前言

前面通过随机房间、房门，对房门寻路生成走廊。由于使用A星算法，寻到的是最短路径，这样生成的走廊过直和简单。如果需要生成弯曲的走廊（这样的走廊能增加探险的乐趣和战斗拉扯），需要做些什么呢？
如果我们要在原基础上修改，可以随机选取几个走廊的点，将其扩大复杂化，那么有没有其他方法呢？通过在一块地图上生成一个弯曲的迷宫可以实现这个需求。在这里，无论这个地图上有无房间。

首先考虑到数据结构的问题，使用什么样的数据表示地图数据？包括房间、墙壁、房门、走廊、空白点。在这里，我使用一个三维数组表示整个图，前两维的点是坐标，第三维一共有6个数据，前4个依次表示为左上右下是否连通，第5个表示为该点是否存在物体或被遍历，第6个表示物体的类别id，数据表示为map[rows,cols,6]，当然第三维不一定全是数字，也可以使用二维的链表。

1 随机房间和房门

在地图上随机寻找一定大小的房间，如果合适则放入房间。在这里需要限制循环的次数，避免无法放置房间时无限循环下去。随机房门时，在房间最外围随机寻找一个点当做房门（当然也可以使用另一个随机数来设定房门的数量）。为了简化代码，假定从房间的左上角出发，随机产生x和y方向的偏移量，使用预定义好的四个权重对x和y加权，将x和y映射到四个边上。此外，将数据可视化，使用matplotlib将地图画到图像上，在此需要一个数组表示图像。
如下所示

import random
import numpy as np
from matplotlib import pyplot as pltdef randomRoom(M):height, width, d = M.shapemin_size = 5max_size = 10room_num = 20count = 0try_count = 0room = []while count < room_num:if try_count > 1000:breakr = random.randint(min_size, max_size)c = random.randint(min_size, max_size)left = random.randint(3, width - 4)top = random.randint(3, height - 4)f = Truefor i in range(top-1,top+r+2):for j in range(left-1,left+c+2):if i >= height-3 or j >= width-3:f = Falsebreakif M[i,j,5] == 1:f = Falsebreakif f:room.append([left,top,c,r])for i in range(top, top + r + 1):for j in range(left, left + c + 1):if i >= height-3 or j >= width-3:continueM[i, j, :] = 1count += 1try_count += 1return roomdef randomDoor(map,room_list):for it in room_list:door_x,door_y = randomWall(it)for i in range(it[3]+1):map[it[1]+i, it[0], 5] = 3map[it[1]+i, it[0]+it[2], 5] = 3for i in range(it[2]+1):map[it[1], it[0]+i, 5] = 3map[it[1]+it[3], it[0]+i, 5] = 3map[door_x,door_y,5] = 2def randomWall(room):direction = random.randint(0,3)dir = [[0,1,-1,0],[1,0,0,-1],[1,0,0,room[3]],[0,1,room[2],0]]x_off = random.randint(1,room[2]-2)y_off = random.randint(1,room[3]-2)x = room[0] + x_off*dir[direction][0] #+ dir[direction][2]y = room[1] + y_off*dir[direction][1] #+ dir[direction][3]return y,xdef drawMap(M, image):rows, cols, deep = M.shapeblock = [[2,8,0,2],[0,2,2,8],[2,8,8,10],[8,10,2,8]]color = [0,0,230,140]for row in range(0, rows):for col in range(0, cols):unit = M[row, col]if unit[5] == 1:image[10 * row : 10 * row + 10, 10 * col:10 * col + 10] = 255else:image[10 * row + 2: 10 * row + 8, 10 * col + 2:10 * col + 8] = 255 - color[unit[5]]for i in range(4):if unit[i] == 1:x1 = 10 * row + block[i][0]x2 = 10 * row + block[i][1]y1 = 10 * col + block[i][2]y2 = 10 * col + block[i][3]image[x1:x2,y1:y2] = 255 - color[unit[5]]plt.imshow(image, interpolation='none', cmap ='gray')plt.show()if __name__ == '__main__':rows = int(input('输入房间行数：'))cols = int(input('输入房间列数：'))map = np.zeros((rows,cols,6),np.int16)image = np.zeros((rows * 10, cols * 10), dtype=np.uint8)room = randomRoom(map)randomDoor(map,room.copy())drawMap(map,image)

这样就生成了房间和房门，画出所示图

2 生成走廊

2.1生成迷宫

现在有一个地图，地图上有带有房门的房间，接下来要做的是是未定区域产生走廊。在这里使用一个新的方法：洪水法(flood fill)，随机选取一点，从这点出发将附近可到达的点填充。在迷宫中有一点不同的是前往下一个点时，需要将两点间的墙壁打通。同时，在迭代中，当发现走入死胡同时，回到上一次拐弯的地方选取另外一个方向。

