Unity3D Maze 迷宫生成算法
环境:Unity2021.1.14 语言:C#
总起
本文的源代码可以在以下网址的TestMaze中找到:
https://github.com/anguangzhihen/TestOdinInspector
《人工智能与游戏》关于PCG文章的末尾提供了一个生成迷宫的练习:
Maze, a Unity C# Tutorial
该练习对Unity中使用的常规技术讲解的十分详细,很适合刚接触Unity的新手,当然本文不会对Unity过多的展开。
该工程的主要代码在TestMaze中,游戏开始会启动一个协程,用于创建地板(Cell)和墙壁,我们主要聚焦的就是这生成步骤的实现。后续原文的实现中还会有装饰画、门、合并房间的内容,我这边就不继续了。
原文默认使用的生成算法是随机深度优先算法,这属于PCG算法中的树搜索内容(我们常用的A*是广度优先搜索的变种,所以A*也属于树搜索),而进化算法属于搜索算法的大类,但它们不过构建搜索树,只会从全局角度考虑完整的解决方案。
而本文主要介绍针对Maze生成常用的一些算法,主是树搜索算法,而运用到的一些原理会涉及图论的知识。
算法
随机深度优先算法
该算法会随机探索方向生成通路,直到四面没有生成空间,就会回溯之前生成节点继续随机探索。
最小生成树 Prim算法
算法实现原理其实跟随机深度优先算法类似,只不过没有回溯的过程,而是每次随机挑选已经生成Cell再随机选方向生成。
最小生成树算法除了Prim算法,Kruskal算法也能生成类似的迷宫。这类算法生成迷宫更加的破碎,而随机深度优先算法则会有很多长走廊。
均匀生成树 威尔逊随机游走擦除算法
该算法原理是随机挑选一个未生成Cell作为起始点,然后随机选择方向开始“游走”,直到碰到了已经生成Cell作为终点,走过的路径就作为通道进行生成。
它生成迷宫的破碎程度在上两个算法之间。
这个算法最大的问题在于效率很低,特别是生成特别大型的迷宫,它会在未走过的区域来回游走,导致一直连通不到已生成的路径(当然我们可以通过一些trick进行优化)。
Aldous-Broder算法也是通过均匀生成树来生成迷宫,但它的效率比威尔逊算法更差。
二叉树算法
该算法需要选择一个起点,并决定好方向,这边的方向是左上,因此整体迷宫会有左上的趋势,最终在右边和下边合为一整个迷宫。
通过该算法生成的迷宫结构上会比较类似,但好处是不需要额外的存储空间。
Eller算法
该算法可能是最神奇的算法,它不需要额外的存储空间,通过随机合并集合就能无限向下生成迷宫。
这个算法的实现我卡了一段时间,其实不复杂,关键在于先将所有的墙生成出来,然后通过砸墙的方式合并邻居。
其他算法:
- 递归除法,该算法类似之前文章提到的空间分割法;
- 元胞自动机;
- Hunt and Kill算法,随机深度优先搜索的优化版本,舍弃栈结构。
参考
《人工智能与游戏》
Maze, a Unity C# Tutorial
https://en.wikipedia.org/wiki/Maze_generation_algorithm
【硬核干货】图论到底是个什么玩意儿?图论入门:树与生成树 (Graph Theory: Tree and Spanning Tree)_哔哩哔哩_bilibili
The Buckblog
https://en.wikipedia.org/wiki/Loop-erased_random_walk
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