Effizientere Möglichkeit, die Sichtlinie in einem 2D-Gitter mit Ray Casting zu implementieren?

Stellen Sie sich ein 2D-Kachelraster und eine ungefähre Koordinatenkugel vor, die auf dem Spieler zentriert ist und die Sichtlinie darstellt. Ziel ist es, die Sichtlinie über Hindernisse (dh Mauern) hinaus zu blockieren.

Es ist relativ einfach festzustellen, ob eine einzelne Zelle im Sichtbereich sichtbar ist: Wirf mit Bresenham einen Strahl vom Spieler auf die Zielzelle - wenn eine der überlappenden Zellen zwischen dem Spieler und dem Ziel ein Hindernis ist, die Zielzelle ist nicht sichtbar.

Mein erster Gedanke war nun, alle Gitterzellen in der Sichtlinie zu durchlaufen - aber das scheint mir ineffizient zu sein. Wenn der Player beispielsweise neben einer Wand steht und Sie feststellen, dass die Zelle hinter der Wand nicht sichtbar ist, können Sie feststellen, dass alle Zellen auf dem Strahl danach nicht mehr sichtbar sind.

Es wurde auch erwogen, einen Strahl auf jede Zelle entlang des Umfangs der Sichtkugel zu werfen und jede Zelle entlang jedes Strahls zu iterieren - aber dann würde ich einige Zellen mehr als einmal verarbeiten.

Gibt es einen effizienteren Weg, dies zu tun?

Während das Iterieren von ~ 50 Zellen pro Runde eine relativ einfache Berechnung ist, strebe ich nach Geschwindigkeit - das Ziel ist es, beim automatischen Spielen einige Runden pro Sekunde fahren zu können. Je effizienter ich das machen kann, desto besser.

Sie können versuchen, "Schattenbögen" zu werfen, um größere Bereiche gleichzeitig abzudecken. Während die eigentlichen Details ein wenig involviert sind, hat Eric Lippert eine sehr ausführliche Erklärung (mit Live-Silverlight-Demo) unter http://blogs.msdn.com/b/ericlippert/archive/2011/12/12/shadowcasting-in -c-part-one.aspx .

Ich habe den von Jimmy vorgeschlagenen Algorithmus implementiert.

Video des Codes in Aktion hier: https://youtu.be/lIlPfwlcbHo

/*
   What this code does:
      Rasterizes a single Field Of View octant on a grid, similar to the way 
      FOV / shadowcasting is implemented in some roguelikes.
      Clips to bitmap
      Steps on pixel centers
      Optional attenuation
      Optional circle clip
      Optional lit blocking tiles

   To rasterize the entire FOV, call this in a loop with octant in range 0-7
   Inspired by http://blogs.msdn.com/b/ericlippert/archive/2011/12/12/shadowcasting-in-c-part-one.aspx
*/

static inline int Mini( int a, int b ) {
    return a < b ? a : b;
}

static inline int Maxi( int a, int b ) {
    return a > b ? a : b;
}

static inline int Clampi( int v, int min, int max ) {
    return Maxi( min, Mini( v, max ) );
}

typedef union c2_s {
    struct {
        int x, y;
    };
    int a[2];
} c2_t;

static const c2_t c2zero = { .a = { 0, 0 } };
static const c2_t c2one = { .a = { 1, 1 } };

static inline c2_t c2xy( int x, int y ) {
    c2_t c = { { x, y } };
    return c;
}

static inline c2_t c2Neg( c2_t c ) {
    return c2xy( -c.x, -c.y );
}

static inline c2_t c2Add( c2_t a, c2_t b ) {
    return c2xy( a.x + b.x, a.y + b.y );
}

static inline c2_t c2Sub( c2_t a, c2_t b ) {
    return c2xy( a.x - b.x, a.y - b.y );
}

static inline int c2Dot( c2_t a, c2_t b ) {
    return a.x * b.x + a.y * b.y;
}

static inline int c2CrossC( c2_t a, c2_t b ) {
    return a.x * b.y - a.y * b.x;
}

static inline c2_t c2Clamp( c2_t c, c2_t min, c2_t max ) {
    return c2xy( Clampi( c.x, min.x, max.x ), Clampi( c.y, min.y, max.y ) );
}

static inline c2_t c2Scale( c2_t a, int s ) {
    return c2xy( a.x * s, a.y * s );
}

