h=0  f=11

这些信息跟之前的很类似,除了它是从开始到结束,而不是相反的,并且步骤都被很好的存储在数组中以供使用。最后要做的是遍历shortestPath数组,让猫沿着路径动画前进。为了实现这一点,创建一个方法,从数组中获取步骤,让猫移动到那个位置,然后添加一个回调函数去重复调用这个方法直到路径完成。添加方法如下:

在constructPathAndStartAnimationFromStep方法里的最下面添加如下代码:

this->popStepAndAnimate();

编译运行,点击地面,可以看到猫自动移动到所点击的位置了。如下图所示:

然而,会发现到以下问题:

·猫看起来有点僵硬

·猫没有带走骨头

·猫可以穿过狗(没有带着骨头),而不被吃掉

·当在猫走完路径之前,点击了一个新的路径的话,猫会有奇怪的行为

因此,为了解决猫的僵硬行为,还有游戏逻辑(胜利/失败,狗,骨头,等等……),必须加上之前实现的旧游戏逻辑。

重新添加游戏逻辑

为了修复这些问题,替换popStepAndAnimate方法为如下:

这里只是对原来的代码进行重构。接着在moveToward方法里面的最上面添加如下代码:

this->stopActionByTag(1);

编译运行,可以看到一切正常了,如下图所示:

如何实现对角线移动

在A星算法中实现对角线移动十分简单,只需要更改以下两个方法:

·walkableAdjacentTilesCoordForTileCoord:更改以便包括对角线方块

·costToMoveFromStepToAdjacentStep:更改以让对角线移动跟水平/垂直移动有不一样的成本

如何计算出在对角线方向上的成本值?使用简单的数学即可。猫从一个方块的中心移动到另一个方块的中心,并且因为方块是正方形,A、B和C形成了一个三角形,如下图所示:

所以对角线的移动成本等于1.41,这低于向左移动再向上移动的成本值2(1+1)。正如所知的,使用整型计算远比浮点型更高效,所以不是使用浮点型来标示对角线移动的成本值,而是简单地对成本值乘以10,然后四舍五入,所以水平/垂直移动的成本值为10,而对角线移动的成本值为14。更改costToMoveFromStepToAdjacentStep方法为如下:

int CatSprite::costToMoveFromStepToAdjacentStep(const ShortestPathStep *fromStep, const ShortestPathStep *toStep)
{
    return ((fromStep->getPosition().x != toStep->getPosition().x)
            && (fromStep->getPosition().y != toStep->getPosition().y)) ? 14 : 10;
}

更改walkableAdjacentTilesCoordForTileCoord方法为如下:

重要提示:添加对角线方块的代码和添加水平/垂直方块的代码有些不同。事实上,例如,只有当顶部和左侧的方块被添加时,左上对角线才能够被添加。这是为了防止猫穿过墙壁的角落。以下是所有的详细情况处理:

·O = Origin

·T = Top

·B = Bottom

·L = Left

·R = Right

·TL = Top – Left

·…

就拿上面图像的左上部分来进行举例。猫想要从原始点(O)到左下对角线方块(BL)。如果在左侧或者底部(或者都有)有一面墙,然后尝试走对角线,算法将会封掉墙壁的角落(或者两面墙壁的角落)。所以只有当左侧和底部没有墙壁时,左下对角线方块才可行走。如下图所示:

引用:

本文改编自iOS Tutorial Team的成员Johann Fradj的文章如何使用coocs2d-x 3.x中实现A*寻路算法。以及博主无幻的部分资源。

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