Effiziente Methode zur Berechnung von „Vision Cones“ auf einer 2D-Kachelkarte?

Ich versuche zu berechnen, welche Kacheln eine bestimmte Einheit "sehen" kann, wenn sie auf einer Kachelkarte in eine bestimmte Richtung zeigen (innerhalb eines bestimmten Bereichs und Winkels der Ausrichtung). Am einfachsten wäre es, eine bestimmte Anzahl von Kacheln nach außen zu ziehen und auf jede Kachel einen Raycast zu senden. Ich hoffe jedoch auf etwas effizienteres. Ein Bild sagt mehr als tausend Worte:

Der rote Punkt ist die Einheit (die nach oben zeigt). Mein Ziel ist es, die gelben Kacheln zu berechnen. Die grünen Blöcke sind Wände (Wände sind zwischen Kacheln und es ist einfach zu prüfen, ob Sie zwischen zwei Kacheln hindurchgehen können). Die blaue Linie stellt so etwas wie die "Raycast" -Methode dar, von der ich gesprochen habe, aber ich möchte dies lieber nicht tun müssen.

BEARBEITEN: Einheiten können nur nach Norden / Süden / Osten / Westen ausgerichtet sein (0, 90, 180 oder 270 Grad) und FoV ist immer 90 Grad. Sollte einige Berechnungen vereinfachen. Ich denke, es gibt eine Art rekursiven / stapelbasierten / warteschlangenbasierten Algorithmus, aber ich kann es nicht ganz herausfinden.

Vielen Dank!

Ja, ich habe eine Forschungsarbeit gefunden!

In Bezug auf die Rechenkosten scheint Shadow Mapping ein klarer Gewinner zu sein.

Algorithmus gefunden werden kann hier und eine C # -Implementierung kann gefunden werden hier relevante Bit unten.

    #region FOV algorithm

    //  Octant data
    //
    //    \ 1 | 2 /
    //   8 \  |  / 3
    //   -----+-----
    //   7 /  |  \ 4
    //    / 6 | 5 \
    //
    //  1 = NNW, 2 =NNE, 3=ENE, 4=ESE, 5=SSE, 6=SSW, 7=WSW, 8 = WNW

    /// <summary>
    /// Start here: go through all the octants which surround the player to
    /// determine which open cells are visible
    /// </summary>
    public void GetVisibleCells()
    {
        VisiblePoints = new List<Point>();
        foreach (int o in VisibleOctants)
            ScanOctant(1, o, 1.0, 0.0);

    }

    /// <summary>
    /// Examine the provided octant and calculate the visible cells within it.
    /// </summary>
    /// <param name="pDepth">Depth of the scan</param>
    /// <param name="pOctant">Octant being examined</param>
    /// <param name="pStartSlope">Start slope of the octant</param>
    /// <param name="pEndSlope">End slope of the octance</param>
    protected void ScanOctant(int pDepth, int pOctant, double pStartSlope, double pEndSlope)
    {

        int visrange2 = VisualRange * VisualRange;
        int x = 0;
        int y = 0;

        switch (pOctant)
        {

            case 1: //nnw
                y = player.Y - pDepth;
                if (y < 0) return;

                x = player.X - Convert.ToInt32((pStartSlope * Convert.ToDouble(pDepth)));
                if (x < 0) x = 0;

                while (GetSlope(x, y, player.X, player.Y, false) >= pEndSlope)
                {
                    if (GetVisDistance(x, y, player.X, player.Y) <= visrange2)
                    {
                        if (map[x, y] == 1) //current cell blocked
                        {
                            if (x - 1 >= 0 && map[x - 1, y] == 0) //prior cell within range AND open...
                                //...incremenet the depth, adjust the endslope and recurse
                                ScanOctant(pDepth + 1, pOctant, pStartSlope, GetSlope(x - 0.5, y + 0.5, player.X, player.Y, false));
                        }
                        else
                        {

                            if (x - 1 >= 0 && map[x - 1, y] == 1) //prior cell within range AND open...
                                //..adjust the startslope
                                pStartSlope = GetSlope(x - 0.5, y - 0.5, player.X, player.Y, false);