可以想到，通过递归来解决这个问题。在选取方向时，让电脑随机选取一个方向。当打通两个点间的墙壁时，显然，一个点向左必然是另一个点的向右，它们是对称的。假设用0123来表示三个方向，它们之间的关系很明显是在4的有限域内，将该点方向加上2模4就是另一点的方向。

def floodFill(M):h, w, d = M.shapedef findFree():x = random.randint(1,h-2)y = random.randint(1,w-2)for i1 in range(x,h-1):for j1 in range(y,w-1):if M[i1,j1,5] == 0:return [i1,j1]for i1 in range(1,h-1):for j1 in range(1,w-1):if M[i1,j1,5] == 0:return [i1,j1]return Nonedirection = [[0,-1],[-1,0],[0,1],[1,0]]def fill(point,dir=0):if point[0] < 1 or point[0] >= h-1 or point[1] < 1 or point[1] >= w-1:returnif M[point[0], point[1], 4] == 1:returnM[point[0], point[1], 4] = 1M[point[0], point[1], 5] = 4M[point[0], point[1], (dir+2)%4] = 1M[point[0]-direction[dir][0], point[1]-direction[dir][1], dir] = 1ind = random.randint(0,3)for i2 in range(4):index = (ind + i2) % 4fill([point[0]+direction[index][0],point[1]+direction[index][1]], index)while True:point = findFree()if point == None:breakfill(point)if __name__ == '__main__':rows = int(input('输入房间行数：'))cols = int(input('输入房间列数：'))map = np.zeros((rows,cols,6),np.int16)image = np.zeros((rows * 10, cols * 10), dtype=np.uint8)room = randomRoom(map)randomDoor(map,room.copy())floodFill(map)drawMap(map,image)

生成迷宫如下

这样很简单地就生成了房间外的迷宫，由于洪水法的特点和所使用的数据结构，这样保证了房间是被迷宫的通道包围的，从房门打开，就进入了迷宫。

此外，该迷宫是一个完美的迷宫。完美的迷宫是指：在迷宫任意两点间有且只有一条路径。如果不想让迷宫完美（也即有多种方法可以到达另一点，这往往是我们想要的），可以令房间产生多个房门，通过房间产生额外的路径，或者，可以在死胡同（周围三面是墙）上打洞。

2.4 使用循环改进

上述方法固然简单，也是常常想到的方法。但是随着地图增大，进行深递归时，往往会发生爆栈。一个不是解决方法的方法是使用循环去代替递归，改进如下

def floodFill2(M):h,w,d = M.shapels = []x = y = 0ls.append([x,y])dir = []direction = [[0,-1],[-1,0],[0,1],[1,0]]while ls:M[x, y, 4] = 1dir.clear()ind = 0for it in direction:if x+it[0] >= 0 and y+it[1] >= 0 and x+it[0] < h and y+it[1] < w:if M[x+it[0],y+it[1],4] == 0:dir.append(ind)ind += 1if len(dir) > 0:ls.append([x, y])next = random.choice(dir)M[x,y,5] = 4M[x,y,next] = 1x = x+direction[next][0]y = y+direction[next][1]M[x,y,(next+2)%4] = 1else:M[x, y, 5] = 4x, y = ls.pop()if __name__ == '__main__':rows = int(input('输入房间行数：'))cols = int(input('输入房间列数：'))map = np.zeros((rows,cols,6),np.int16)image = np.zeros((rows * 10, cols * 10), dtype=np.uint8)room = randomRoom(map)randomDoor(map,room.copy())floodFill2(map)drawMap(map,image)

