iOS9 每日學習第11天：GameplayKit 之 Pathfinding

發表於2015-11-16

在之前釋出的 iOS 版本中，蘋果就已經非常重視讓開發者編寫遊戲更簡單。他們在 iOS 7 中介紹了 SpriteKit。 SpriteKit 是一個 2D 的圖形和動畫的庫，你可以用來為 iOS 和 OS X 平臺編寫可互動的遊戲。2012年的時候，他們又為 Mac 平臺提供了 SceneKit 庫，在 WWDC 2014 時，又將其擴充到了 iOS 平臺，並增加了一些新的特性，例如粒子系統和物理模擬。

同時用過這兩個庫後，我個人可以作證，這兩個庫都是非常好用的。當你在遊戲中用來展示視覺化的元素時，他們非常有用。但是，畢竟我開發遊戲的經驗不多，我經常比較疑惑的是，如何去架構一個遊戲專案，如果去構建模型，以及如何處理它們之間的關係。

隨著 iOS 9 的釋出，蘋果試圖通過一些方法來幫助開發者解決這些問題。他們介紹了一個新的庫 GameplayKit。這是一組工具集，提供一系列的在 iOS 和 OS X 平臺上開發的技術。

和高階別的遊戲引擎，例如 SpriteKit 和 SceneKit 不同，GameplayKit 並不包括動畫和渲染內容等，相應的，你可以使用 GameplayKit 來開發你的遊戲玩法和機制，設定模型，使架構做到最小元件化和可伸縮。
— 來自蘋果文件中關於 GameplayKit 介紹部分。

這個庫包涵了一下特性

Randomisation
Entities and Components
State Machines
Pathfinding
Agents, Goals & Behaviours
Rule Systems

這篇文章，著重介紹 pathfinding 在 GameplayKit 中的對應 API，當然也會涉及到一些其它部分。

建立一個 PathFinding 的例子

現在我們來建立一個簡單的 SpriteKit 示例專案，來示範一下 GameplayKit 中 pathfinding 相關的API.

首先，在 Xcode 中建立一個 SpriteKit 型別遊戲專案。

setup.png

它會自動建立一個基於模版的基本遊戲專案，下一步，我們開啟 GameScene.sks檔案，來新增幾個節點。首先我們建立一個代表玩家的節點，我們希望它在迷宮中可以移動。

player.png

注意一下在右側的 property inspector,我們把name 設定為“player”，後面我們會用它來和這個節點進行關聯。

接下來，我們新增更多的節點。以讓玩家去在迷宮中避讓。否則的話，這個pathfinding 就太簡單了。

maze.png

使用 scene editor 拖拽一些 node 到場景中。你可以想上圖一樣去佈置。簡單也好、複雜也可以。只要能夠保證，當玩家點選了某個特定點後，在通過時需要避讓就行。你無須對這些節點進行修飾，讓他們保持簡單的矩形就好了。

接下來，開啟 GameScene.swift 檔案，過載 touchesBegan 方法。我們將使用使用者點選的點，作為路徑的終點。

override func touchesBegan(touches: Set, withEvent event: UIEvent?) {
for touch: AnyObject in touches {
    let location = (touch as! UITouch).locationInNode(self)
    self.movePlayerToLocation(location)
}}

override func touchesBegan(touches: Set, withEvent event: UIEvent?) {

for touch: AnyObject in touches {

let location = (touch as! UITouch).locationInNode(self)

self.movePlayerToLocation(location)

}}

一旦我們發現使用者點選了，我們能要建立一個從玩家的當前點到點選的點之間的路徑，同時這個路徑要避讓障礙物。為了做這些，我們需要建立一個 movePlayerToLocation 方法。

func movePlayerToLocation(location: CGPoint) {

// Ensure the player doesn't move when they are already moving.
guard (!moving) else {return}
moving = true

func movePlayerToLocation(location: CGPoint) {

// Ensure the player doesn't move when they are already moving.

guard (!moving) else {return}

moving = true

首先我們需要獲得 player,我們可以通過 childNodeWithName 方法來獲取。在前面我們已經通過 scene editor 給它命名好了。

 // Find the player in the scene.
let player = self.childNodeWithName("player")

1 2	// Find the player in the scene. let player = self.childNodeWithName("player")

當我們獲取到障礙物的陣列後，我們要計算從 player 的當前點到終點的路徑。

// Create an array of obstacles, which is every child node, apart from the player node.
let obstacles = SKNode.obstaclesFromNodeBounds(self.children.filter({ (element ) -> Bool in
    return element != player
}))

