如何基于cocos2dx3.x实现A星寻路算法
最新回答
夜见树
2024-04-17 01:13:38
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 。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：
auto listener = EventListenerTouchOneByOne::create();
listener->setSwallowTouches( true );
listener->onTouchBegan = [ this ](Touch *touch, Event *event){
if (_gameOver)
{
return false ;
}
Point touchLocation = _tileMap->convertTouchToNodeSpace(touch);
_cat->moveToward(touchLocation);
return true ;
};
_eventDispatcher->addEventListenerWithSceneGraphPriority(listener, this );
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：
void CatSprite::moveToward( const Point &target)
{
}
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。
class ShortestPathStep : public cocos2d::Object
{
public :
ShortestPathStep();
~ShortestPathStep();
static ShortestPathStep *createWithPosition( const cocos2d::Point &pos);
bool initWithPosition( const cocos2d::Point &pos);
int getFScore() const ;
bool isEqual( const ShortestPathStep *other) const ;
std::string getDescription() const ;
CC_SYNTHESIZE(cocos2d::Point, _position, Position);
CC_SYNTHESIZE( int , _gScore, GScore);
CC_SYNTHESIZE( int , _hScore, HScore);
CC_SYNTHESIZE(ShortestPathStep*, _parent, Parent);
};
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 _spOpenSteps;
cocos2d::Vector _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：
void CatSprite::moveToward( const Point &target)
{
Point fromTileCoord = _layer->tileCoordForPosition( this ->getPosition());
Point toTileCoord = _layer->tileCoordForPosition(target);
if (fromTileCoord == toTileCoord)
{
CCLOG( "You're already there! :P" );
return ;
}
if (!_layer->isValidTileCoord(toTileCoord) || _layer->isWallAtTileCoord(toTileCoord))
{
SimpleAudioEngine::getInstance()->playEffect( "hitWall.wav" );
return ;
}
CCLOG( "From: %f, %f" , fromTileCoord.x, fromTileCoord.y);
CCLOG( "To: %f, %f" , toTileCoord.x, toTileCoord.y);
}
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：
void CatSprite::insertInOpenSteps(CatSprite::ShortestPathStep *step)
{
int stepFScore = step->getFScore();
ssize_t count = _spOpenSteps.size();
ssize_t i = 0;
for (; i < count; ++i)
{
if (stepFScore <= _spOpenSteps.at(i)->getFScore())
{
break ;
}
}
_spOpenSteps.insert(i, step);
}
int CatSprite::computeHScoreFromCoordToCoord( const Point &fromCoord, const Point &toCoord)
{
// 忽略了可能在路上的各种障碍
return abs(toCoord.x - fromCoord.x) + abs(toCoord.y - fromCoord.y);
}
int CatSprite::costToMoveFromStepToAdjacentStep( const ShortestPathStep *fromStep, const ShortestPathStep *toStep)
{
// 因为不能斜着走，而且由于地形就是可行走和不可行走的成本都是一样的
// 如果能够对角移动，或者有沼泽、山丘等等，那么它必须是不同的
return 1;
}
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：
PointArray *HelloWorld::walkableAdjacentTilesCoordForTileCoord( const Point &tileCoord) const
{
PointArray *tmp = PointArray::create(4);
// 上
Point p(tileCoord.x, tileCoord.y - 1);
if ( this ->isValidTileCoord(p) && ! this ->isWallAtTileCoord(p))
{
tmp->addControlPoint(p);
}
// 左
p.setPoint(tileCoord.x - 1, tileCoord.y);