这样即使地图增大，也能计算迷宫了，放下效果图

2.3 走廊缩减

当主要的关注点是在房间，而不是迷宫上时，往往不需要迷宫占满整个地图，这很浪费时间。

那么需要将迷宫缩减一下，入手点是死胡同。我希望这个走廊没有那么多死胡同，不至于走到浪费大量的时间在走迷宫上。寻找死胡同也很简单，周围三面是墙该点就是死胡同。

首先遍历搜索当前所有的死胡同点加入链表，对链表内容循环直至循环超过一定次数/剩余走廊少于一定数量/没有死胡同。这个条件可以自行设置。代码如下

def deleteCorner(M,left_floor=500):direction = [[0, -1], [-1, 0], [0, 1], [1, 0]]try_num = 1000count = 0r, c, d = M.shapetotal = (r-1) * (c-1)corner = []for i in range(r):for j in range(c):if sum(M[i,j,:4]) == 1:corner.append([i,j])while len(corner):if count > try_num or len(corner) == 0 or total < left_floor:breakcor = random.choice(corner)if sum(M[cor[0],cor[1],:4]) != 1:corner.remove(cor)continueis_door = Falsefor it in direction:if M[cor[0]+it[0],cor[1]+it[1],5] == 2:corner.remove(cor)is_door = Trueif is_door:continuetemp = np.where(M[cor[0], cor[1], :4] == 1)front = int(temp[0])M[cor[0], cor[1], :] = 0M[cor[0] + direction[front][0], cor[1] + direction[front][1], (front + 2) % 4] = 0total -= 1corner.remove(cor)corner.append([cor[0] + direction[front][0], cor[1] + direction[front][1]])count += 1print(count)if __name__ == '__main__':rows = int(input('输入房间行数：'))cols = int(input('输入房间列数：'))map = np.zeros((rows,cols,6),np.int16)image = np.zeros((rows * 10, cols * 10), dtype=np.uint8)room = randomRoom(map)randomDoor(map,room.copy())floodFill2(map)deleteCorner(map)drawMap(map,image)

可以看到一些死胡同被删除了，迷宫也不是占满整个地图。

2.3 走廊再简化

上述方法可以生成一个完整的迷宫和房间了。那么当然了需求是满足不完的，尽管做了上述工作，还是觉得走廊过于复杂了，我不希望它是一条直线，也不希望它拐来拐去，该怎么办？

在递归打通填充下一个点时，使用的是随机一个方向，那么要保持稳定，可以初始随机选定一个方向，在填充的过程中有概率拐弯，这样的小设定能保持一段直道走廊。

def floodFill3(M):h, w, d = M.shapearea = 4area_list = []def findFree():for i1 in range(1,h-1):for j1 in range(1,w-1):if M[i1,j1,5] == 0:return [i1,j1]return Nonedef outRect(p):return p[0] < 1 or p[0] >= h-1 or p[1] < 1 or p[1] >= w-1direction = [[0, -1], [-1, 0], [0, 1], [1, 0]]corner = []while True:new_point = point = findFree()if point == None:breakdir = random.randint(0, 3)while True:point = new_pointM[point[0], point[1], 5] = areaM[point[0], point[1], 4] = 1change = random.random()old_dir = dirif change > 0.9:tran = int((random.randint(-1,0)+0.5)*2)old_dir = dirdir = (dir + tran) % 4new_point = [point[0]+direction[dir][0], point[1]+direction[dir][1]]f = Falseif outRect(new_point):f = Trueelif M[new_point[0],new_point[1],4] == 1:f = Trueif f:for i in range(4):ind = (old_dir + i) % 4temp = [point[0]+direction[ind][0], point[1]+direction[ind][1]]if outRect(temp):continueelif M[temp[0],temp[1],4] == 1:continueelse:new_point = tempf = Falsedir = indif old_dir != dir and not f:corner.append(point)if not f:M[point[0],point[1],dir] = 1M[new_point[0],new_point[1],(dir+2)%4] = 1else:if len(corner):new_point = corner.pop()else:breakarea_list.append(area)area += 1return area_listif __name__ == '__main__':rows = int(input('输入房间行数：'))cols = int(input('输入房间列数：'))map = np.zeros((rows,cols,6),np.int16)image = np.zeros((rows * 10, cols * 10), dtype=np.uint8)room = randomRoom(map)randomDoor(map,room.copy())floodFill3(map)drawMap(map,image)

需要注意的是修改后的方法产生的不是完美迷宫了，而是一块一块不连通的迷宫，某些时候需要将两个不连通的迷宫打通，这需要额外的计算。对死胡同进行消除后看看结果。

#打通区域,ls存放area的列表
def breakArea(map,ls):h,w,d = map.shapeknown = []direction = [[0,-1],[-1,0],[0,1],[1,0]]while len(ls) > 1:f = Falsefor i in range(h):for j in range(w):if map[i,j,5] in ls and not map[i,j,5] in known:ind = 0for it in direction:if map[i+it[0],j+it[1],5] in ls and map[i+it[0],j+it[1],5] != map[i,j,5]:ls.remove(map[i+it[0],j+it[1],5])map[i, j, ind] = 1map[i+it[0], j+it[1], (ind + 2) % 4] = 1map[map==map[i+it[0],j+it[1],5]] = map[i, j, 5]known.append(map[i,j,5])known.append(map[i+it[0],j+it[1],5])f = Truebreakind += 1if f:breakif f:break

那么这种方法就能生成需求中的迷宫和房间了。

总结

在看着自己随机生成的迷宫不断变化时一件有趣的事情，最后的最后，让我放上两种迷宫来奖赏自己。

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