Files
esengine/docs/modules/pathfinding/index.md
YHH 4a16e30794 docs(modules): 添加框架模块文档 (#350)
* docs(modules): 添加框架模块文档

添加以下模块的完整文档:
- FSM (状态机): 状态定义、转换条件、优先级、事件监听
- Timer (定时器): 定时器调度、冷却系统、服务令牌
- Spatial (空间索引): GridSpatialIndex、AOI 兴趣区域管理
- Pathfinding (寻路): A* 算法、网格地图、导航网格、路径平滑
- Procgen (程序化生成): 噪声函数、种子随机数、加权随机

所有文档均基于实际源码 API 编写,包含:
- 快速开始示例
- 完整 API 参考
- 实际使用案例
- 蓝图节点说明
- 最佳实践建议

* docs(modules): 添加 Blueprint 模块文档和所有模块英文版

新增中文文档:
- Blueprint (蓝图可视化脚本): VM、自定义节点、组合系统、触发器

新增英文文档 (docs/en/modules/):
- FSM: State machine API, transitions, ECS integration
- Timer: Timers, cooldowns, service tokens
- Spatial: Grid spatial index, AOI management
- Pathfinding: A*, grid map, NavMesh, path smoothing
- Procgen: Noise functions, seeded random, weighted random
- Blueprint: Visual scripting, custom nodes, composition