                                VisiblePoints.Add(new Point(x, y));
                        }                            
                    }
                    x++;
                }
                x--;
                break;

            case 2: //nne

                y = player.Y - pDepth;
                if (y < 0) return;                  

                x = player.X + Convert.ToInt32((pStartSlope * Convert.ToDouble(pDepth)));
                if (x >= map.GetLength(0)) x = map.GetLength(0) - 1;

                while (GetSlope(x, y, player.X, player.Y, false) <= pEndSlope)
                {
                    if (GetVisDistance(x, y, player.X, player.Y) <= visrange2)
                    {
                        if (map[x, y] == 1)
                        {
                            if (x + 1 < map.GetLength(0) && map[x + 1, y] == 0)
                                ScanOctant(pDepth + 1, pOctant, pStartSlope, GetSlope(x + 0.5, y + 0.5, player.X, player.Y, false));
                        }
                        else
                        {
                            if (x + 1 < map.GetLength(0) && map[x + 1, y] == 1)
                                pStartSlope = -GetSlope(x + 0.5, y - 0.5, player.X, player.Y, false);

                            VisiblePoints.Add(new Point(x, y));
                        }                            
                    }
                    x--;
                }
                x++;
                break;

            case 3:

                x = player.X + pDepth;
                if (x >= map.GetLength(0)) return;

                y = player.Y - Convert.ToInt32((pStartSlope * Convert.ToDouble(pDepth))); 
                if (y < 0) y = 0;

                while (GetSlope(x, y, player.X, player.Y, true) <= pEndSlope)
                {

                    if (GetVisDistance(x, y, player.X, player.Y) <= visrange2)
                    {

                        if (map[x, y] == 1)
                        {
                            if (y - 1 >= 0 && map[x, y - 1] == 0)
                                ScanOctant(pDepth + 1, pOctant, pStartSlope, GetSlope(x - 0.5, y - 0.5, player.X, player.Y, true));
                        }
                        else
                        {
                            if (y - 1 >= 0 && map[x, y - 1] == 1)
                                pStartSlope = -GetSlope(x + 0.5, y - 0.5, player.X, player.Y, true);

                            VisiblePoints.Add(new Point(x, y));
                        }                           
                    }
                    y++;
                }
                y--;
                break;

            case 4:

                x = player.X + pDepth;
                if (x >= map.GetLength(0)) return;

                y = player.Y + Convert.ToInt32((pStartSlope * Convert.ToDouble(pDepth)));
                if (y >= map.GetLength(1)) y = map.GetLength(1) - 1;

                while (GetSlope(x, y, player.X, player.Y, true) >= pEndSlope)
                {

                    if (GetVisDistance(x, y, player.X, player.Y) <= visrange2)
                    {

                        if (map[x, y] == 1)
                        {
                            if (y + 1 < map.GetLength(1)&& map[x, y + 1] == 0)
                                ScanOctant(pDepth + 1, pOctant, pStartSlope, GetSlope(x - 0.5, y + 0.5, player.X, player.Y, true));
                        }
                        else
                        {
                            if (y + 1 < map.GetLength(1) && map[x, y + 1] == 1)
                                pStartSlope = GetSlope(x + 0.5, y + 0.5, player.X, player.Y, true);

                             VisiblePoints.Add(new Point(x, y));
                        }                          
                    }
                    y--;
                }
                y++;
                break;

            case 5:

                y = player.Y + pDepth;
                if (y >= map.GetLength(1)) return;

                x = player.X + Convert.ToInt32((pStartSlope * Convert.ToDouble(pDepth)));
                if (x >= map.GetLength(0)) x = map.GetLength(0) - 1;

                while (GetSlope(x, y, player.X, player.Y, false) >= pEndSlope)
                {
                    if (GetVisDistance(x, y, player.X, player.Y) <= visrange2)
                    {

                        if (map[x, y] == 1)
                        {
                            if (x + 1 < map.GetLength(1) && map[x+1, y] == 0)
                                ScanOctant(pDepth + 1, pOctant, pStartSlope, GetSlope(x + 0.5, y - 0.5, player.X, player.Y, false));
                        }
                        else
                        {
                            if (x + 1 < map.GetLength(1)
                                    && map[x + 1, y] == 1)
                                pStartSlope = GetSlope(x + 0.5, y + 0.5, player.X, player.Y, false);

                            VisiblePoints.Add(new Point(x, y));
                        }
                    }
                    x--;
                }
                x++;
                break;

            case 6:

                y = player.Y + pDepth;
                if (y >= map.GetLength(1)) return;                  

                x = player.X - Convert.ToInt32((pStartSlope * Convert.ToDouble(pDepth)));
                if (x < 0) x = 0;

                while (GetSlope(x, y, player.X, player.Y, false) <= pEndSlope)
                {
                    if (GetVisDistance(x, y, player.X, player.Y) <= visrange2)
                    {