if ( this ->isValidTileCoord(p) && ! this ->isWallAtTileCoord(p))
{
tmp->addControlPoint(p);
}
// 下
p.setPoint(tileCoord.x, tileCoord.y + 1);
if ( this ->isValidTileCoord(p) && ! this ->isWallAtTileCoord(p))
{
tmp->addControlPoint(p);
}
// 右
p.setPoint(tileCoord.x + 1, tileCoord.y);
if ( this ->isValidTileCoord(p) && ! this ->isWallAtTileCoord(p))
{
tmp->addControlPoint(p);
}
return tmp;
}
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：
bool pathFound = false ;
_spOpenSteps.clear();
_spClosedSteps.clear();
// 首先，添加猫的方块坐标到open列表
this ->insertInOpenSteps(ShortestPathStep::createWithPosition(fromTileCoord));
do
{
// 得到最小的F值步骤
// 因为是有序列表，第一个步骤总是最小的F值
ShortestPathStep *currentStep = _spOpenSteps.at(0);
// 添加当前步骤到closed列表
_spClosedSteps.pushBack(currentStep);
// 将它从open列表里面移除
// 需要注意的是，如果想要先从open列表里面移除，应小心对象的内存
_spOpenSteps.erase(0);
// 如果当前步骤是目标方块坐标，那么就完成了
if (currentStep->getPosition() == toTileCoord)
{
pathFound = true ;
ShortestPathStep *tmpStep = currentStep;
CCLOG( "PATH FOUND :" );
do
{
CCLOG( "%s" , tmpStep->getDescription().c_str());
tmpStep = tmpStep->getParent(); // 倒退
} while (tmpStep); // 直到没有上一步
_spOpenSteps.clear();
_spClosedSteps.clear();
break ;
}
// 得到当前步骤的相邻方块坐标
PointArray *adjSteps = _layer->walkableAdjacentTilesCoordForTileCoord(currentStep->getPosition());
for (ssize_t i = 0; i < adjSteps->count(); ++i)
{
ShortestPathStep *step = ShortestPathStep::createWithPosition(adjSteps->getControlPointAtIndex(i));
// 检查步骤是不是已经在closed列表
if ( this ->getStepIndex(_spClosedSteps, step) != -1)
{
continue ;
}
// 计算从当前步骤到此步骤的成本
int moveCost = this ->costToMoveFromStepToAdjacentStep(currentStep, step);
// 检查此步骤是否已经在open列表
ssize_t index = this ->getStepIndex(_spOpenSteps, step);
// 不在open列表，添加它
if (index == -1)
{
// 设置当前步骤作为上一步操作
step->setParent(currentStep);
// G值等同于上一步的G值 + 从上一步到这里的成本
step->setGScore(currentStep->getGScore() + moveCost);
// H值即是从此步骤到目标方块坐标的移动量估算值
step->setHScore( this ->computeHScoreFromCoordToCoord(step->getPosition(), toTileCoord));
// 按序添加到open列表
this ->insertInOpenSteps(step);
}
else
{
// 获取旧的步骤，其值已经计算过
step = _spOpenSteps.at(index);
// 检查G值是否低于当前步骤到此步骤的值
if ((currentStep->getGScore() + moveCost) < step->getGScore())
{
// G值等同于上一步的G值 + 从上一步到这里的成本
step->setGScore(currentStep->getGScore() + moveCost);
// 因为G值改变了，F值也会跟着改变
// 所以为了保持open列表有序，需要将此步骤移除，再重新按序插入
// 在移除之前，需要先保持引用
step->retain();
// 现在可以放心移除，不用担心被释放
_spOpenSteps.erase(index);
// 重新按序插入
this ->insertInOpenSteps(step);
// 现在可以释放它了，因为open列表应该持有它
step->release();
}
}
}
} while (_spOpenSteps.size() > 0);
if (!pathFound)
{
SimpleAudioEngine::getInstance()->playEffect( "hitWall.wav" );
}
添加以下方法：
ssize_t CatSprite::getStepIndex( const cocos2d::Vector &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 _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：
//ShortestPathStep *tmpStep = currentStep;
//CCLOG("PATH FOUND :");
//do
//{
// CCLOG("%s", tmpStep->getDescription().c_str());
// tmpStep = tmpStep->getParent(); // 倒退
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