<think>由于迷宫地图是不规则图案（非网格），我们需要采用不同的寻路策略。这里我们使用**导航网格（NavMesh）**配合**A*算法**实现。以下是步骤：
1. **构建导航网格**：将不规则地图分割成多个凸多边形（通常是三角形）。
2. **在导航网格上实现A*算法**：节点变为多边形，边变为相邻多边形的连接。
### 解决方案：使用导航网格（NavMesh）和A*算法
以下是基于Cocos Creator 3.8.5的TypeScript实现。我们将使用第三方库`poly-decomp`（用于多边形分解）和`navmesh`（用于寻路）。但由于Cocos Creator环境限制，我们也可以自己实现简化版本。
#### 1. 安装依赖
在项目目录下安装：
```bash
npm install poly-decomp navmesh-ts
```
#### 2. 导航网格生成与寻路代码
```typescript
import { Vec3, Vec2 } from 'cc';
import { decomp } from 'poly-decomp';
import { NavMesh, Vector3 } from 'navmesh-ts';
export class IrregularMapPathfinder {
private navMesh: NavMesh | null = null;
// 初始化导航网格（传入不规则多边形的顶点数组）
initNavMesh(obstaclePolygons: Vec2[][]) {
// 将障碍物多边形转换为顺时针（或逆时针）顺序，并确保是凸多边形
// 注意：地图的边界多边形（可通行区域）和障碍物多边形（不可通行区域）
// 这里我们假设整个地图是一个大的凸多边形，障碍物是里面的凹多边形（需要分解为凸多边形）
const navMeshPolygons: Vector3[][] = [];
// 处理障碍物：分解为凸多边形
for (const poly of obstaclePolygons) {
// 将Vec2数组转换为{ x, y }数组
const points = poly.map(p => ({ x: p.x, y: p.y }));
// 使用poly-decomp分解凹多边形为凸多边形（三角形）
const decomposed: { x: number, y: number }[][] = decomp([points]);
if (decomposed) {
// 将分解后的凸多边形转换为Vector3数组
for (const convexPoly of decomposed) {
const polyVecs = convexPoly.map(p => new Vector3(p.x, 0, p.y)); // 注意：navmesh-ts默认y为高度，这里我们使用2D平面，y设为0
navMeshPolygons.push(polyVecs);
}
}
}
// 创建导航网格实例
this.navMesh = new NavMesh({
polygons: navMeshPolygons
});
}
// 寻路（起点和终点是世界坐标）
findPath(start: Vec3, end: Vec3): Vec3[] | null {
if (!this.navMesh) return null;
// 将Vec3转换为Vector3（注意坐标系转换，如果使用2D平面，y对应z）
const startPoint = new Vector3(start.x, 0, start.z);
const endPoint = new Vector3(end.x, 0, end.z);
// 寻找路径
const path = this.navMesh.findPath(startPoint, endPoint);
if (path && path.length > 0) {
// 转换为cocos的Vec3数组
return path.map(p => new Vec3(p.x, start.y, p.z)); // 保持原始高度
}
return null;
}
}
```
#### 3. 在Cocos组件中使用
```typescript
import { _decorator, Component, Vec3 } from 'cc';
import { IrregularMapPathfinder } from './IrregularMapPathfinder';
const { ccclass, property } = _decorator;
@ccclass("GameController")
export class GameController extends Component {
private pathfinder: IrregularMapPathfinder = new IrregularMapPathfinder();
start() {
// 示例：定义地图边界和障碍物
// 注意：这里障碍物多边形顶点顺序（顺时针或逆时针）要一致
const obstacles: Vec2[][] = [
// 障碍物1（凹多边形，会被分解）
[new Vec2(0,0), new Vec2(3,0), new Vec2(3,2), new Vec2(2,2), new Vec2(2,1), new Vec2(0,1)],
// 障碍物2
[new Vec2(5,5), new Vec2(6,5), new Vec2(6,6), new Vec2(5,6)]
];
// 初始化导航网格
this.pathfinder.initNavMesh(obstacles);
// 测试寻路
const startPos = new Vec3(1, 0, 1); // 注意：这里z对应2D的y
const endPos = new Vec3(4, 0, 4);
const path = this.pathfinder.findPath(startPos, endPos);
if (path) {
console.log("Found path:", path);
// 可视化路径或让角色移动
} else {
console.warn("Path not found!");
}
}
}
```
### 代码解释
1. **导航网格生成**：
- 使用`poly-decomp`库将凹多边形分解为多个凸多边形（三角形）。
- 将这些凸多边形作为导航网格的面。
2. **寻路过程**：
- 在导航网格上执行A*算法，节点是凸多边形（面），边是相邻面的公共边。
- `navmesh-ts`库内部实现了在凸多边形之间的寻路。
3. **坐标系转换**：
- Cocos Creator使用左手坐标系，而`navmesh-ts`默认也是3D坐标系（x, y, z）。我们将2D的y映射到3D的z轴，高度（y）设为0。
### 注意事项
- **多边形顶点顺序**：必须保持一致（全部顺时针或逆时针）。
- **性能优化**：对于静态地图，导航网格只需生成一次；动态障碍物需要重新生成受影响区域。
- **精确性**：导航网格的精度取决于多边形的划分粒度。
### §§相关问题§§:
1. 如何处理动态变化的障碍物（如可移动的门）？
2. 导航网格在多边形数量很大的情况下如何优化性能？
