【Visual C++】遊戲開發筆記十五 遊戲人工智能(一) 運動型遊戲AI

本系列文章由zhmxy555編寫,轉載請註明出處。 

作者:毛星雲    郵箱: [email protected]    歡迎郵件交流編程心得


我們常常聽聞AI(Artificial Intelligence人工智能)這個名詞,比如Dota裏面的AI地圖。寫這篇文章的時候,最新版的Dota AI是6.72f,估計過幾天6.73的AI也要出來了。很多Dota玩家喜歡玩AI地圖練練感覺和補刀,可以這樣說,Dota 地圖成功的加入了AI元素,是近幾年Dota風靡全球不可缺少的因素之一。


一、知識點講解


那麼,到底什麼是AI呢?首先我們來了解一下人工智能(AI)的具體定義。“人工智能”(Artificial Intelligence)簡稱AI。它是研究、開發用於模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。人工智能研究如何用計算機去模擬、延伸和擴展人的智能;如何把計算機用得更聰明;如何設計和建造具有高智能水平的計算機應用系統;如何設計和製造更聰明的計算機以及智能水平更高的智能計算機等。人工智能是計算機科學的一個分支,人工智能是計算機科學技術的前沿科技領域。人工智能與計算機軟件有密切的關係。一方面,各種人工智能應用系統都要用計算機軟件去實現,另一方面,許多聰明的計算機軟件也應用了人工智能的理論方法和技術。


而我們要講解的遊戲人工智能,只是淵博的人工智能領域裏面的冰山一角。我們不會用到那些類似於神經網絡,基因算法,模糊邏輯等複雜的人工智能理論,我們只需利用自己本身的思考模式去賦予遊戲中角色判斷的能力,來進行某些特定的行爲。


今天我們主角是運動型的AI,下面就開始正題吧。


凡是在遊戲中會移動的物體,幾乎都涉及到了運動型的遊戲AI,例如遊戲中怪物的追逐或者躲避玩家和遊戲中NPC角色的移動都是移動型AI的例子。


<1>追逐移動

下面我們以移動型AI裏的追逐移動型AI來作爲例子講解。

追逐移動一般是通過控制一角色朝某一目標接近來實現,簡單點說,就是兩個物體的空間座標相互接近。比如我們要設計一個怪物追逐玩家的遊戲,只要在每次進行貼圖時,將怪物坐在座標與玩家角色所在的座標進行比較,自增或者自減怪物X,Y軸上的貼圖座標,就可產生追逐移動的效果。下面就是一個典型的怪物追逐外加的移動AI算法,其中“梟獸X”、“梟獸Y”,“幻影刺客X”,“幻影刺客Y”分別用來表示怪物及玩家在X與Y軸上的貼圖座標。


【算法1】

  1. If(梟獸X>幻影刺客X)  
  2. 梟獸X--;  
  3. else  
  4. 梟獸X++;  
  5. If(梟獸Y<幻影刺客Y)  
  6. 梟獸Y++;  
  7. else  
  8. 梟獸Y--;  

下面我們再來看一個例子,這段算法是以上面的【算法1】爲核心代碼,賦予了怪物更多的“思考”空間。追逐移動的怪物會按照自身生命值的多寡來決定是否進行追逐,每次計算下次的位置座標時,也只有二分之三的機率能正確地朝向玩家,以其中以“梟獸HP”來表示怪物當前的生命值。


【算法2】

  1. If(梟獸HP>200)              //生命值大於200時才追  
  2. (  
  3. P=rand()%3;                   //取隨機數除以3的餘數  
  4. If(p!=1)                        //餘數不爲1時進行追逐  
  5. {  
  6. If(梟獸X>幻影刺客X)  
  7. 梟獸X--;  
  8. else  
  9. 梟獸X++;  
  10. If(梟獸Y<幻影刺客Y)  
  11. 梟獸Y++;  
  12. else  
  13. 梟獸Y--;  
  14. }  
  15. else  
  16.     梟獸HP+=5           //怪物不動,自動補5點血  
  17. )  


這樣的怪物就比較有靈性了,要繼續創造出更聰明的AI,只要繼續完善代碼,寫出更多的功能就行了。




<2>躲避移動

其實躲避移動和追逐移動的算法差不多,就是把++的地方和--對調就行了,讓怪物與人物的空間座標相互遠離。

具體代碼如下:


