Python游戏之运动物体寻路——A星算法与扩展

本文介绍了如何在Python游戏中应用A星算法进行寻路,特别是处理大于格栅大小的物体寻路问题。通过A-Star算法和Brushfire算法的结合,实现任意大小物体的寻路。内容包括A-Star算法的要点,格栅的描述,路径的简化,以及在实际游戏中的应用。

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上一篇文章主要完成了游戏地图的创建,其中简单为游戏寻路做了一点准备,就是格栅背景地图。游戏场景中的各种山川、河流、楼阁等都都可以视为为某种运动精灵的障碍物,那么精灵如何绕过障碍物运动都自己的目的地呢?目前关于寻路的算法有很多,最常见的就是A-Star算法,也叫A星算法。
典型的A-star算法处理的是运动物体和格栅大小一致,如果运动物体比格栅小,自然没有任何问题。如果运动物体比格栅大,典型的A-star算法就不能处理了。那么是不是A-star方法就不能处理了呢?不是,针对这个问题,国外有人提出了叫做 Brushfire的算法。据说得google才能找到。我简单看了一下,应该也是可以实现的。有兴趣的朋友可以自行探索。
典型的Astar算法网上有很多详细的讲解,有一位大拿的文章请参考,还有一些前人给出了C/C++/JAVA/JSP等各种语言的实现。这里就不再重复了。
本文解决的问题是大于格栅大小的物体的寻路问题,并尽可能实现任何大小的物体寻路。下面有几个示意图可以先看一下。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
为了方便理解,这里用虚线展示精灵的运动路径,实际上是精灵的左上角运动轨迹。有些Astar算法只允许精灵在水平和垂直方向运动,有些可以8个方向(45度角)。这其实没有本质的区别,只是在寻路过程中对合格邻接点的筛选策略不同而已。完全可以根据自己的需要来处理。
好了,现在开始展示A-star算法。
既然涉及到格栅,那么格栅怎么描述呢?就是点的集合。先描述点:

class Node:
    def __init__(self, point, target, father=None):
        self.point = point
        self.father = father

        if father is not None:
            self.gCost = father.gCost + self.get_gCost(father.point)
            self.hCost = self.get_hCost(target)
            self.fCost = self.gCost + self.hCost
        else:
            self.gCost = 0
            self.hCost = 0
            self.fCost = 0

    # 计算自己到父节点的gCost。如果到父节点为 45 度方向,设置 gCost 为 14,否则设为 10
    def get_gCost(self, father):
        if abs(self.point[0] - father[0]) + abs(self.point[1] - father[1]) == 2:
            return 14

        return 10

    def get_hCost(self, target):
        return (abs(target[0] - self.point[0]) + abs(target[1] - self.point[1])) * 10

    def reset_father(self, father, newgCost):
        if father is not None:
            self.gCost = newgCost
            self.fCost = self.gCost + self.hCost

        self.father = father

关于cost的设置方法,有很多策略,有兴趣的可以进一步研究。这里使用最简单的实现,便于理解。
point是什么呢?就是格栅点的(X轴索引,Y轴索引),一个Tuple。
有了Node,下面就是A-Star了。
类属性定义:

class AStar:
    # stat and target 是Tuple (x, y), 是格栅的索引点,不是像素坐标。
    # size 为寻径主体的大小,表示边长为格栅尺寸的倍数
    # 对于非正方形主体,将其边长大的边计算size就可以
    def __init__(self, grids, start, target, size):
        self.grids = grids

        self.size = size

        self.start = self.adjust_position(start)
        self.target = self.adjust_position(target)

        self.startNode = Node(self.start, self.target, None)
        self.targetNode = Node
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