Unity游戏教程初步（六）：迷宫算法与预制体

前言

项目需求

Prim算法生成迷宫

1 算法思路介绍

2 代码示例

3 用于测试的代码

预制体（预制件）

1 定义

2 构建迷宫墙体预制体

完善工程

前言

本节我们来做迷宫生成。生成迷宫的算法其实有很多种，最简单的比如递归。而这一节我们选择prim算法生成迷宫，因为这种算法生成的迷宫较为自然，并且算法原理简易。

项目需求

使用prim算法和预制体生成迷宫。

Prim算法生成迷宫

1 算法思路介绍

本部分中的所有图示采用RPG Maker XP建立。顺便吐槽一句，现在网上流传的有关prim算法生成迷宫的算法描述（那个据说来自维基的）简直是语文不及格产物。

Prim算法与图论有关（我在article105中介绍过基本的图搜索算法和一个使用Ruby书写的搜索模版），它最开始被用于在加权连通图里搜索一个最小生成树。个人认为它还有些像用堆实现的二叉树遍历算法。其具体资料请读者自行学习，笔者在此只给出一个用于迷宫生成场景下较为通俗的描述。

我们假设在区域内有一个N*M列的迷宫。对于迷宫的每个格子，它们只有两个状态：通路/墙。在初始状态下，这个迷宫里的所有格子都是墙。设定一个墙的类Wall，其数据为[Vector2Int pos, Vector2Int relative]，也就是其位置向量pos与其相对格子的位置向量relative（在后续步骤中会解释）。同时，我们建立一个墙的空列表M。

然后我们选定一个起点A，将此位置的墙移除：

将与起点A相邻的所有墙加入M中，其中A作为这些墙的父格子。对于一面墙而言，我们称在其父格子另一边的格子为相对格子。它们的例子如图：

在M中随机选择一个元素x。对于x，如果其相对格子为墙，则移除相对格子和x的墙，然后将相对格子作为父格子，将相邻墙加入列表。否则则只从M中移除x。如此循环直到M中为空。

2 代码示例

我们会创建一个墙的类Wall与生成迷宫的类Maze。

Wall.cs

public class Wall //内部类Wall{public Vector2Int pos; //位置向量public Vector2Int relative; //相对格子向量public Wall(Vector2Int pos,Vector2Int anc){this.pos=pos;ancToRelative(anc);}public void ancToRelative(Vector2Int ancestor){ //输入一个父格子，求出其相对格子并赋值this.relative=pos*2-ancestor; //int不能左乘Vector2Int（因为这里的*是Vector2Int的运算符重载）}}

Maze.cs

public class Maze //内部类Maze{private Vector2Int[] e={new Vector2Int(1,0),new Vector2Int(-1,0),new Vector2Int(0,1),new Vector2Int(0,-1),}; //四方向private int width;private int height; //迷宫矩阵的宽和高 默认[宽，高]，Maze位置的游标在<[0..width],[0..height]>private Vector2Int origin; //起点public List<Wall> M; //listpublic List<Wall> W; //listpublic List<Vector2Int> maze; //最终的迷宫列表public Maze(int width,int height,Vector2Int origin){this.width=width;this.height=height;this.origin=origin;this.M=new List<Wall>();this.W=new List<Wall>();this.maze=new List<Vector2Int>();this.maze.Add(origin);}bool findMaze(Vector2Int pos){ //只判断此位置是否已移除墙if(this.maze.Contains(pos)){return true;}return false;}bool borderExam(Vector2Int pos){ //边界检查if(pos.x>=0 &&pos.x<width && pos.y>=0 &&pos.y<height){return true;}return false;}void createWall(Vector2Int anc){ //传入移除墙的格子，创建相邻墙foreach(Vector2Int i in this.e){Vector2Int index=anc+i; //上下左右格子的位置if(borderExam(index) && !findMaze(index)){ //检查确定这个位置确实是墙，并且没有越界this.M.Add(new Wall(index,anc)); //将墙加入M中}}}void funcM(){ //随机取出M中的墙，执行步骤int index=Random.Range(0,this.M.Count); Wall wall=this.M[index];if(findMaze(wall.pos)){ //之前已经移除了此墙this.M.RemoveAt(index);return;}if(findMaze(wall.relative) || !borderExam(wall.relative)){ //相对位置已移除墙，或者此墙的相对位置无效this.M.RemoveAt(index); //此墙移除}else{ this.M.RemoveAt(index);this.maze.Add(wall.pos);this.maze.Add(wall.relative); //后面填什么无所谓，给相对位置挖墙createWall(wall.relative); //加入新的墙}}public void exec(){ //入口？createWall(this.origin); //起点while(M.Count!=0){funcM();}}}

在生成迷宫时，声明一个Maze类的实例并且调用其exec方法，就可得到一个迷宫。

3 用于测试的代码

此代码在Start方法内调用，可以在控制台生成一份迷宫示意图。

 string a="";Maze maze=new Maze(30,20,new Vector2Int(0,0));maze.exec();for(int i=0;i<30;i++){for(int j=0;j<20;j++){if(maze.maze.Contains(new Vector2Int(i,j))){a=a+"-";}else{a=a+"#";}}a=a+"\n";}print(a);