【算法3】

  1. If(梟獸X>幻影刺客X)  
  2. 梟獸X++;  
  3. else  
  4. 梟獸X--;  
  5. If(梟獸Y<幻影刺客Y)  
  6. 梟獸Y--;  
  7. else  
  8. 梟獸Y++;  


二、在實例中將知識融會貫通


依舊,我們看一個實例,來將本節的知識融會貫通。


這是一個小鳥追逐小女孩的場景,我們需要用鍵盤的【↑】【↓】【←】【→】鍵來躲避小鳥的追擊,具體鍵盤輸入消息的知識點還

不太瞭解的朋友,請移步筆記十二,這裏給出鏈接:


【Visual C++】遊戲開發筆記十二 遊戲輸入消息處理(一) 鍵盤消息處理



下面依舊是貼圖詳細註釋的源代碼:

  1. #include "stdafx.h"  
  2. #include <stdio.h>  
  3.   
  4. //全局變量聲明  
  5. HINSTANCE hInst;  
  6. HBITMAP girl[4],bg,bird;                  
  7. HDC     hdc,mdc,bufdc;  
  8. HWND    hWnd;  
  9.   
  10. DWORD   tPre,tNow,nowX,nowY;  
  11. POINT   p[3];               //用於記錄3只小鳥的貼圖座標  
  12. int     num,dir,x,y;       //x,y變量爲人物貼圖座標,dir爲人物移動方向,這裏我們中以0,1,2,3代表人物上,下,左,右方向上的移動:num爲連續貼圖中的小圖編號  
  13.   
  14. //全局函數聲明  
  15. ATOM                MyRegisterClass(HINSTANCE hInstance);  
  16. BOOL                InitInstance(HINSTANCEint);  
  17. LRESULT CALLBACK    WndProc(HWNDUINTWPARAMLPARAM);  
  18. void                MyPaint(HDC hdc);  
  19.   
  20. //****WinMain函數,程序入口點函數***********************  
  21. int APIENTRY WinMain(HINSTANCE hInstance,  
  22.                      HINSTANCE hPrevInstance,  
  23.                      LPSTR     lpCmdLine,  
  24.                      int       nCmdShow)  
  25. {  
  26.     MSG msg;  
  27.   
  28.     MyRegisterClass(hInstance);  
  29.   
  30.     //初始化  
  31.     if (!InitInstance (hInstance, nCmdShow))   
  32.     {  
  33.         return FALSE;  
  34.     }  
  35.   
  36.      GetMessage(&msg,NULL,NULL,NULL);            //初始化msg    
  37.     //消息循環  
  38.     while( msg.message!=WM_QUIT )  
  39.     {  
  40.         if( PeekMessage( &msg, NULL, 0,0 ,PM_REMOVE) )  
  41.         {  
  42.             TranslateMessage( &msg );  
  43.             DispatchMessage( &msg );  
  44.         }  
  45.         else  
  46.         {  
  47.             tNow = GetTickCount();  
  48.             if(tNow-tPre >= 40)  
  49.                 MyPaint(hdc);  
  50.         }  
  51.     }  
  52.   
  53.     return msg.wParam;  
  54. }  
  55.   
  56. //****設計一個窗口類,類似填空題,使用窗口結構體*******************  
  57. ATOM MyRegisterClass(HINSTANCE hInstance)  
  58. {  
  59.     WNDCLASSEX wcex;  
  60.   
  61.     wcex.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);   
  62.     wcex.style          = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;  
  63.     wcex.lpfnWndProc    = (WNDPROC)WndProc;  
  64.     wcex.cbClsExtra     = 0;  
  65.     wcex.cbWndExtra     = 0;  
  66.     wcex.hInstance      = hInstance;  
  67.     wcex.hIcon          = NULL;  
  68.     wcex.hCursor        = NULL;  
  69.     wcex.hCursor        = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);  
  70.     wcex.hbrBackground  = (HBRUSH)(COLOR_WINDOW+1);  
  71.     wcex.lpszMenuName   = NULL;  
  72.     wcex.lpszClassName  = "canvas";  
  73.     wcex.hIconSm        = NULL;  
  74.   
  75.     return RegisterClassEx(&wcex);  
  76. }  
  77.   
  78. //****初始化函數*************************************  
  79. // 加載位圖並設定各種初始值  
  80. BOOL InitInstance(HINSTANCE hInstance, int nCmdShow)  
  81. {  
  82.     HBITMAP bmp;  
  83.     hInst = hInstance;  
  84.   
  85.     hWnd = CreateWindow("canvas""淺墨的繪圖窗口" , WS_OVERLAPPEDWINDOW,  
  86.         CW_USEDEFAULT, 0, CW_USEDEFAULT, 0, NULL, NULL, hInstance, NULL);  
  87.   
  88.     if (!hWnd)  
  89.     {  
  90.         return FALSE;  
  91.     }  
  92.   
  93.     MoveWindow(hWnd,10,10,640,480,true);  
  94.     ShowWindow(hWnd, nCmdShow);  
  95.     UpdateWindow(hWnd);  
  96.   
  97.     hdc = GetDC(hWnd);  
  98.     mdc = CreateCompatibleDC(hdc);  
  99.     bufdc = CreateCompatibleDC(hdc);  
  100.   
  101.   
  102.     //建立空的位圖並置入mdc中  
  103.     bmp = CreateCompatibleBitmap(hdc,640,480);  
  104.     SelectObject(mdc,bmp);  
  105.   
  106.   
  107.     //設定人物貼圖初始位置和移動方向  
  108.     x = 300;  
  109.     y = 250;  
  110.     dir = 0;  
  111.     num = 0;  
  112.     nowX = 300;  
  113.     nowY = 300;  
  114.   
  115.   
  116.     //載入各連續移動位圖及背景圖  
  117.     girl[0] = (HBITMAP)LoadImage(NULL,"girl0.bmp",IMAGE_BITMAP,440,148,LR_LOADFROMFILE);  