void RasterizeFOVOctant( int originX, int originY,
                         int radius, 
                         int bitmapWidth, int bitmapHeight,
                         int octant,
                         int skipAttenuation,
                         int skipClampToRadius,
                         int darkWalls,
                         const unsigned char *inBitmap, 
                         unsigned char *outBitmap ) {
#define READ_PIXEL(c) inBitmap[(c).x+(c).y*bitmapWidth]
#define WRITE_PIXEL(c,color) outBitmap[(c).x+(c).y*bitmapWidth]=(color)
#define MAX_RAYS 64
#define ADD_RAY(c) {nextRays->rays[Mini(nextRays->numRays,MAX_RAYS-1)] = (c);nextRays->numRays++;}
#define IS_ON_MAP(c) ((c).x >= 0 && (c).x < bitmapWidth && (c).y >= 0 && (c).y < bitmapHeight)
    typedef struct {
        int numRays;
        c2_t rays[MAX_RAYS];
    } raysList_t;
    // keep these coupled like this
    static const const c2_t bases[] = {
        { { 1, 0  } }, { { 0, 1  } },
        { { 1, 0  } }, { { 0, -1 } },
        { { -1, 0 } }, { { 0, -1 } },
        { { -1, 0 } }, { { 0, 1  } },
        { { 0, 1  } }, { { -1, 0 } },
        { { 0, 1  } }, { { 1, 0  } },
        { { 0, -1 } }, { { 1, 0  } },
        { { 0, -1 } }, { { -1, 0 } },
    }; 
    c2_t e0 = bases[( octant * 2 + 0 ) & 15];
    c2_t e1 = bases[( octant * 2 + 1 ) & 15];
    raysList_t rayLists[2] = { {
        .numRays = 2,
        .rays = {
            c2xy( 1, 0 ),
            c2xy( 1, 1 ),
        }, 
    } };
    c2_t bitmapSize = c2xy( bitmapWidth, bitmapHeight );
    c2_t bitmapMax = c2Sub( bitmapSize, c2one );
    c2_t origin = c2Clamp( c2xy( originX, originY ), c2zero, bitmapMax );
    if ( READ_PIXEL( origin ) ) {
        WRITE_PIXEL( origin, 255 );
        return;
    }
    c2_t dmin = c2Neg( origin );
    c2_t dmax = c2Sub( bitmapMax, origin );
    int dmin0 = c2Dot( dmin, e0 );
    int dmax0 = c2Dot( dmax, e0 );
    int limit0 = Mini( radius, dmin0 > 0 ? dmin0 : dmax0 );
    int dmin1 = c2Dot( dmin, e1 );
    int dmax1 = c2Dot( dmax, e1 );
    int limit1 = Mini( radius, dmin1 > 0 ? dmin1 : dmax1 );
    c2_t ci = origin;
    for ( int i = 0; i <= limit0; i++ ) {
        int i2 = i * 2;
        raysList_t *currRays = &rayLists[( i + 0 ) & 1];
        raysList_t *nextRays = &rayLists[( i + 1 ) & 1];
        nextRays->numRays = 0;
        for ( int r = 0; r < currRays->numRays - 1; r += 2 ) {
            c2_t r0 = currRays->rays[r + 0];
            c2_t r1 = currRays->rays[r + 1];
            int inyr0 = ( i2 - 1 ) * r0.y / r0.x;
            int outyr0 = ( i2 + 1 ) * r0.y / r0.x;
            int inyr1 = ( i2 - 1 ) * r1.y / r1.x;
            int outyr1 = ( i2 + 1 ) * r1.y / r1.x;

            // every pixel with a center INSIDE the frustum is lit

            int starty = outyr0 + 1;
            if ( c2CrossC( r0, c2xy( i2, outyr0 ) ) < 0 ) {
                starty++;
            }
            starty /= 2;
            c2_t start = c2Add( ci, c2Scale( e1, starty ) );
            int endy = inyr1 + 1;
            if ( c2CrossC( r1, c2xy( i2, inyr1 + 1 ) ) > 0 ) {
                endy--;
            }
            endy /= 2;
            //c2_t end = c2Add( ci, c2Scale( e1, endy ) );
            {
                int y;
                c2_t p;
                int miny = starty;
                int maxy = Mini( endy, limit1 ); 
                for ( y = miny, p = start; y <= maxy; y++, p = c2Add( p, e1 ) ) {
                    WRITE_PIXEL( p, 255 );
                }
            }