                        if (map[x, y] == 1)
                        {
                            if (x - 1 >= 0 && map[x - 1, y] == 0)
                                ScanOctant(pDepth + 1, pOctant, pStartSlope, GetSlope(x - 0.5, y - 0.5, player.X, player.Y, false));
                        }
                        else
                        {
                            if (x - 1 >= 0
                                    && map[x - 1, y] == 1)
                                pStartSlope = -GetSlope(x - 0.5, y + 0.5, player.X, player.Y, false);

                            VisiblePoints.Add(new Point(x, y));
                        }
                    }
                    x++;
                }
                x--;
                break;

            case 7:

                x = player.X - pDepth;
                if (x < 0) return;

                y = player.Y + Convert.ToInt32((pStartSlope * Convert.ToDouble(pDepth)));                    
                if (y >= map.GetLength(1)) y = map.GetLength(1) - 1;

                while (GetSlope(x, y, player.X, player.Y, true) <= pEndSlope)
                {

                    if (GetVisDistance(x, y, player.X, player.Y) <= visrange2)
                    {

                        if (map[x, y] == 1)
                        {
                            if (y + 1 < map.GetLength(1) && map[x, y+1] == 0)
                                ScanOctant(pDepth + 1, pOctant, pStartSlope, GetSlope(x + 0.5, y + 0.5, player.X, player.Y, true));
                        }
                        else
                        {
                            if (y + 1 < map.GetLength(1) && map[x, y + 1] == 1)
                                pStartSlope = -GetSlope(x - 0.5, y + 0.5, player.X, player.Y, true);

                            VisiblePoints.Add(new Point(x, y));
                        }
                    }
                    y--;
                }
                y++;
                break;

            case 8: //wnw

                x = player.X - pDepth;
                if (x < 0) return;

                y = player.Y - Convert.ToInt32((pStartSlope * Convert.ToDouble(pDepth)));
                if (y < 0) y = 0;

                while (GetSlope(x, y, player.X, player.Y, true) >= pEndSlope)
                {

                    if (GetVisDistance(x, y, player.X, player.Y) <= visrange2)
                    {

                        if (map[x, y] == 1)
                        {
                            if (y - 1 >=0 && map[x, y - 1] == 0)
                                ScanOctant(pDepth + 1, pOctant, pStartSlope, GetSlope(x + 0.5, y - 0.5, player.X, player.Y, true));

                        }
                        else
                        {
                            if (y - 1 >= 0 && map[x, y - 1] == 1)
                                pStartSlope = GetSlope(x - 0.5, y - 0.5, player.X, player.Y, true);

                            VisiblePoints.Add(new Point(x, y));
                        }
                    }
                    y++;
                }
                y--;
                break;
        }


        if (x < 0)
            x = 0;
        else if (x >= map.GetLength(0))
            x = map.GetLength(0) - 1;

        if (y < 0)
            y = 0;
        else if (y >= map.GetLength(1))
            y = map.GetLength(1) - 1;

        if (pDepth < VisualRange & map[x, y] == 0)
            ScanOctant(pDepth + 1, pOctant, pStartSlope, pEndSlope);

    }

    /// <summary>
    /// Get the gradient of the slope formed by the two points
    /// </summary>
    /// <param name="pX1"></param>
    /// <param name="pY1"></param>
    /// <param name="pX2"></param>
    /// <param name="pY2"></param>
    /// <param name="pInvert">Invert slope</param>
    /// <returns></returns>
    private double GetSlope(double pX1, double pY1, double pX2, double pY2, bool pInvert)
    {
        if (pInvert)
            return (pY1 - pY2) / (pX1 - pX2);
        else
            return (pX1 - pX2) / (pY1 - pY2);
    }


    /// <summary>
    /// Calculate the distance between the two points
    /// </summary>
    /// <param name="pX1"></param>
    /// <param name="pY1"></param>
    /// <param name="pX2"></param>
    /// <param name="pY2"></param>
    /// <returns>Distance</returns>
    private int GetVisDistance(int pX1, int pY1, int pX2, int pY2)
    {
        return ((pX1 - pX2) * (pX1 - pX2)) + ((pY1 - pY2) * (pY1 - pY2));
    }

    #endregion