预制体（预制件）

-本节相关内容请读者参考：

-预制件 - Unity 手册，《预制件》

-Object-Instantiate - Unity 脚本 API，《Object.Instantiate》

1 定义

预制体（英文为prefab，在unity手册中被称为预制件）可以看做是一个文件化的游戏对象，一个已经构建好了的样板。如果从编程的角度进行类比，预制体可以被看成一个用于派生类的基类，或者是一个单纯的被复制对象。预制体以实体文件（.prefab）的形式存在于unity中，并可以在有需要时动态加载进游戏场景。

预制体通常被应用于如下两个场景中：一，被经常使用的游戏对象（比如森林场景中的一棵树）；二，在场景被加载时不应当存在于场景中的游戏对象（比如说闯关游戏中的通关画面）。

2 构建迷宫墙体预制体

首先确认预制体的形状和大小。由于迷宫的场地是正方形的，我们采用以正方形为底的四棱柱作为预制体的形状，则底边长设定为scale1单位，高度为scale2单位。

创建一个Cube，调整其大小和位置直到满足上文中的条件。然后，重命名Cube为prefab，选中prefab并将其拖动到Project选项卡下的游戏资源文件夹内部，可以看到出现了一个同名文件，即为预制体。

将预制体文件拖动到Hierarchy选项卡下，可以看到预制体又出现在场景中了。需要注意的是，如果要编辑预制体文件本身，请点击预制体右边的“>”，在场景中直接编辑的不是预制体，而只是其的一个副本。预制体在场景中以蓝色显示。

完善工程

将目的区域的大小调整到与球体相同的水平，也就是scale0.1大小（顺便要调整变色和音效生效的区域）。

创建一个空游戏对象MazeController，搭载用于生成迷宫的脚本MazeController.cs。

敲代码。

MazeController.cs

using System.Collections;using System.Collections.Generic;using System.Text;using System.Threading.Tasks;using UnityEngine;using Random=UnityEngine.Random;public class Wall //内部类Wall{public Vector2Int pos; //位置向量public Vector2Int relative; //相对格子向量public Wall(Vector2Int pos,Vector2Int anc){this.pos=pos;ancToRelative(anc);}public void ancToRelative(Vector2Int ancestor){ //输入一个父格子，求出其相对格子并赋值this.relative=pos*2-ancestor; //int不能左乘Vector2Int（因为这里的*是Vector2Int的运算符重载）}}public class Maze //内部类Maze{private Vector2Int[] e={new Vector2Int(1,0),new Vector2Int(-1,0),new Vector2Int(0,1),new Vector2Int(0,-1),}; //四方向private int width;private int height; //迷宫矩阵的宽和高 默认[宽，高]，Maze位置的游标在<[0..width],[0..height]>private Vector2Int origin; //起点public List<Wall> M; //listpublic List<Wall> W; //listpublic List<Vector2Int> maze; //最终的迷宫列表public Maze(int width,int height,Vector2Int origin){this.width=width;this.height=height;this.origin=origin;this.M=new List<Wall>();this.W=new List<Wall>();this.maze=new List<Vector2Int>();this.maze.Add(origin);}bool findMaze(Vector2Int pos){ //只判断此位置是否已移除墙if(this.maze.Contains(pos)){return true;}return false;}bool borderExam(Vector2Int pos){ //边界检查if(pos.x>=0 &&pos.x<width && pos.y>=0 &&pos.y<height){return true;}return false;}void createWall(Vector2Int anc){ //传入移除墙的格子，创建相邻墙foreach(Vector2Int i in this.e){Vector2Int index=anc+i; //上下左右格子的位置if(borderExam(index) && !findMaze(index)){ //检查确定这个位置确实是墙，并且没有越界this.M.Add(new Wall(index,anc)); //将墙加入M中}}}void funcM(){ //随机取出M中的墙，执行步骤int index=Random.Range(0,this.M.Count); Wall wall=this.M[index];if(findMaze(wall.pos)){ //之前已经移除了此墙this.M.RemoveAt(index);return;}if(findMaze(wall.relative) || !borderExam(wall.relative)){ //相对位置已移除墙，或者此墙的相对位置无效this.M.RemoveAt(index); //此墙移除}else{ this.M.RemoveAt(index);this.maze.Add(wall.pos);this.maze.Add(wall.relative); //后面填什么无所谓，给相对位置挖墙createWall(wall.relative); //加入新的墙}}public void exec(){ //入口？createWall(this.origin); //起点while(M.Count!=0){funcM();}}}//上略public class MazeController : MonoBehaviour{public GameObject wall; //墙体预制体public Transform destArea; //终点区域的位置const int Width=10;const int Height=10; // Start is called before the first frame updatevoid Start(){Vector3 correct1=new Vector3(0.5f,0,0.5f); //墙体中心修正Vector3 correct2=new Vector3(-5,0,-5); //平面偏移修正Vector2Int dest=new Vector2Int((int)(destArea.position.x+4.5f),(int)(destArea.position.y+4.5f)); //目的区域位置修正Maze maze=new Maze(Width,Height,dest); //按照平台的大小生成迷宫maze.exec();//可惜C#里没有Rangefor(int x=0;x<Width;x++){for(int y=0;y<Height;y++){if(!maze.maze.Contains(new Vector2Int(x,y))){ //本区域不为空Instantiate(wall,new Vector3(x,2,y)+correct1+correct2,Quaternion.identity); //Quaternion.identity是0角度}}}}// Update is called once per framevoid Update(){}}

运行游戏，如图所示：