技術貼:如何簡單地做游戲隨機生成地圖

轉自：http://www.gamelook.com.cn/2015/12/239245

Gamelook報道/對於大多數的游戲來說，內容的消耗都是開發商非常棘手的問題，而隨機生成地圖的做法則大大增加了游戲的可重復性，並且可以豐富玩家的體驗。最近，海外一名資深開發者在博客中分享了他做隨機生成地圖的方式，以下請看Gamelook編譯的博客內容：

這篇博客主要解釋的是一個做隨機生成地圖的技術，之前TinyKeepDev也進行過簡略的描述，但我這里會用更多的細節和步驟來解釋這個做法，總體來說，整個算法的運行方式可以用下面的gif圖表示：

生成房間

首先，你要生成一些寬和高不同的房間，隨機地放在一個圈內。TKdev的算法用了比較常見的方法隨機生成房間尺寸，我認為這是一個不錯的想法，因為它可以為你帶來更多的參數可供使用，使用不同的寬高比例和標准偏差可以帶來外觀不同的副本地牢。

你可能需要使用到的一個函數就是getRandomPointInCircle：

function getRandomPointInCircle(radius)
    local t = 2*math.pi*math.random()
    local u = math.random()+math.random()
    local r = nil
    if u > 1 then r = 2-u else r = u end
    return radius*r*math.cos(t), radius*r*math.sin(t)
end

你可以在這個鏈接里獲得更多的信息（英文版），在此之后，你就應該可以做出像下圖這樣的東西了：

你需要考慮的一個非常重要的事情是，由於你（至少是概念上）在處理一個tile網格，所以你必須把所有的東西都對齊到同一個網格里，在上圖的gif中tile的尺寸是4像素，意味着所有的房間位置和尺寸都必須是4的公倍數。為了做到這樣，我把位置和寬高比例都放到了一個函數中，把這些數字和tile尺寸相匹配：

function roundm(n, m) 
　　return math.floor(((n + m – 1)/m))*m 
end

— Now we can change the returned value from getRandomPointInCircle to:

function getRandomPointInCircle(radius)
　　…
　　return roundm(radius*r*math.cos(t), tile_size),end

 

分散的房間

現在，我們可以說說分離的部分了。有很多的房間都混在了同一個地方，而且它們之間不能有重疊。TKdev使用了分離轉向的做法，但我發現用一個物理引擎做起來更簡單。在你增加了所有的房間之后，只要增加物理物體（solid physics body）匹配每個房間的位置、然后運行模擬，直到所有的物體都出於休眠狀態。在gif里我是用平常的速度運行模擬，但當你們做不同關卡之間的模擬時，可以用更快的速度。

這些物理物體本身並沒有和tile網格相聯系，但當設定了房間位置並且和隨即指令放到一起的時候，你就會得到這些並不重疊的房間，而且這些房間與tile網格是匹配的，下面的gif對此進行了展示，藍色外形是物理物體，在它們和房間之間總有一些不匹配，因為他們的位置始終是分散的。

當你希望創造水平或者垂直分布的房間時，這樣的做法可能會出現一個問題，比如我現在在做的游戲：

 

游戲里的戰斗都是水平向的，所以我的游戲當中大多數的房間都更更寬，但可能沒有那么高。問題在於，物理引擎如何解決這些比較長的房間在一起的時候出現的沖突：

你們可以看到的是，地牢變得非常高，這並不是理想中的狀況。為了解決這個問題，我們可以一開始就把這些房間按帶狀分布而不是環形，這可以確保地牢本身有合適的寬高比例：

為了在這個帶狀區域里隨機分布，我們只要把getRandomPointInCircle函數進行改變，把分布點放到橢圓形中即可，在gif里我使用的橢圓形寬度為400，高度為20）：

function getRandomPointInEllipse(ellipse_width, ellipse_height)
    local t = 2*math.pi*math.random()
    local u = math.random()+math.random()
    local r = nil
    if u > 1 then r = 2-u else r = u end
    return roundm(ellipse_width*r*math.cos(t)/2, tile_size),
    roundm(ellipse_height*r*math.sin(t)/2, tile_size)
end