  118.     girl[1] = (HBITMAP)LoadImage(NULL,"girl1.bmp",IMAGE_BITMAP,424,154,LR_LOADFROMFILE);  
  119.     girl[2] = (HBITMAP)LoadImage(NULL,"girl2.bmp",IMAGE_BITMAP,480,148,LR_LOADFROMFILE);  
  120.     girl[3] = (HBITMAP)LoadImage(NULL,"girl3.bmp",IMAGE_BITMAP,480,148,LR_LOADFROMFILE);  
  121.     bg = (HBITMAP)LoadImage(NULL,"bg.bmp",IMAGE_BITMAP,640,480,LR_LOADFROMFILE);\  
  122.   
  123.   
  124.     bird = (HBITMAP)LoadImage(NULL,"bird.bmp",IMAGE_BITMAP,122,122,LR_LOADFROMFILE);  
  125.   
  126.     p[0].x = 30;  
  127.     p[0].y = 100;  
  128.   
  129.     p[1].x = 250;  
  130.     p[1].y = 250;  
  131.   
  132.     p[2].x = 500;  
  133.     p[2].y = 400;  
  134.   
  135.   
  136.     MyPaint(hdc);  
  137.   
  138.     return TRUE;  
  139. }  
  140.   
  141. //****自定義繪圖函數*********************************  
  142. // 1.人物貼圖座標修正及窗口貼圖  
  143. //進行AI行爲判斷並貼圖  
  144. void MyPaint(HDC hdc)  
  145. {  
  146.     int w,h,i;  
  147.   
  148.     //先在mdc中貼上背景圖  
  149.     SelectObject(bufdc,bg);  
  150.     BitBlt(mdc,0,0,640,480,bufdc,0,0,SRCCOPY);  
  151.   
  152.     //按照目前的移動方向取出對應人物的連續走動圖,並確定截取人物圖的寬度與高度  
  153.     SelectObject(bufdc,girl[dir]);  
  154.     switch(dir)  
  155.     {  
  156.         case 0:  
  157.             w = 55;  
  158.             h = 74;  
  159.             break;  
  160.         case 1:  
  161.             w = 53;  
  162.             h = 77;  
  163.             break;  
  164.         case 2:  
  165.             w = 60;  
  166.             h = 74;  
  167.             break;  
  168.         case 3:  
  169.             w = 60;  
  170.             h = 74;  
  171.             break;  
  172.     }  
  173.     //按照目前的X,Y的值在mdc上進行透明貼圖,然後顯示在窗口畫面上  
  174.     BitBlt(mdc,x,y,w,h,bufdc,num*w,h,SRCAND);  
  175.     BitBlt(mdc,x,y,w,h,bufdc,num*w,0,SRCPAINT);  
  176.       
  177.     BitBlt(hdc,0,0,640,480,mdc,0,0,SRCCOPY);  
  178.   
  179.   
  180.   
  181.     //貼出鳥的圖片  
  182.     SelectObject(bufdc,bird);  
  183.   
  184.   
  185.     for(i=0;i<3;i++)  
  186.     {  
  187.   
  188.         if(rand()%3 != 1)       //有2/3機率進行追蹤  
  189.         {  
  190.             if(p[i].y > y-16)  
  191.                 p[i].y -= 5;  
  192.             else  
  193.                 p[i].y += 5;  
  194.   
  195.             if(p[i].x > x-25)  
  196.                 p[i].x -= 5;  
  197.             else  
  198.                 p[i].x += 5;  
  199.         }  
  200.   
  201.         if(p[i].x > x-25)    //判斷小鳥的移動方向,從而選擇合適的位圖朝向  
  202.         {  
  203.             BitBlt(mdc,p[i].x,p[i].y,61,61,bufdc,61,61,SRCAND);  
  204.             BitBlt(mdc,p[i].x,p[i].y,61,61,bufdc,0,61,SRCPAINT);  
  205.         }  
  206.         else  
  207.         {  
  208.             BitBlt(mdc,p[i].x,p[i].y,61,61,bufdc,61,0,SRCAND);  
  209.             BitBlt(mdc,p[i].x,p[i].y,61,61,bufdc,0,0,SRCPAINT);  
  210.         }  
  211.     }  
  212.   
  213.     BitBlt(hdc,0,0,640,480,mdc,0,0,SRCCOPY);  
  214.   
  215.   
  216.   
  217.   
  218.     tPre = GetTickCount();         //記錄此次繪圖時間  
  219.   
  220.     num++;  
  221.     if(num == 8)  
  222.         num = 0;  
  223.   
  224. }  
  225.   
  226. //****消息處理函數***********************************  
  227. // 1.按下【Esc】鍵結束程序  
  228. // 2.按下方向鍵重設貼圖座標  
  229. LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)  
  230. {  
  231.     switch (message)  
  232.     {  
  233.         case WM_KEYDOWN:         //按下鍵盤消息  
  234.             //判斷按鍵的虛擬鍵碼  
  235.             switch (wParam)   
  236.             {  
  237.                 case VK_ESCAPE:           //按下【Esc】鍵  
  238.                     PostQuitMessage( 0 );  //結束程序  
  239.                     break;  
  240.                 case VK_UP:               //按下【↑】鍵  
  241.                     //先按照目前的移動方向來進行貼圖座標修正,並加入人物往上移動的量(每次按下一次按鍵移動10個單位),來決定人物貼圖座標的X與Y值,接着判斷座標是否超出窗口區域,若有則再次修正  
  242.                     switch(dir)  
  243.                     {  
  244.                         case 0:   
  245.                             y -= 10;  
  246.                             break;  
