265行代码实现第一人称游戏引擎

445 查看

今天,让我们进入一个可以伸手触摸的世界吧。在这篇文章里,我们将从零开始快速完成一次第一人称探索。本文没有涉及复杂的数学计算,只用到了光线投射技术。你可能已经见识过这种技术了,比如《上古卷轴2 : 匕首雨》、《毁灭公爵3D》还有 Notch Persson 最近在 ludum dare 上的参赛作品。Notch 认为它够好,我就认为它够好!

 [Demo (arrow keys / touch)] [Source]

用了光线投射就像开挂一样,作为一名懒得出油的程序员,我表示非常喜欢。你可以舒畅地浸入到3D环境中而不受“真3D”复杂性的束缚。举例来说,光线投射算法消耗线性时间,所以不用优化也可以加载一个巨大的世界,它执行的速度跟小型世界一样快。水平面被定义成简单的网格而不是多边形网面树,所以即使没有 3D 建模基础或数学博士学位也可以直接投入进去学习。

利用这些技巧很容易就可以做一些让人嗨爆的事情。15分钟之后,你会到处拍下你办公室的墙壁,然后检查你的 HR 文档看有没有规则禁止“工作场所枪战建模”。

玩家

我们从何处投射光线?这就是玩家对象(Player)的作用,只需要三个属性 x,y,direction。

地图

我们将地图存作简单的二维数组。数组中,0代表没墙,1代表有墙。你还可以做得更复杂些,比如给墙设任意高度,或者将多个墙数据的“楼层(stories)”打包进数组。但作为我们的第一次尝试,用0-1就足够了。

投射一束光线

这里就是窍门:光线投射引擎不会一次性绘制出整个场景。相反,它把场景分成独立的列然后一条一条地渲染。每一列都代表从玩家特定角度投射出的一条光线。如果光线碰到墙壁,引擎会计算玩家到墙的距离然后在该列中画出一个矩形。矩形的高度取决于光线的长度——越远则越短。

绘画的光线越多,显示效果就会越平滑。

1. 找到每条光线的角度

我们首先找出每条光线投射的角度。角度取决于三点:玩家面向的方向,摄像机的视野,还有正在绘画的列。

2. 通过网格跟踪每条光线

接下来,我们要检查每条光线经过的墙。这里的目标是最终得出一个数组,列出了光线离开玩家后经过的每面墙。

从玩家开始,我们找出最接近的横向(stepX)和纵向(stepY)网格坐标线。移到最近的地方然后检查是否有墙(inspect)。一直重复检查直到跟踪完每条线的所有长度。

寻找网格交点很简单:只需要对 x 向下取整(1,2,3…),然后乘以光线的斜率(rise/run)得出 y。

现在看出了这个算法的亮点没有?我们不用关心地图有多大!只需要关注网格上特定的点——与每帧的点数大致相同。样例中的地图是32×32,而32,000×32,000的地图一样跑得这么快!

3. 绘制一列

跟踪完一条光线后,我们就要画出它在路径上经过的所有墙。