主房間

下一步主要是解決哪些房間是主房間或者中心房間，哪些是附屬房間。TKdev的方法是非常不錯的，你只需要挑選超過一定寬高比閥值的房間即可，在下面的gif里，我用的閥值是1.25，也就是說，如果平均寬和高是24，那么超過寬和高30的房間都會被選擇。

三角剖分（Delaunay Triangulation）+圖形

現在，我們把所有選中房間的中間點找出來然后放到剖分程序中，你可以自己做這個過程，也可以找有經驗的人分享這方面的資源。我在做游戲的時候比較幸運的是Yonaba已經做了這個過程。你們可以在界面中看到：

在有了這些三角形之后，你隨后就可以生成一個圖形，這個過程可以非常簡單地給你帶來圖形信息數據結構或者數據庫。如果你沒有做過，那么房間物體或者結構最好有獨特的ID，這樣你就可以把這些Id加到圖形中，而不是來回復制。

最小化生成樹（Spanning Tree）

在此之后，我們從圖形中生成了一個最小化的生成樹，需要再強調一次的是，你可以自己做也可以找有經驗的人去做（前提是和你使用的同一種編程語言）。

最小化生成樹可以確保地牢中所有的主房間都是可達的，但同樣將讓這些房間的連接方式和此前不一樣。這是很有用的，因為我們通常都不希望做一個連接太緊密的地牢，但也不希望做成不可達的孤島。然而，我們又不希望地牢只是一個平行的路徑，所以我們現在要做的就是為剖分圖形增加一些邊界：

這可以增加更多的路徑和循環，這會讓副本地牢變得更加有趣。TKdev當時是增加了15%的邊界，而我發現8-10%是更好的選擇，當然，這主要取決於你希望這些副本地牢之間的連接密度是怎樣的。

走廊

最后，我們希望為地牢增加走廊，為此，我們檢查了圖形中的所有節點，然后在相鄰的節點之間我們可以創造直線，如果這些相鄰節點排列比較平行的話，我們就可以做一個水平線。如果這些節點比較垂直，我們可以做垂直線，如果這些節點沒有相鄰也沒有平行或者垂直，我們可以做2跳線形成L形狀。

我測試是否相鄰的標准是，計算兩個節點之間的中間點，然后檢查中間點X或者Y的屬性是否在節點的邊界之內，如果在，我就可以從這個中間點創造這條線，但只能在一個軸上。

在上圖中，你們可以看到所有情況下的例子，節點62和47之間有一個平行線，60和125之間有一個垂直線，而118和119之間有一個L形線。另一個比較重要的是，這些都不是我創造的線，這些只是我正在畫的，但我還在每個線的旁邊創造了2個額外的線，確保每一個都能夠與tile尺寸匹配，因為我希望游戲中的戰士寬度和高度都至少達到3個tiles。

不管怎么說，在這個過程之后，我們可以檢查哪些並非主房間的房子與這些線沖突，有沖突的房間可以被加到任何你在用的結構中，而且它們還可以作為走廊的輪廓：

根據你最初設定房間的尺寸和均勻度，你到這里就可以獲得外觀不同的副本地牢了，如果你希望讓走廊變得更統一而且看起來不那么奇怪，那么你就應該把偏差做小一些，而且應該做一些檢查，確保房間不至於太窄或者太寬。

作為最后一步，我們只需要增加1個tile尺寸的網格房間不缺漏掉的部分即可，需要說的是，你其實並不需要有網格數據結構或者太花哨的東西，你可以根據tile尺寸檢查每條線，並且在某些列表中增加網格分布位置即可，這就是我們增加3條線（或者更多）的原因。

接下來，我們的隨機生成地圖就完成了。

總結

整個流程中我返回的數據結構是：一個房間列表（每個房間都只是帶有獨特ID的結構、x/y位置和寬高比）；圖形，每個節點對應一個房間id；真實的2D網格，這里的每個房間都是空的，可以指向主房間、走廊或者走廊間。有了這三個結構，我認為你可以做出任何類型的數據，然后找到在哪兒放門、敵人、物品，決定哪些房間里有BOSS等等。