所有文档均基于实际源码 API 编写。
2025-12-26 20:02:21 +08:00

503 lines
12 KiB
Markdown
Raw Blame History

This file contains ambiguous Unicode characters
This file contains Unicode characters that might be confused with other characters. If you think that this is intentional, you can safely ignore this warning. Use the Escape button to reveal them.
# 寻路系统 (Pathfinding)
`@esengine/pathfinding` 提供了完整的 2D 寻路解决方案,包括 A* 算法、网格地图、导航网格和路径平滑。
## 安装
```bash
npm install @esengine/pathfinding
```
## 快速开始
### 网格地图寻路
```typescript
import { createGridMap, createAStarPathfinder } from '@esengine/pathfinding';
// 创建 20x20 的网格地图
const grid = createGridMap(20, 20);
// 设置障碍物
grid.setWalkable(5, 5, false);
grid.setWalkable(5, 6, false);
grid.setWalkable(5, 7, false);
// 创建寻路器
const pathfinder = createAStarPathfinder(grid);
// 查找路径
const result = pathfinder.findPath(0, 0, 15, 15);
if (result.found) {
console.log('找到路径!');
console.log('路径点:', result.path);
console.log('总代价:', result.cost);
console.log('搜索节点数:', result.nodesSearched);
}
```
### 导航网格寻路
```typescript
import { createNavMesh } from '@esengine/pathfinding';
// 创建导航网格
const navmesh = createNavMesh();
// 添加多边形区域
navmesh.addPolygon([
{ x: 0, y: 0 }, { x: 10, y: 0 },
{ x: 10, y: 10 }, { x: 0, y: 10 }
]);
navmesh.addPolygon([
{ x: 10, y: 0 }, { x: 20, y: 0 },
{ x: 20, y: 10 }, { x: 10, y: 10 }
]);
// 自动建立连接
navmesh.build();
// 寻路
const result = navmesh.findPath(1, 1, 18, 8);
```
## 核心概念
### IPoint - 坐标点
```typescript
interface IPoint {
readonly x: number;
readonly y: number;
}
```
### IPathResult - 寻路结果
```typescript
interface IPathResult {
readonly found: boolean; // 是否找到路径
readonly path: readonly IPoint[]; // 路径点列表
readonly cost: number; // 路径总代价
readonly nodesSearched: number; // 搜索的节点数
}
```
### IPathfindingOptions - 寻路配置
```typescript
interface IPathfindingOptions {
maxNodes?: number; // 最大搜索节点数(默认 10000
heuristicWeight?: number; // 启发式权重(>1 更快但可能非最优)
allowDiagonal?: boolean; // 是否允许对角移动(默认 true
avoidCorners?: boolean; // 是否避免穿角(默认 true
}
```
## 启发式函数
模块提供了四种启发式函数:
| 函数 | 适用场景 | 说明 |
|------|----------|------|
| `manhattanDistance` | 4方向移动 | 曼哈顿距离,只考虑水平/垂直 |
| `euclideanDistance` | 任意方向 | 欧几里得距离,直线距离 |
| `chebyshevDistance` | 8方向移动 | 切比雪夫距离,对角线代价为 1 |
| `octileDistance` | 8方向移动 | 八角距离,对角线代价为 √2默认 |
```typescript
import { manhattanDistance, octileDistance } from '@esengine/pathfinding';
// 自定义启发式
const grid = createGridMap(20, 20, {
heuristic: manhattanDistance // 使用曼哈顿距离
});
```
## 网格地图 API
### createGridMap
```typescript
function createGridMap(
width: number,
height: number,
options?: IGridMapOptions
): GridMap
```
**配置选项:**
| 属性 | 类型 | 默认值 | 描述 |
|------|------|--------|------|
| `allowDiagonal` | `boolean` | `true` | 允许对角移动 |
| `diagonalCost` | `number` | `√2` | 对角移动代价 |
| `avoidCorners` | `boolean` | `true` | 避免穿角 |
| `heuristic` | `HeuristicFunction` | `octileDistance` | 启发式函数 |
### 地图操作
```typescript
// 检查/设置可通行性
grid.isWalkable(x, y);
grid.setWalkable(x, y, false);
// 设置移动代价(如沼泽、沙地)
grid.setCost(x, y, 2); // 代价为 2默认 1
// 设置矩形区域
grid.setRectWalkable(0, 0, 5, 5, false);
// 从数组加载0=可通行非0=障碍)
grid.loadFromArray([
[0, 0, 0, 1, 0],
[0, 1, 0, 1, 0],
[0, 1, 0, 0, 0]
]);
// 从字符串加载(.=可通行,#=障碍)
grid.loadFromString(`
.....
.#.#.
.#...
`);
// 导出为字符串
console.log(grid.toString());
// 重置所有节点为可通行
grid.reset();
```
### 方向常量
```typescript
import { DIRECTIONS_4, DIRECTIONS_8 } from '@esengine/pathfinding';
// 4方向上下左右
DIRECTIONS_4 // [{ dx: 0, dy: -1 }, { dx: 1, dy: 0 }, ...]
// 8方向含对角线
DIRECTIONS_8 // [{ dx: 0, dy: -1 }, { dx: 1, dy: -1 }, ...]
```
## A* 寻路器 API
### createAStarPathfinder
```typescript
function createAStarPathfinder(map: IPathfindingMap): AStarPathfinder
```
### findPath
```typescript
const result = pathfinder.findPath(
startX, startY,
endX, endY,
{
maxNodes: 5000, // 限制搜索节点数
heuristicWeight: 1.5 // 加速但可能非最优
}
);
```
### 重用寻路器
```typescript
// 寻路器可重用,内部会自动清理状态
pathfinder.findPath(0, 0, 10, 10);
pathfinder.findPath(5, 5, 15, 15);
// 手动清理(可选)
pathfinder.clear();
```
## 导航网格 API
### createNavMesh
```typescript
function createNavMesh(): NavMesh
```
### 构建导航网格
```typescript
const navmesh = createNavMesh();
// 添加凸多边形
const id1 = navmesh.addPolygon([
{ x: 0, y: 0 }, { x: 10, y: 0 },
{ x: 10, y: 10 }, { x: 0, y: 10 }
]);
const id2 = navmesh.addPolygon([
{ x: 10, y: 0 }, { x: 20, y: 0 },
{ x: 20, y: 10 }, { x: 10, y: 10 }
]);
// 方式1自动检测共享边并建立连接
navmesh.build();
// 方式2手动设置连接
navmesh.setConnection(id1, id2, {
left: { x: 10, y: 0 },
right: { x: 10, y: 10 }
});
```
### 查询和寻路
```typescript
// 查找包含点的多边形
const polygon = navmesh.findPolygonAt(5, 5);
