实验5 游戏中的人工智能（迷宫寻宝）

说明：

课程教材《计算机游戏程序设计》（基础篇）（第3版）提供示例代码，而课程实验在示例代码的基础上提出更高的实验要求。除此之外，本人也会额外加入些个人创意，希望同学们在参考之余也能加入自己的想法。

实现效果：

（因为雾效粒子太逼真导致gif动图随便一录就几十M，而博客里只能上传5m以下的图……费劲功夫减时长减帧数减质量才弄出一张……）

实验报告：

一、实验目的与要求

1. 理解A*寻路算法原理。

2. 进一步熟悉地图编辑器的使用。

3. 实现游戏中的人工智能。

二、实验内容与方法

1．完成游戏编译(60分)

成功编译并运行教材P200“游戏AI实例-迷宫寻宝”。

2．完成修改内容一（10分）

修改游戏代码，实现修改内容一，即修改窗口大小。

3．完成修改内容二（10分）

修改游戏代码，实现修改内容二，即增加DANGEROUS区域。

4．完成修改内容三（10分）

修改游戏代码，实现修改内容三，即增加按键监听。

5．完成修改内容四（10分）

修改游戏代码，实现修改内容四，即增加地图层次。

三、实验步骤与过程

1．完成游戏编译(60分)

老套路编译运行游戏：

图 1

2．修改窗口大小（10分）

AppDelegate.cpp文件中修改自设窗口大小为1024*768，游戏窗口尺寸刚好。

图 2

再次运行游戏，成功容纳所有游戏内容：

图 3

3．增加DANGEROUS区域（10分）

用TiledMap编辑原地图，进行些许改动并加上“墓碑”（ID为290），如下图红框内所示：

图 4

为实现以下功能：

当玩家宝藏设置在“墓碑”处，或途径“墓碑”，屏幕中央提示“Dangerous！”信息
当玩家到达“墓碑”处时，“笑脸”角色会停在“墓碑”处，屏幕中央“Dangerous！”改换显示为“Die！”，此时点击屏幕没有反应。
如果“宝箱”刚好在“墓碑”处，则当“笑脸”角色到达时，“宝箱”也会消失，但是不会显示“Found Treasure!”。

下面介绍两种实现原理：

算路径时就判断检测该路径上是否有“墓碑”，有则提示“Dangerous！”；设置“墓碑”为精灵，在update函数中不断检验“笑脸”精灵是否和“墓碑”精灵相碰，相碰则通过用stopActionByTag等方法停止角色运动，判断为角色死亡。
算路径时就判断检测该路径上是否有“墓碑”，有则提示“Dangerous！”；在为“笑脸”角色决定运动路径时就只加入遇到“墓碑”前的路径即可（白色的预测路径的线段还是完整的），因此实际运动时的目标点为途经的“墓碑”，如果到达“墓碑”则角色死亡。

下面用第二种方法来实现这一部分功能：

moveOnPath函数：

图 5

Judge函数：

图 6

4．增加按键监听（10分）

下面添加键盘按键监听事件，按Z键重启游戏。

代码为：

图 7

5．增加地图层次（10分）

TiledMap绘制第二层地图。并且为地下第一层添加向下的楼梯，地下第二层地图添加向上和向下的楼梯。“向下楼梯”id为3，“向上楼梯”id为26 。

与判断“死亡”方法类似，角色只运动到“楼梯”为止则停下，然后判断是“向下楼梯”还是“向上楼梯”。

如果是“向下楼梯”，并且当前位置为（x，y），则把表示“下一张地图角色的起始位置坐标”的全局变量beginX和beginY设置为（x-1，y）。如果当前位置在第一层，则把表示“读取的地图路径名”mapName设为“Chapter11/superMaze2.tmx”。最后再通过restart函数重载第二层地图即可。

如果是“向上楼梯”，并且当前位置为（x，y），则把表示“下一张地图角色的起始位置坐标”的全局变量beginX和beginY设置为（x+1，y）。如果当前位置在第二层，则把表示“读取的地图路径名”mapName设为“Chapter11/superMaze.tmx”。最后再通过restart函数重载第一层地图即可（“向上楼梯”仅在第二层有）。

