技术贴:如何简单地做游戏随机生成地图

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

Gamelook报道/对于大多数的游戏来说，内容的消耗都是开发商非常棘手的问题，而随机生成地图的做法则大大增加了游戏的可重复性，并且可以丰富玩家的体验。最近，海外一名资深开发者在博客中分享了他做随机生成地图的方式，以下请看Gamelook编译的博客内容：

这篇博客主要解释的是一个做随机生成地图的技术，之前TinyKeepDev也进行过简略的描述，但我这里会用更多的细节和步骤来解释这个做法，总体来说，整个算法的运行方式可以用下面的gif图表示：

生成房间

首先，你要生成一些宽和高不同的房间，随机地放在一个圈内。TKdev的算法用了比较常见的方法随机生成房间尺寸，我认为这是一个不错的想法，因为它可以为你带来更多的参数可供使用，使用不同的宽高比例和标准偏差可以带来外观不同的副本地牢。

你可能需要使用到的一个函数就是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

你可以在这个链接里获得更多的信息（英文版），在此之后，你就应该可以做出像下图这样的东西了：

你需要考虑的一个非常重要的事情是，由于你（至少是概念上）在处理一个tile网格，所以你必须把所有的东西都对齐到同一个网格里，在上图的gif中tile的尺寸是4像素，意味着所有的房间位置和尺寸都必须是4的公倍数。为了做到这样，我把位置和宽高比例都放到了一个函数中，把这些数字和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

分散的房间

现在，我们可以说说分离的部分了。有很多的房间都混在了同一个地方，而且它们之间不能有重叠。TKdev使用了分离转向的做法，但我发现用一个物理引擎做起来更简单。在你增加了所有的房间之后，只要增加物理物体（solid physics body）匹配每个房间的位置、然后运行模拟，直到所有的物体都出于休眠状态。在gif里我是用平常的速度运行模拟，但当你们做不同关卡之间的模拟时，可以用更快的速度。

这些物理物体本身并没有和tile网格相联系，但当设定了房间位置并且和随即指令放到一起的时候，你就会得到这些并不重叠的房间，而且这些房间与tile网格是匹配的，下面的gif对此进行了展示，蓝色外形是物理物体，在它们和房间之间总有一些不匹配，因为他们的位置始终是分散的。

当你希望创造水平或者垂直分布的房间时，这样的做法可能会出现一个问题，比如我现在在做的游戏：

游戏里的战斗都是水平向的，所以我的游戏当中大多数的房间都更更宽，但可能没有那么高。问题在于，物理引擎如何解决这些比较长的房间在一起的时候出现的冲突：

你们可以看到的是，地牢变得非常高，这并不是理想中的状况。为了解决这个问题，我们可以一开始就把这些房间按带状分布而不是环形，这可以确保地牢本身有合适的宽高比例：

为了在这个带状区域里随机分布，我们只要把getRandomPointInCircle函数进行改变，把分布点放到椭圆形中即可，在gif里我使用的椭圆形宽度为400，高度为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

主房间

下一步主要是解决哪些房间是主房间或者中心房间，哪些是附属房间。TKdev的方法是非常不错的，你只需要挑选超过一定宽高比阀值的房间即可，在下面的gif里，我用的阀值是1.25，也就是说，如果平均宽和高是24，那么超过宽和高30的房间都会被选择。

三角剖分（Delaunay Triangulation）+图形

现在，我们把所有选中房间的中间点找出来然后放到剖分程序中，你可以自己做这个过程，也可以找有经验的人分享这方面的资源。我在做游戏的时候比较幸运的是Yonaba已经做了这个过程。你们可以在界面中看到：

在有了这些三角形之后，你随后就可以生成一个图形，这个过程可以非常简单地给你带来图形信息数据结构或者数据库。如果你没有做过，那么房间物体或者结构最好有独特的ID，这样你就可以把这些Id加到图形中，而不是来回复制。

最小化生成树（Spanning Tree）

在此之后，我们从图形中生成了一个最小化的生成树，需要再强调一次的是，你可以自己做也可以找有经验的人去做（前提是和你使用的同一种编程语言）。

最小化生成树可以确保地牢中所有的主房间都是可达的，但同样将让这些房间的连接方式和此前不一样。这是很有用的，因为我们通常都不希望做一个连接太紧密的地牢，但也不希望做成不可达的孤岛。然而，我们又不希望地牢只是一个平行的路径，所以我们现在要做的就是为剖分图形增加一些边界：

这可以增加更多的路径和循环，这会让副本地牢变得更加有趣。TKdev当时是增加了15%的边界，而我发现8-10%是更好的选择，当然，这主要取决于你希望这些副本地牢之间的连接密度是怎样的。

走廊

最后，我们希望为地牢增加走廊，为此，我们检查了图形中的所有节点，然后在相邻的节点之间我们可以创造直线，如果这些相邻节点排列比较平行的话，我们就可以做一个水平线。如果这些节点比较垂直，我们可以做垂直线，如果这些节点没有相邻也没有平行或者垂直，我们可以做2跳线形成L形状。

我测试是否相邻的标准是，计算两个节点之间的中间点，然后检查中间点X或者Y的属性是否在节点的边界之内，如果在，我就可以从这个中间点创造这条线，但只能在一个轴上。

在上图中，你们可以看到所有情况下的例子，节点62和47之间有一个平行线，60和125之间有一个垂直线，而118和119之间有一个L形线。另一个比较重要的是，这些都不是我创造的线，这些只是我正在画的，但我还在每个线的旁边创造了2个额外的线，确保每一个都能够与tile尺寸匹配，因为我希望游戏中的战士宽度和高度都至少达到3个tiles。

不管怎么说，在这个过程之后，我们可以检查哪些并非主房间的房子与这些线冲突，有冲突的房间可以被加到任何你在用的结构中，而且它们还可以作为走廊的轮廓：

根据你最初设定房间的尺寸和均匀度，你到这里就可以获得外观不同的副本地牢了，如果你希望让走廊变得更统一而且看起来不那么奇怪，那么你就应该把偏差做小一些，而且应该做一些检查，确保房间不至于太窄或者太宽。

作为最后一步，我们只需要增加1个tile尺寸的网格房间不缺漏掉的部分即可，需要说的是，你其实并不需要有网格数据结构或者太花哨的东西，你可以根据tile尺寸检查每条线，并且在某些列表中增加网格分布位置即可，这就是我们增加3条线（或者更多）的原因。

接下来，我们的随机生成地图就完成了。

总结

整个流程中我返回的数据结构是：一个房间列表（每个房间都只是带有独特ID的结构、x/y位置和宽高比）；图形，每个节点对应一个房间id；真实的2D网格，这里的每个房间都是空的，可以指向主房间、走廊或者走廊间。有了这三个结构，我认为你可以做出任何类型的数据，然后找到在哪儿放门、敌人、物品，决定哪些房间里有BOSS等等。