// Create an array of obstacles, which is every child node, apart from the player node.

let obstacles = SKNode.obstaclesFromNodeBounds(self.children.filter({ (element ) -> Bool in

return element != player

}))

一旦我們獲取到了 player 以後，我們要建立一個陣列，把其它節點放進去。這是我們需要讓 player 避讓的障礙物陣列。

// Assemble a graph based on the obstacles. Provide a buffer radius so there is a bit of space between the
// center of the player node and the edges of the obstacles.
let graph = GKObstacleGraph(obstacles: obstacles, bufferRadius: 10)

// Create a node for the user's current position, and the user's destination.
let startNode = GKGraphNode2D(point: float2(Float(player!.position.x), Float(player!.position.y)))
let endNode = GKGraphNode2D(point: float2(Float(location.x), Float(location.y)))

// Connect the two nodes just created to graph.
graph.connectNodeUsingObstacles(startNode)
graph.connectNodeUsingObstacles(endNode)

// Find a path from the start node to the end node using the graph.
let path:[GKGraphNode] = graph.findPathFromNode(startNode, toNode: endNode)

// If the path has 0 nodes, then a path could not be found, so return.
guard path.count > 0 else { moving = false; return }

// Assemble a graph based on the obstacles. Provide a buffer radius so there is a bit of space between the

// center of the player node and the edges of the obstacles.

let graph = GKObstacleGraph(obstacles: obstacles, bufferRadius: 10)

// Create a node for the user's current position, and the user's destination.

let startNode = GKGraphNode2D(point: float2(Float(player!.position.x), Float(player!.position.y)))

let endNode = GKGraphNode2D(point: float2(Float(location.x), Float(location.y)))

// Connect the two nodes just created to graph.

graph.connectNodeUsingObstacles(startNode)

graph.connectNodeUsingObstacles(endNode)

// Find a path from the start node to the end node using the graph.

let path:[GKGraphNode] = graph.findPathFromNode(startNode, toNode: endNode)

// If the path has 0 nodes, then a path could not be found, so return.

guard path.count > 0 else { moving = false; return }

現在我們獲得了 player的路徑，避讓了障礙物。也可以通過 SKAction.followPath(path: CGPath, speed: CGFloat)方法來建立更好的路徑。但這裡我們選擇從每個節點通過時是直線移動，可以讓路徑的演算法，看起來非常明確。在實際的遊戲專案中，或許會更多的使用 SKAction.followPath 方法。

下面的程式碼為 moveTO SKAction 建立路徑上的和障礙物之間的間隙，然後把他們串起來。

// Create an array of actions that the player node can use to follow the path.
var actions = [SKAction]()

for node:GKGraphNode in path {
    if let point2d = node as? GKGraphNode2D {
        let point = CGPoint(x: CGFloat(point2d.position.x), y: CGFloat(point2d.position.y))
        let action = SKAction.moveTo(point, duration: 1.0)
        actions.append(action)
    }
}

// Convert those actions into a sequence action, then run it on the player node.
let sequence = SKAction.sequence(actions)
player?.runAction(sequence, completion: { () -> Void in
    // When the action completes, allow the player to move again.
    self.moving = false
})

// Create an array of actions that the player node can use to follow the path.

var actions = [SKAction]()

for node:GKGraphNode in path {

if let point2d = node as? GKGraphNode2D {

let point = CGPoint(x: CGFloat(point2d.position.x), y: CGFloat(point2d.position.y))

let action = SKAction.moveTo(point, duration: 1.0)

actions.append(action)

}

// Convert those actions into a sequence action, then run it on the player node.

let sequence = SKAction.sequence(actions)

player?.runAction(sequence, completion: { () -> Void in

// When the action completes, allow the player to move again.

self.moving = false

})

}

現在，當你在場景中點選一下， player 就會移動到你點選的地方，並且避開障礙物。如果你點到某個 Node的中心，或者無法到達的地方，那麼 player 就不會移動。

結果

下面的視訊展示了遊戲的過程，你可以注意觀察 player是如何避讓障礙並移動到遠點的。

視訊連結

這裡非常短暫的展示了一下pathfinding的特性。接下來，我們會在下一篇中更加詳細的展示 GameplayKit 在開發中的一些新特性是如何幫助開發者的。

iOS9 每日學習第11天：GameplayKit 之 Pathfinding

建立一個 PathFinding 的例子

結果

延伸閱讀

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