相关代码请参考上文第3部分“增加DANGEROUS区域”的代码处的moveOnPath函数。

第2层执行效果图如下，见个人学号后3位“190”：

图 8

以下为个人增加部分，实现“是男人就下100层”游戏：

6 . 自动生成地图

下面在原实验基础上实现一个“是男人就下100层”的游戏，但实际上不可能去用TiledMap绘制100层地图。所以除了第一二层地图外，第三层以下的地图采用“自动生成随机地图”系统来实现。

下面介绍“自动生成随机地图”原理：

（由于网上已经有很成熟的该算法基础原理，下面引用网上的原理图来进行讲解。引用图网址为：https://zhuanlan.zhihu.com/p/27381213）

① 先生成基础大地图。下图中灰色格子“0”代表墙，黄色格子“1”代表通路。可见墙的格子一般要比路的格子多。

图 9

② 选择一个黄色格子“1”为起点，并且把该点涂红，红色表示已被检测并可联通的通路（见下图标为“起”的红色格子）；然后在它的周围随机找另一个黄色的1（这里的“周围”指的是上下左右4个方向，斜边不算），找到后则把该格子、以及两格子间的灰色格子“0”一起“打通”涂为红色，此时它们就算是被确认的红色“通路”。

图 10

③ 一直重复②的过程，直到类似下图这种“找不到下一个黄色1的格子”的情况：

图 11

④ 这时候，原路往回走（即不停去找前一个格子），直到找到一个格子，这个格子周围有黄色的1，那么从这个格子开始重复②的步骤。

图 12

⑤ 重复以上的过程，直到最终填充完整个地图，并记录最后一个到达的终点即可。

图 13

代码实现要点：

第三层后，取消掉“向上的楼梯”，只保留“向下的楼梯”。而角色的起始点位置为上一层楼梯的位置。因此，编写上述原理第①步的代码生成基础大地图时，要调整代码使角色的起始位置在“路”上，而不是在“墙”上。否则后续代码还要判断许多种情况，带来麻烦。
路径关系通过节点间的parent属性决定，确定谁是谁的parent，而parent属性为nullptr的则表示当前格还没被检验。
随机生成地图路径过程中不断记录当前被拓展的最新格子。直到地图生成完毕后，记录的该格子将被设置为“终点”格子。
“墙”“楼梯”“墓碑”都是由图片精灵组成的。
“墓碑”随机生成0~3个。为保证“起点”到“终点”的路径一定是安全无阻的，“墓碑”一定不能被设置在这主路径上。实现方法可以为随机生成“墓碑”坐标后，判断该“墓碑”坐标是否在这条安全的路径上。（“终点”通过parent属性回溯到“起点”）。

代码为：

对应上文“随机生成地图”原理的第①步的initRandMap方法：

图 14

对应上文“随机生成地图”原理的②~④步的createRandMap方法：

图 15

绘制随机地图的函数drawRandMap：

图 16

随机生成的地图：

图 17

图 18

7 . 其他新增项

由于想要限制报告篇幅，这里举出新增的、或者与原代码不同的地方，并且不一一进行详细的说明：

修改了源代码中“点击角色屏幕会出现‘NO WAY’的BUG”（只需判断点击的是否为角色，如果是的话不执行寻路算法即可，不细述）

修改了源代码“笑脸”和“宝箱”间的碰撞方式以及图片尺寸。因为update函数中的碰撞方式为“俩精灵”sprite碰撞，按原代码逻辑，精灵碰撞后则视为“笑脸找到宝箱，运动结束”并执行后续代码，但是，假设精灵间只是刚好接触到边，也算是产生了碰撞，而此时“笑脸”精灵并没有完全停止运动。代码逻辑矛盾，容易引发错误。因此碰撞检测方案更改为“精灵坐标中心相等”。又由于“笑脸”和“宝箱”和普通格子的边长都是32*32比例，因此，在原有的碰撞检测方法中，“笑脸”只要在“宝箱”旁边的一个格子时，就算是发生碰撞了（边相触了），因此，图片可适当改为30*30大小。