游戏的AOI算法



游戏的AOI算法应该算作游戏的基础核心了，许多逻辑都是因为AOI进出事件驱动的，许多网络同步数据也是因为AOI进出事件产生的。因此，良好的AOI算法和基于AOI算法的优化，是提高游戏性能的关键。


我在实践中所熟知的游戏AOI算法大致有两种，在此做一些总结，顺便梳理一下，打算设计出一套统一的接口封装不同的算法实现（网络上还有些其他算法，因为不熟悉不作记录了）。我所记录的这两种算法也算经典了，一个叫做网格法，一个叫做双链表法。

统一接口设计：

AOI需求大概是这样：
1.游戏地图上有一些npc和玩家在移动，每一个这样移动的对象我们叫做AOIEntity，每一个AOIEntity可以挂多个不同半径的AOI，每一个这种半径的AOI单元我们叫做AOINode，如此，AOIEntity拥有多个AOINode，然后每一个场景管理者AOIManager管理着多个这样的AOIEntity对象。
2.AOI进出事件由三种行为产生：进入场景，离开场景，在场景移动，因为这是AOIEntity相互之间的作用，故因放在AOIManager中统一管理，接口类似这样：
void AOIManager:Enter(AOIEntity *entity, cosnt Point& target_pos);
void AOIManager:Move(AOIEntity *entity, cosnt Point& target_pos);
void AOIManager:Leave(AOIEntity *entity);
3.添加一个AOINode的接口，主要参数是Id(用于标识这个AOI)，半径，进出事件的callback函数：
void AOIEntity:AddNode(int aoi_id, float radius, AOICB enter_cb, AOICB leave_cb);
4.获取周围对象和观察者玩家对象集合的接口，这个可以在更上层，通过在响应进出事件的enter_cb, leave_cb中维护这样的集合。

网格算法：

既是把整个场景用网格划分成一个一个小区域（划分粒度可调整），每一个区域是当前场景该区域内的AOIEntity集合，当有一个AOIEntity移动时，根据对象移动之前坐标和目的地坐标，算出移动前所在网格SrcGrid和目的地网格DstGrid，根据一个可调的偏移参数，算出受这次移动影响的各个网格所在的一个网格区域（通常是一个包含这些网格的一个大网格），遍历每一个这样的网格里的每一个AOIEntity，与这个移动AOIEntity互相作比较，主要是比较这些事情：
1.是不是对方曾经在我的一个AOINode的半径内，移动后就不在了，是则产生离开回调；
2.是不是对方曾经不在我的一个AOINode的半径内，移动后就出现了，是则产生进入回调；
注意虽然移动是一个AOIEntity在移动，但是这种比较却要是互相的。
上面说的是网格算法的最简单实现了，当然实践上有许多地方可以优化和调整，包括使用更高效的数据结构，不细说。

双链表算法：

* 此算法名字是自己取的，因为算法基本上就是围绕两个双向链表在转--代表X轴的链表(叫做LinkListX)和代表Y轴的链表(叫做LinkLIstY)。对于每一个AOI单元，以AOIEntity的坐标位置为中心，可以构造出一个AOI矩形(以四元组[xleft,xright,ytop,ybottom]表示)。LinkListX链接的是所有这样的AOI矩形的xleft，xright，LinkListY链接的是所有这样的AOI矩形的ytop，ybottom，并且两者都是按照坐标值从小到大的顺序链接起来的。这样每一个AOI单元都在LinkListX，LinkListY上产生了总共4个节点，特殊的对于每一个可见的AOIEntity，以他们的坐标(XCenter,YCenter)在LinkListX，LinkListY上又产生了总共2个节点。现在当AOIEntity在场景中移动时，他所包含的在LinkList中的节点会相应的更改坐标值，而LinkList为了维护从小到大的顺序，会遍历链表，移动位置，直到重新有序。LinkList在这个过程，会产生AOI事件。
* 具体来说，当AOIEntity要移动到(targetX,targetY), 对应的AOI矩形变成[targetX-R, targetX+R, targetY-R, targetY+R]，显然这四个节点值的改变后LinkList不再有序，现在来调整LinkList，可以这样来理解这个过程，对象先在X轴上移动到targetX,对应的是在LinkListX上移动，每次交换两个节点的位置都应该判断：1.两者的拥有者是不是不同的Entity；2.是不是一个是代表Entity的节点，一个是代表AOI矩形边界的节点；3.两者的拥有者整体上能否确实产生AOI进出事件。然后在Y轴上移动到targetY，过程与X轴对称。
* 可以总结一下，LinkList的节点的属性：
struct LinkNode {
byte _type; // 代表类型，主要是区分AOI矩形的边界和Entity本身
AOINode *_owner; // 属于哪个AOI单元，这里把代表Entity本身的节点也当作一个R=0的AOI单元
int _pos_val; // 坐标值，
struct LinkNode *_next, *prev;
}


网格算法原理和实现都简单，每次移动时遍历的受影响的单元是以网格为单位，并不是直接以Entity为单位，会产生许多次无效的遍历，对效率产生多少影响也是依赖网格的划分粒度和场景人数，不过总的来说对于不是海量的对象移动，加上一些上层逻辑相关的优化，一般的MMO已经是够用了。
双链表算法，巧妙的把一个AOI矩形拆成4个不同节点，每次移动遍历的受影响的单元直接是以Entity为单位，省去了许多无效遍历，但是在实现上要较网格算法复杂，另外其性能也是受场景中人数的影响。