  247.                         case 1:  
  248.                             x -= 1;  
  249.                             y -= 8;  
  250.                             break;  
  251.                         case 2:   
  252.                             x += 2;  
  253.                             y -= 10;  
  254.                             break;  
  255.                         case 3:  
  256.                             x += 2;  
  257.                             y -= 10;  
  258.                             break;  
  259.                     }  
  260.                     if(y < 0)  
  261.                         y = 0;  
  262.                     dir = 0;  
  263.                     break;  
  264.                 case VK_DOWN:             //按下【↓】鍵  
  265.                     switch(dir)  
  266.                     {  
  267.                         case 0:  
  268.                             x += 1;  
  269.                             y += 8;  
  270.                             break;  
  271.                         case 1:  
  272.                             y += 10;  
  273.                             break;  
  274.                         case 2:  
  275.                             x += 3;  
  276.                             y += 6;  
  277.                             break;  
  278.                         case 3:  
  279.                             x += 3;  
  280.                             y += 6;  
  281.                             break;  
  282.                     }  
  283.   
  284.                     if(y > 375)  
  285.                         y = 375;  
  286.                     dir = 1;  
  287.                     break;  
  288.                 case VK_LEFT:             //按下【←】鍵  
  289.                     switch(dir)  
  290.                     {  
  291.                         case 0:  
  292.                             x -= 12;  
  293.                             break;  
  294.                         case 1:  
  295.                             x -= 13;  
  296.                             y += 4;  
  297.                             break;  
  298.                         case 2:  
  299.                             x -= 10;  
  300.                             break;  
  301.                         case 3:  
  302.                             x -= 10;  
  303.                             break;  
  304.                     }  
  305.                     if(x < 0)  
  306.                         x = 0;  
  307.                     dir = 2;  
  308.                     break;  
  309.                 case VK_RIGHT:             //按下【→】鍵  
  310.                     switch(dir)  
  311.                     {  
  312.                         case 0:  
  313.                             x += 8;  
  314.                             break;  
  315.                         case 1:  
  316.                             x += 7;  
  317.                             y += 4;  
  318.                             break;  
  319.                         case 2:  
  320.                             x += 10;  
  321.                             break;  
  322.                         case 3:  
  323.                             x += 10;  
  324.                             break;  
  325.                     }  
  326.                     if(x > 575)  
  327.                         x = 575;  
  328.                     dir = 3;  
  329.                     break;  
  330.             }  
  331.             break;  
  332.         case WM_DESTROY:                    //窗口結束消息  
  333.             int i;  
  334.   
  335.             DeleteDC(mdc);  
  336.             DeleteDC(bufdc);  
  337.             for(i=0;i<4;i++)  
  338.                 DeleteObject(girl[i]);  
  339.             DeleteObject(bg);  
  340.             ReleaseDC(hWnd,hdc);  
  341.   
  342.             PostQuitMessage(0);  
  343.             break;  
  344.         default:                            //其他消息  
  345.             return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam);  
  346.    }  
  347.    return 0;  
  348. }  



