RTS游戏的行军算法

这篇是03年写的，那时候还没有进入游戏圈，现在回想起来游戏里很多问题的处理比之前想象的要简单。

一提起游戏中的寻路,很多人就会想起A*算法. 的确,A*无疑是当前用的最多的寻路算法,在比较简单的地图上它的速度非常快,能很快找到最短路径(确切说是时间代价最小路径),而且使用A*算法可以很方便地控制搜索规模以防止程序阻塞.

关于A*算法的文章已经很多了,上google随便一搜就能找到好多,但是国内网友原创的似乎不是很多,建议英文不太差的爱好者上国外的网站查找相关资料,比如这个Amit’s Game Programming Information.

A*算法本身表述起来很简单,程序写起来也不难,两三百行轻松搞定.关键是要在代码优化上下功夫,这就很考验程序员的算法功底了.基本的思路一般都是以空间(也就是内存的占用)换取时间(搜索速度),另外还有一些地图预处理(包括人工的预处理和用程序预处理)的技术比如多级地图精度或者地图分区域搜索等等,但我今天要讨论的不是A*算法本身,关于这方面有兴趣的网友可以另外和我交流.

不管怎么优化,寻路总是一项非常费时的工作,并且工作量和地图的大小基本成线性关系(不限制搜索规模的前提下).现在的rts往往允许每方生产200个以上的移动单位,同时可能会有大量的移动物体需要寻路.如果同时选定100个单位点并向他们下达远程行军命令,假设每次寻路需要5ms(在复杂地图上,这个数值一点都不夸张,我是说在我的机器上),那么就需要0.5秒的时间在寻路上,也就是说整个游戏将因此停顿0.5秒.你受的了么?

呵呵,俺们程序员是不会让这种情况出现地,通常有几种方法来避免寻路运算导致程序堵塞:

1.限制同时选定的移动单位个数
帝国2里面,这个限制是40个.当然这样一来,同一个编队里的人数就不可能超过40了.这一方面是为了减少寻路耗时,同时可能也有别的考虑,我能想到的是同时控制过多的单位攻击同一个目标可能效率会很低.我不知道其它rts游戏是否也有类似的限制,但是如果采用了下文所述的第2,第3种方案的话,这个限制就显得不那么重要了.

2.把寻路工作在时间上分散进行.
可以估计一下每次寻路所花的时间,限制每个”回合”(就是游戏的一帧)最多让多少个单位寻路,其它的等下一个回合再说.这样游戏就不会停顿,但是缺点是可能会看到所有人不是同时动身,而是先后开始移动.网上有文章说为了避免选中的单位”发楞”而让玩家以为出了什么问题,可以让一时来不及寻路的单位花很少的时间凭”直觉”决定一个方向(通常就是目标所在的直线方向了)先走再说,等轮到自己寻路以后再改回来.这也是个办法,因为”直觉”的方向在大多数情况下就是正确的方向.但是据我观察在帝国2里面没有用到这个小伎俩,后面会说到.

3.这个是最实惠最有效的,就是距离相近的单位公用一条路径.所谓”相近”一般来说以互相都在视野之内为限
玩过帝国2的人都会感叹其中各种漂亮的阵型,连行军的时候都要摆的整整齐齐的一个方阵(当然前提是在空地上跑).即使你故意挨个把他们分散了(不能距离太远),同时选中他们并点取一个目的地以后,他们也会在行进中慢慢的自动靠拢,不一会又排成方阵了.而且,不管你让他们去地图的什么地方,他们都会全体立即响应,而不会出现上一条所说的那种停顿或者先后启动,这是怎么回事呢?聪明的你一定能想到,只要让一个人带队寻路,其他人跟着就行了.对!就是这么回事.让一个单位寻路而其余的单位跟随,这比让每个单位单独寻路要快的多了.这个带队的移动单位称之为”寻路兵”
说到这里要提到帝国2的一个不知能不能算的bug,比如有一条很长的小河,你有一帮人马,一部分在河左边,另一部分在河右边,他们挨的很近,虽然隔着河.现在你画个框把他们同时选定,比如让他们都到河左边.因为他们相互都看得见,于是程序就选了一个人带路(怎么选的我不太清楚).这时候可能出现两种情况:一种是寻路兵在河左边,于是他带着河左边的众弟兄朝目的地去了,河右边的一干人很想跟着(根据程序的设定,他们不需要自己寻路)但是无奈隔着河过不去,在河边彷徨了一会(帝国2的算法据我观察在原定路线不能走的情况下会先尝试从两边绕行,当然绕行的范围是有限的,如果发现绕不过去才重新寻路),当对岸的人马走出他们视野的时候他们才想起来可以自己寻路,于是顺着河边绕过去了.另一种情况更搞笑,就是系统选出的寻路兵在河右边.本来河左边的人是离目的地很近的,但是他们不管,非要隔着河紧跟着那边的寻路兵,直到在河流的尽头与寻路兵所在的部队汇合以后,才一起排着方阵走向目的地.
关于帝国2中寻路兵的确定,就是在一队人马中选哪个来带头寻路,我还没有什么头绪.
另外,当寻路兵死亡(按了del键,呵呵),或者被指定了另外的目的地时,剩下的单位中会重新产生一个寻路兵,重新寻路.

奇怪的是,帝国2中的农民的移动却没有采用寻路兵策略,即使彼此很靠近的一堆农民,他们移动时也不会排成方阵,而且点选目标的一瞬间会出现上文第2条所述的那种停顿,即有的农民先启动,有些后启动.在我的CII533的机器上,40个农民,huge空白地图从一头到另一头,最快启动的农民和最慢的大概相差0.5秒,延迟已经很明显了.我不太明白为什么这么设计,可能是农民行为的特殊性上的考虑.
另外关于帝国2要说明的是它没有类似红警里面的同一方的”让路”算法,如果你让几个人把一个咽喉要道堵住,然后控制另一队人试图通过这个关口,可以看出寻路的时候算法没有考虑堵住关口的单位,因为你控制的人马径直就朝这个关口过来了,就像以为它是通的一样(这本身是合理的,因为他们不知道挡路者什么时候会离开),到了跟前一看堵住了,左边右边的绕了两下没绕过去就回头找另一条路去了.挡路的人根本无动于衷.

现在的rts正在向网络化发展,在地图越来越大,移动单位越来越多的情况下,一方面是路径搜索算法本身的效率,另外行军算法(例如阵型,让路等等)的效率和巧妙程度也是个很值得研究的课题.

呵呵,居然写了这么多.我有时间的话还会研究一下其它游戏的寻路特点,如果有同好者欢迎和我交流.本文如果要转载,请注明是转载.谢谢!