[Из песочницы] Техника тотального предрасчёта в алгоритме освещения для тайловой 2D игры23.11.2016 18:50

Привет! Моя последняя игра — изометрическая бродилка, одной из особенностью которой является «исследование» территории: изначально карта чёрная и игрок открывает этот «shadow war» по ходу игры. Причём видимость тайлов зависит не только от расстояния до персонажа, но и от окружения: клетки за непрозрачными стенами не видны, даже если подойти в упор, а, например, кустарник ухудшает видимость клеток за ним на 50%.

image

Чтобы не нагружать процессор покадровой трассировкой лучей (для определения какая клетка насколько в данный момент «видима»), я использовал довольно интересный метод «тотального предрасчёта» — основные параметры для фактически всех возможных ситуаций считаются до игры в большую матрицу, и во время игры остаётся только обращаться к ней, выбирая нужные значения.

Что я имею ввиду под предварительными расчётами:

Герой ставится в клетку начала координат (0;0). Для каждой клетки в пределах видимости экрана (с запасом, в пределах двух экранов) считаются различные игровые параметры, в том числе список клеток, которых пересекает отрезок от начала координат до её центра:

image

Если быть точнее, то подобные списки считаются для каждого из 4х углов каждой клетки:

image

Все эти данные записываются в «матрицу видимостей» M.

Как это работает? У каждого объекта в игре есть параметр «непрозрачность» — величина от 0 до 1, процент загораживаемости обзора. В игре, чтобы узнать насколько виден тайл (xt; yt) относительно положения героя (x0; y0), мне нужно:

1. Обратиться к элементу матрицы Mt = M[xt-x0; yt-y0]
2. Посчитать насколько виден каждый из углов этого тайла (причём не учитываются углы, которые загораживаются самим тайлом (xt; yt), так что их 2 или 3): для этого я считываю из Mt вектор тайлов, которые встречаются на пути до угла и перемножаю «степени видимости» всех объектов, которые в них находятся (и да, как только встречается объект с нулевой видимостью, прохождение по списку можно не продолжать).
3. Степень видимости тайла Vt= среднее арифметическое видимостей каждого из его углов.

Так я делаю для каждого из тайлов в некоторой области вокруг героя, когда что-то меняется (положение героя или объектов).

Расчёт по углам вместо одного центра тайла ведётся для сглаживания артефактов, когда клетку незначительно загораживает какая-нибудь непрозрачная стена своим концом, но из-за этого клетка становится полностью невидима.

image

Способ, как вы понимаете, не совсем точный (по сравнению с честной «аналоговой» трассировкой луча), но даёт хорошие значения. Дискретность заметна тем меньше, чем визуально меньше клетки в игре.

Насколько будет повышать производительность предварительный расчёт всех параметров в «матрицу видимостей» (по сравнению с определением параметров на ходу) будет зависеть от языка, но по сути все геометрические расчёты заменяются на операцию доступа к элементу матрицы/вектора. У меня на AIR прирост в скорости колеблется от 7 до 11 раз (зависит от степени нагруженности области карты объектами)

Ту же самую матрицу можно использовать для определения освещённости клетки, когда какие-то объекты могут испускать свет, а какие-то его загораживать. Алгоритм тут точно такой же.

image
(монетки имеют небольшое свечение)

Демонстрация смены видимости тайлов в динамике:

Спасибо за внимание!

Комментарии (2)

  • 23 ноября 2016 в 18:26

    0

    ↑

    ↓

    https://ru.wikipedia.org/wiki/Двоичное_разбиение_пространства

  • 23 ноября 2016 в 18:28

    0

    ↑

    ↓

    Интересная идея. На видео с демо освещение появляется резкими переходами из одного состояния в другое.
    Я понимаю, что это из-за того что количество состояний освещения напрямую зависит от количества тайлов.
    Но тем не менее, нельзя сделать интерполяцию между двумя значениями освещения во время перехода от одного тайла к другому?
    Мне кажется, плавный переход будет выглядеть гораздо приятнее.

© Habrahabr.ru