運行截圖如下:


以及

運行這個小遊戲,我們要用鍵盤的【↑】【↓】【←】【→】鍵來躲避小鳥的追擊,小鳥則會不斷向人物靠近。



貼圖這方面,我只是把效果做了出來,由於最近實在是有些忙,這個demo提供只是希望給大家一個實現AI的思路,具體的bug沒有進一步修復和完善,這個例子裏面會出現小鳥閃爍的小問題,希望大家不要見事說事,呵呵。


至於貼圖的方式,之前嘗試了CImage的draw方法,圖像閃爍得很嚴重,由於這是消息循環產生的動畫效果,圖像閃爍的原因估計和CImage類的貼圖效率有關。之後還採用過用CImage的detach方法將某png的句柄附給HBITMAP,然後調用bitblt進行貼圖,卻得到了一個失真的矩形。

如果有解決動畫顯示裏CImage貼圖會閃爍的方法,請與我討論,這是一個相互學習提高的過程,非常希望能和大家交流。

由於CImage類的採用沒起到一個好的效果,所以依舊採用的傳統的bitblt貼圖方式。這種貼圖方式的優點是貼圖效率非常的高。





本節筆記到這裏就結束了,由於近期在做一個純flash的網站,更新速度和評論的回覆都不像往常那麼及時,而且文章末尾demo的質量有些下滑,不過這不會影響整體的學習效果,希望大家能夠體諒。


本節筆記的源代碼請點擊這裏下載:   【Visual C++】Code_Note_15


感謝一直支持【Visual C++】遊戲開發筆記系列專欄的朋友們,也請大家繼續關注我的專欄,我一有時間就會把自己的學習心得,覺得比較好的知識點寫出來和大家一起分享。


精通遊戲開發的路還很長很長,非常希望能和大家一起交流,共同學習,共同進步。


大家看過後覺得值得一看的話,可以頂一下這篇文章,你們的支持是我繼續寫下去的動力~


如果文章中有什麼疏漏的地方,也請大家指正。也希望大家可以多留言來和我探討編程相關的問題。


最後,謝謝你們一直的支持~~~

——————————淺墨於2012年4月7日

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