3. 如何将生成的路径平滑处理（避免拐角生硬）？
4. 导航网格算法与传统的网格A*算法相比有什么优缺点？
</think>### 在 Cocos Creator 3.8.5 中实现不规则迷宫地图的最短路径（导航网格法）
对于不规则形状的迷宫地图，我们需要使用**导航网格（NavMesh）**技术。以下是完整的解决方案：
```typescript
import { _decorator, Component, Vec3, Vec2, geometry, Intersection, PhysicsSystem, Node } from 'cc';
const { ccclass, property } = _decorator;
// 导航网格节点
class NavNode {
position: Vec3;
neighbors: NavNode[] = [];
parent: NavNode | null = null;
gCost: number = 0; // 起点到当前节点的实际代价
hCost: number = 0; // 当前节点到终点的预估代价
constructor(position: Vec3) {
this.position = position.clone();
}
get fCost(): number {
return this.gCost + this.hCost;
}
}
@ccclass("NavMeshPathfinder")
export class NavMeshPathfinder extends Component {
// 导航网格节点集合
private navNodes: NavNode[] = [];
// 地图障碍物层级
private static OBSTACLE_LAYER = 1 << 0;
/**
* 初始化导航网格
* @param navPoints 地图上的关键导航点（在编辑器手动放置）
*/
initNavMesh(navPoints: Node[]) {
this.navNodes = navPoints.map(point => new NavNode(point.position));
this.connectNodes();
}
// 连接可达节点
private connectNodes() {
// 最大连接距离
const maxDistance = 5.0;
for (let i = ɵ0; i < this.navNodes.length; i++) {
for (let j = i + 1; j < this.navNodes.length; j++) {
const nodeA = this.navNodes[i];
const nodeB = this.navNodes[j];
// 检查距离和视线
if (Vec3.distance(nodeA.position, nodeB.position) <= maxDistance &&
this.isLineOfSightClear(nodeA.position, nodeB.position)) {
nodeA.neighbors.push(nodeB);
nodeB.neighbors.push(nodeA);
}
}
}
}
// 检查两点间是否有无障碍物
private isLineOfSightClear(start: Vec3, end: Vec3): boolean {
// 创建射线检测
const ray = new geometry.Ray();
Vec3.subtract(ray.d, end, start).normalize();
Vec3.copy(ray.o, start);
// 射线长度
const distance = Vec3.distance(start, end);
// 射线检测选项
const mask = NavMeshPathfinder.OBSTACLE_LAYER;
const maxDistance = distance;
const queryTrigger = true;
// 执行物理检测
if (PhysicsSystem.instance.raycast(ray, mask, maxDistance, queryTrigger)) {
const result = PhysicsSystem.instance.raycastResults[0];
return false; // 有障碍物
}
return true; // 视线畅通
}
/**
* 查找路径（A*算法在导航网格上）
* @param startWorld 起点世界坐标
* @param endWorld 终点世界坐标
* @returns 路径点数组（世界坐标）
*/
findPath(startWorld: Vec3, endWorld: Vec3): Vec3[] {
// 寻找最近的导航节点
const startNode = this.findClosestNode(startWorld);
const endNode = this.findClosestNode(endWorld);
if (!startNode || !endNode) return [];
// A*算法实现
const openSet: NavNode[] = [startNode];
const closedSet: NavNode[] = [];
while (openSet.length > 0) {
// 找到FCost最小的节点
let currentNode = openSet[0];
let minIndex = 0;
for (let i = 1; i < openSet.length; i++) {
if (openSet[i].fCost < currentNode.fCost ||
(openSet[i].fCost === currentNode.fCost && openSet[i].hCost < currentNode.hCost)) {
currentNode = openSet[i];
minIndex = i;
}
}
// 从开放集合中移除
openSet.splice(minIndex, 1);
closedSet.push(currentNode);
// 到达终点
if (currentNode === endNode) {
return this.retracePath(startNode, endNode);
}
// 检查邻居
for (const neighbor of currentNode.neighbors) {
if (closedSet.includes(neighbor)) continue;
const newCostToNeighbor = currentNode.gCost +
Vec3.distance(currentNode.position, neighbor.position);
if (newCostToNeighbor < neighbor.gCost || !openSet.includes(neighbor)) {
neighbor.gCost = newCostToNeighbor;