// 检查位置是否可通行
navmesh.isWalkable(5, 5);
// 寻路(内部使用漏斗算法优化路径)
const result = navmesh.findPath(1, 1, 18, 8);
```
## 路径平滑 API
### 视线简化
移除不必要的中间点:
```typescript
import { createLineOfSightSmoother } from '@esengine/pathfinding';
const smoother = createLineOfSightSmoother();
const smoothedPath = smoother.smooth(result.path, grid);
// 原路径: [(0,0), (1,1), (2,2), (3,3), (4,4)]
// 简化后: [(0,0), (4,4)]
```
### 曲线平滑
使用 Catmull-Rom 样条曲线:
```typescript
import { createCatmullRomSmoother } from '@esengine/pathfinding';
const smoother = createCatmullRomSmoother(
5, // segments - 每段插值点数
0.5 // tension - 张力 (0-1)
);
const curvedPath = smoother.smooth(result.path, grid);
```
### 组合平滑
先简化再曲线平滑:
```typescript
import { createCombinedSmoother } from '@esengine/pathfinding';
const smoother = createCombinedSmoother(5, 0.5);
const finalPath = smoother.smooth(result.path, grid);
```
### 视线检测函数
```typescript
import { bresenhamLineOfSight, raycastLineOfSight } from '@esengine/pathfinding';
// Bresenham 算法(快速,网格对齐)
const hasLOS = bresenhamLineOfSight(x1, y1, x2, y2, grid);
// 射线投射(精确,支持浮点坐标)
const hasLOS = raycastLineOfSight(x1, y1, x2, y2, grid, 0.5);
```
## 实际示例
### 游戏角色移动
```typescript
class MovementSystem {
private grid: GridMap;
private pathfinder: AStarPathfinder;
private smoother: CombinedSmoother;
constructor(width: number, height: number) {
this.grid = createGridMap(width, height);
this.pathfinder = createAStarPathfinder(this.grid);
this.smoother = createCombinedSmoother();
}
findPath(from: IPoint, to: IPoint): IPoint[] | null {
const result = this.pathfinder.findPath(
from.x, from.y,
to.x, to.y
);
if (!result.found) {
return null;
}
// 平滑路径
return this.smoother.smooth(result.path, this.grid);
}
setObstacle(x: number, y: number): void {
this.grid.setWalkable(x, y, false);
}
setTerrain(x: number, y: number, cost: number): void {
this.grid.setCost(x, y, cost);
}
}
```
### 动态障碍物
```typescript
class DynamicPathfinding {
private grid: GridMap;
private pathfinder: AStarPathfinder;
private dynamicObstacles: Set<string> = new Set();
addDynamicObstacle(x: number, y: number): void {
const key = `${x},${y}`;
if (!this.dynamicObstacles.has(key)) {
this.dynamicObstacles.add(key);
this.grid.setWalkable(x, y, false);
}
}
removeDynamicObstacle(x: number, y: number): void {
const key = `${x},${y}`;
if (this.dynamicObstacles.has(key)) {
this.dynamicObstacles.delete(key);
this.grid.setWalkable(x, y, true);
}
}
findPath(from: IPoint, to: IPoint): IPathResult {
return this.pathfinder.findPath(from.x, from.y, to.x, to.y);
}
}
```
### 不同地形代价
```typescript
// 设置不同地形的移动代价
const grid = createGridMap(50, 50);
// 普通地面 - 代价 1默认
// 沙地 - 代价 2
for (let y = 10; y < 20; y++) {
for (let x = 0; x < 50; x++) {
grid.setCost(x, y, 2);
}
}
// 沼泽 - 代价 4
for (let y = 30; y < 35; y++) {
for (let x = 20; x < 30; x++) {
grid.setCost(x, y, 4);
}
}
// 寻路时会自动考虑地形代价
const result = pathfinder.findPath(0, 0, 49, 49);
```
### 分层寻路
对于大型地图,使用层级化寻路:
```typescript
class HierarchicalPathfinding {
private coarseGrid: GridMap; // 粗粒度网格
private fineGrid: GridMap; // 细粒度网格
private coarsePathfinder: AStarPathfinder;
private finePathfinder: AStarPathfinder;
private cellSize = 10;
findPath(from: IPoint, to: IPoint): IPoint[] {
// 1. 在粗粒度网格上寻路
const coarseFrom = this.toCoarse(from);
const coarseTo = this.toCoarse(to);
const coarseResult = this.coarsePathfinder.findPath(
coarseFrom.x, coarseFrom.y,
coarseTo.x, coarseTo.y
);
if (!coarseResult.found) {
return [];
}
// 2. 在每个粗粒度单元内进行细粒度寻路
const finePath: IPoint[] = [];
// ... 详细实现略
return finePath;
}
private toCoarse(p: IPoint): IPoint {
return {
x: Math.floor(p.x / this.cellSize),
y: Math.floor(p.y / this.cellSize)
};
}
}
```
## 蓝图节点
Pathfinding 模块提供了可视化脚本支持的蓝图节点:
- `FindPath` - 查找路径
- `FindPathSmooth` - 查找并平滑路径
- `IsWalkable` - 检查位置是否可通行
- `GetPathLength` - 获取路径点数
- `GetPathDistance` - 获取路径总距离
- `GetPathPoint` - 获取路径上的指定点
- `MoveAlongPath` - 沿路径移动
- `HasLineOfSight` - 检查视线
## 性能优化
1. **限制搜索范围**
```typescript
pathfinder.findPath(x1, y1, x2, y2, { maxNodes: 1000 });
```
2. **使用启发式权重**
```typescript
// 权重 > 1 会更快但可能不是最优路径
pathfinder.findPath(x1, y1, x2, y2, { heuristicWeight: 1.5 });
```
3. **复用寻路器实例**
```typescript
// 创建一次,多次使用
const pathfinder = createAStarPathfinder(grid);
```
4. **使用导航网格**
- 对于复杂地形NavMesh 比网格寻路更高效
- 多边形数量远少于网格单元格数量
5. **选择合适的启发式**
- 4方向移动用 `manhattanDistance`
- 8方向移动用 `octileDistance`(默认)
## 网格 vs 导航网格
| 特性 | GridMap | NavMesh |
|------|---------|---------|
| 适用场景 | 规则瓦片地图 | 复杂多边形地形 |
| 内存占用 | 较高 (width × height) | 较低 (多边形数) |
| 精度 | 网格对齐 | 连续坐标 |
| 动态修改 | 容易 | 需要重建 |
| 设置复杂度 | 简单 | 较复杂 |