            // push rays for the next column

            // correct the bounds first

            c2_t bounds0;
            c2_t bounds1;
            c2_t firstin = c2Add( ci, c2Scale( e1, ( inyr0 + 1 ) / 2 ) );
            c2_t firstout = c2Add( ci, c2Scale( e1, ( outyr0 + 1 ) / 2 ) );
            if ( ( IS_ON_MAP( firstin ) && ! READ_PIXEL( firstin ) )
                && ( IS_ON_MAP( firstout ) && ! READ_PIXEL( firstout ) ) ) {
                  bounds0 = r0;
            } else {
                int top = ( outyr0 + 1 ) / 2;
                int bottom = Mini( ( inyr1 + 1 ) / 2, limit1 );
                int y;
                c2_t p = c2Add( ci, c2Scale( e1, top ) );
                for ( y = top * 2; y <= bottom * 2; y += 2, p = c2Add( p, e1 ) ) {
                    if ( ! READ_PIXEL( p ) ) {
                        break;
                    }
                    // pixels that force ray corrections are lit too
                    WRITE_PIXEL( p, 255 );
                }
                bounds0 = c2xy( i2 - 1, y - 1 );
                inyr0 = ( i2 - 1 ) * bounds0.y / bounds0.x;
                outyr0 = ( i2 + 1 ) * bounds0.y / bounds0.x;
            }
            c2_t lastin = c2Add( ci, c2Scale( e1, ( inyr1 + 1 ) / 2 ) );
            c2_t lastout = c2Add( ci, c2Scale( e1, ( outyr1 + 1 ) / 2 ) );
            if ( ( IS_ON_MAP( lastin ) && ! READ_PIXEL( lastin ) )
                && ( IS_ON_MAP( lastout ) && ! READ_PIXEL( lastout ) ) ) {
                bounds1 = r1;
            } else {
                int top = ( outyr0 + 1 ) / 2;
                int bottom = Mini( ( inyr1 + 1 ) / 2, limit1 );
                int y;
                c2_t p = c2Add( ci, c2Scale( e1, bottom ) );
                for ( y = bottom * 2; y >= top * 2; y -= 2, p = c2Sub( p, e1 ) ) {
                    if ( ! READ_PIXEL( p ) ) {
                        break;
                    }
                    // pixels that force ray corrections are lit too
                    WRITE_PIXEL( p, 255 );
                }
                bounds1 = c2xy( i2 + 1, y + 1 );
                inyr1 = ( i2 - 1 ) * bounds1.y / bounds1.x;
                outyr1 = ( i2 + 1 ) * bounds1.y / bounds1.x;
            }

            // closed frustum - quit
            if ( c2CrossC( bounds0, bounds1 ) <= 0 ) {
                continue;
            }

            // push actual rays
            {
                ADD_RAY( bounds0 );
                int top = ( outyr0 + 1 ) / 2;
                int bottom = Mini( ( inyr1 + 1 ) / 2, limit1 );
                c2_t p = c2Add( ci, c2Scale( e1, top ) );
                int prevPixel = READ_PIXEL( p );
                for ( int y = top * 2; y <= bottom * 2; y += 2, p = c2Add( p, e1 ) ) {
                    int pixel = READ_PIXEL( p );
                    if ( prevPixel != pixel ) {
                        c2_t ray;
                        if ( pixel ) {
                            ray = c2xy( i2 + 1, y - 1 );
                        } else {
                            ray = c2xy( i2 - 1, y - 1 );
                        }
                        ADD_RAY( ray );
                    }
                    prevPixel = pixel;
                }
                ADD_RAY( bounds1 );
            }
        }
        ci = c2Add( ci, e0 );
    }

    if ( ! skipAttenuation ) {
        c2_t ci = origin;
        int rsq = radius * radius;
        for ( int i = 0; i <= limit0; i++ ) {
            c2_t p = ci;
            for ( int j = 0; j <= limit1; j++ ) {
                c2_t d = c2Sub( p, origin );
                int dsq = c2Dot( d, d );
                int mod = 255 - Mini( dsq * 255 / rsq, 255 );
                int lit = !! outBitmap[p.x + p.y * bitmapWidth];
                WRITE_PIXEL( p, mod * lit );
                p = c2Add( p, e1 );
            }
            ci = c2Add( ci, e0 );
        }
    } else if ( ! skipClampToRadius ) {
        c2_t ci = origin;
        int rsq = radius * radius;
        for ( int i = 0; i <= limit0; i++ ) {
            c2_t p = ci;
            for ( int j = 0; j <= limit1; j++ ) {
                c2_t d = c2Sub( p, origin );
                if ( c2Dot( d, d ) > rsq ) { 
                    WRITE_PIXEL( p, 0 );
                }
                p = c2Add( p, e1 );
            }
            ci = c2Add( ci, e0 );
        }
    }

    if ( darkWalls ) {
        c2_t ci = origin;
        for ( int i = 0; i <= limit0; i++ ) {
            c2_t p = ci;
            for ( int j = 0; j <= limit1; j++ ) {
                if ( READ_PIXEL( p ) ) { 
                    WRITE_PIXEL( p, 0 );
                }
                p = c2Add( p, e1 );
            }
            ci = c2Add( ci, e0 );
        }
    } 
}