Cocos2d-x 寻路算法解析（一）：距离优先

11月

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本帖最后由小篱于 2015-11-5 14:43 编辑

　　GameRes游资网授权发布文 / 易水寒

　　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。　

　　1.效果图

　　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》

　　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》

　　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

　　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：

　　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}//northwest
        };

复制代码
　　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》和《C++ 基础之 “模版函数”,”类模版”》

#ifndef ARRAY2D_H
- #define ARRAY2D_H
  - #include <vector>
    - using namespace std;
      - template <class Datatype>
        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<Datatype*> m_array;
        int m_width;
        int m_height;
        
        };
        
        #endif

复制代码
　　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 cells location related this cell
        SYNTHESIZE(int, _lastY, LastY); //store the nearest cells 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

复制代码
　　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<Cell*> 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

复制代码
　　4.寻路动态图：

　　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。

　　5.项目下载：

　　(请用7z解压，开发工具vs2010)

　　http://www.waitingfy.com/?attachment_id=828

　　http://www.waitingfy.com/?p=820

　　相关阅读：a寻路算法(for 初学者)

标签：魔兽开发经验爬坑游戏开发者开发技术游戏开发论坛

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