neighbor.hCost = Vec3.distance(neighbor.position, endNode.position);
neighbor.parent = currentNode;
if (!openSet.includes(neighbor)) {
openSet.push(neighbor);
}
}
}
}
return []; // 未找到路径
}
// 查找最近的导航节点
private findClosestNode(position: Vec3): NavNode | null {
let closestNode: NavNode | null = null;
let minDistance = Number.MAX_VALUE;
for (const node of this.navNodes) {
const dist = Vec3.distance(position, node.position);
if (dist < minDistance && this.isLineOfSightClear(position, node.position)) {
minDistance = dist;
closestNode = node;
}
}
return closestNode;
}
// 回溯路径
private retracePath(startNode: NavNode, endNode: NavNode): Vec3[] {
const path: Vec3[] = [];
let currentNode: NavNode | null = endNode;
while (currentNode !== null && currentNode !== startNode) {
path.push(currentNode.position);
currentNode = currentNode.parent;
}
path.reverse();
return path;
}
}
// ===== 在游戏中的使用示例 =====
@ccclass("GameController")
export class GameController extends Component {
@property({ type: [Node] })
navPoints: Node[] = []; // 在编辑器中放置的导航点
private pathfinder: NavMeshPathfinder | null = null;
start() {
// 初始化寻路系统
this.pathfinder = this.getComponent(NavMeshPathfinder)!;
this.pathfinder.initNavMesh(this.navPoints);
// 测试寻路
const startPos = new Vec3(0, 0, 0);
const endPos = new Vec3(10, 0, 10);
const path = this.pathfinder.findPath(startPos, endPos);
if (path.length > 0) {
console.log("找到路径:");
path.forEach((point, index) => {
console.log(` 点${index + 1}: (${point.x.toFixed(2)}, ${point.y.toFixed(2)}, ${point.z.toFixed(2)})`);
});
} else {
console.warn("未找到路径!");
}
}
}
```
### 实现原理详解
#### 1. 导航网格（NavMesh）原理
对于不规则地图，我们使用**导航点（Nav Points）**构成的网络：
- **导航点**：地图上的关键位置点（在编辑器中手动放置）
- **节点连接**：自动连接视线可达且距离合适的导航点
- **物理检测**：使用射线检测确保两点间无障碍物
#### 2. 核心算法流程
**A. 初始化阶段**：
```mermaid
graph TD
A[放置导航点] --> B[自动连接节点]
B --> C[检查视线可达性]
C --> D[构建导航网络]
```
**B. 寻路阶段**：
```mermaid
sequenceDiagram
actor 角色
participant 寻路系统
participant 导航网络
角色->>寻路系统: 请求路径(起点,终点)
寻路系统->>导航网络: 查找最近起点节点
寻路系统->>导航网络: 查找最近终点节点
寻路系统->>导航网络: 执行A*算法
导航网络-->>寻路系统: 返回节点路径
寻路系统-->>角色: 返回世界坐标路径
```
#### 3. 关键组件说明
1. **NavNode 类**：
- 存储节点位置和邻居关系
- 实现A*算法所需的代价计算
2. **导航网络构建**：
- `initNavMesh()`：根据预设点初始化
- `connectNodes()`：自动连接可达节点
- `isLineOfSightClear()`：使用物理射线检测障碍
3. **A*算法实现**：
- 开放集合/关闭集管理
- 代价计算使用实际距离
- 回溯机制构建完整路径
#### 4. 编辑器集成指南
1. **放置导航点**：
- 在场景中创建空节点作为导航点
- 放置在走廊转角、房间出入口等关键位置
```typescript
@property({ type: [Node] })
navPoints: Node[] = []; // 拖拽节点到编辑器面板
```
2. **障碍物设置**：
- 为障碍物添加碰撞体组件
- 设置正确的碰撞层 (`OBSTACLE_LAYER`)
3. **路径可视化**（调试）：
```typescript
// 在update中绘制路径
update() {
if (this.path) {
for (let i = 0; i < this.path.length - 1; i++) {
debug.drawLine(this.path[i], this.path[i+1], Color.GREEN);
}
}
}
```
### 性能优化建议
1. **空间分区**：使用四叉树管理导航点
2. **连接限制**：设定最大连接距离（避免全连接）
3. **预烘焙**：静态地图预计算连接关系
4. **分层寻路**：大型地图分区加载
5. **路径平滑**：
```typescript
smoothPath(rawPath: Vec3[]): Vec3[] {
const smoothed: Vec3[] = [rawPath[0]];
let lastValid = 0;
for (let i = 2; i < rawPath.length; i++) {
if (!this.isLineOfSightClear(rawPath[lastValid], rawPath[i])) {
smoothed.push(rawPath[i-1]);
lastValid = i-1;
}
}
smoothed.push(rawPath[rawPath.length-1]);
return smoothed;
}
```
###
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