MATLAB | 我用MATLAB制作了一款伪3D第一视角迷宫小游戏

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游戏效果

MATLAB | 我用MATLAB制作了一款伪3D第一视角迷宫小游戏
MATLAB | 我用MATLAB制作了一款伪3D第一视角迷宫小游戏
MATLAB | 我用MATLAB制作了一款伪3D第一视角迷宫小游戏

  • 使用键盘上方向键向前移动
  • 使用键盘左右方向键调整 朝向

游戏原理说明

原理很简单,如效果图所示,主要就是以角色视角方向发射大量的直线模拟视线,并计算直线与墙壁交点,获取每一条视线方向下,角色到墙壁的距离,然后根据近大远小的原理绘制不同长度的竖向直线模拟墙壁。

第一代程序计算交点方法

第一代程序是使用的polyshape对象(二维多边形对象)制作墙壁,polyshape对象重载了函数intersect,可以直接求出直线与多边形的交集,程序编写更加简洁方便,给个检测直线和多边形交点的官方例子:

创建一个矩形多边形和一个线段:

poly1=polyshape([0 0 1 1],[1 0 0 1]);
lineseg=[-1 -1;1.5 1.5];

计算该多边形与线段的交集,并确定线段的哪些部分在多边形的内部,哪些在其外部。

[in,out] = intersect(poly1,lineseg);
plot(poly1)
hold on
plot(in(:,1),in(:,2),'b',out(:,1),out(:,2),'r')
legend('Polygon','Inside','Outside','Location','NorthWest')

MATLAB | 我用MATLAB制作了一款伪3D第一视角迷宫小游戏

我们可以把内部第一个点和最后一个点看作与多边形边缘的交点:

intersectPnt=[in(1,:);in(end,:)]

intersectPnt =
0 0
1 1

但是!:这样的计算方法较缓慢,而且polyshape对象推出时间较晚(至少需要R2017B),
于是该方案被舍弃!!
于是该方案被舍弃!!
于是该方案被舍弃!!

第二代程序计算交点方法

假设角色当前位置为 p 0 = ( x 0 , y 0 ) p_0=(x_0,y_0) p0=(x0,y0),角色当前面向方向为 θ 0 \theta_0 θ0,将所有的墙壁边缘离散成点集合,其点到角色位置方向向量为:
V = [ x 1 − x 0 y 1 − y 0 x 2 − x 0 y 2 − y 0 ⋮ ⋮ x N − x 0 y N − y 0 ] V=\left[\begin{array}{cc}x_1-x_0&y_1-y_0\\x_2-x_0&y_2-y_0\\\vdots&\vdots\\x_N-x_0&y_N-y_0\end{array}\right] V=x1x0x2x0xNx0y1y0y2y0yNy0

每个视线方向向量
T = [ cos ⁡ ( θ 1 + θ 0 ) sin ⁡ ( θ 1 + θ 0 ) cos ⁡ ( θ 2 + θ 0 ) sin ⁡ ( θ 3 + θ 0 ) ⋮ ⋮ cos ⁡ ( θ M + θ 0 ) sin ⁡ ( θ M + θ 0 ) ] T=\left[\begin{array}{cc}\cos(\theta_1+\theta_0)&\sin(\theta_1+\theta_0)\\\cos(\theta_2+\theta_0)&\sin(\theta_3+\theta_0)\\\vdots&\vdots\\\cos(\theta_M+\theta_0)&\sin(\theta_M+\theta_0)\end{array}\right] T=cos(θ1+θ0)cos(θ2+θ0)cos(θM+θ0)sin(θ1+θ0)sin(θ3+θ0)sin(θM+θ0)

做内积:
I N N = V T ′ INN=VT' INN=VT
那么INN矩阵的每个数值都是角色到一个墙壁点方向向量与角色某一视线方向做内积,要考虑到视线为单方向射线,因此将内积为负数的值置为无穷大:INN(INN<0)=inf,之后因为明显和视线越垂直算出的距离越短,但这不是我们想要的,因此要添加新的约束,就是内积值和实际的点到角色的距离差值要小于一定阈值1e-5,添加这个约束后,找到INN矩阵每一列的最小值即可找到每一视线方向最近的墙壁点。

距离转换为线段长度

使用的如下公式:
l e n = α L ∣ cos ⁡ ( θ ) ∣ len=\frac{\alpha}{L|\cos(\theta)|} len=Lcos(θ)α
其中 α \alpha α为常数, L L L为墙壁点到角色距离, θ \theta θ为视线和角色面朝方向的夹角。

完整代码

function maze2_5D_v2
% @author : slandarer
% @公众号 : slandarer随笔
% @知乎   : hikari
help maze2_5D

%% ========================================================================
% figure窗口创建
fig=figure();
fig.Position=[50,60,1200,600];
fig.Name='maze 2.5D by slandarer';
fig.NumberTitle='off';
fig.MenuBar='none';
% 俯视图axes坐标区域
ax2D=axes('Parent',fig);
ax2D.XTick=[];ax2D.XColor='none';
ax2D.YTick=[];ax2D.YColor='none';
ax2D.XLim=[0,15];
ax2D.YLim=[0,15];
ax2D.Color=[0,0,0];
ax2D.Position=[0,0,1/2,1];
hold(ax2D,'on')
%3D图axes坐标区域
ax3D=axes('Parent',fig);
ax3D.XTick=[];ax2D.XColor='none';
ax3D.YTick=[];ax2D.YColor='none';
ax3D.XLim=[0,10];
ax3D.YLim=[0,10];
ax3D.Color=[0,0,0];
ax3D.Position=[1/2,0,1/2,1];
hold(ax3D,'on')
%% ========================================================================
% 左侧俯视地图初始化
mazeMat=[1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1;
         1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1;
         1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1;
         1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1;
         1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1;
         1 0 0 0 0 2 1 1 1 0 1 1 1 0 1;
         1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1;
         1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1;
         1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1;
         1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1;
         1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1;
         1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1;
         1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1;
         1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1;
         1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1];
[rowList,colList]=find(mazeMat==1);
sqX=[-1;0;0;-1];sqY=[-1;-1;0;0];
LSList=linspace(-1,0,250)';
NMList=-ones(size(LSList));
FLList=[[LSList,NMList];[LSList,NMList.*0];[NMList,LSList];[NMList.*0,LSList]];

BLOCK.pntSet=zeros(2,0);
for n=1:length(rowList) 
    fill(ax2D,sqX+colList(n),sqY+size(mazeMat,1)+1-rowList(n),[1,1,1].*0.9);
    BLOCK.pntSet=[BLOCK.pntSet;FLList+repmat([colList(n),size(mazeMat,1)+1-rowList(n)],[size(FLList,1),1])];
end
% -------------------------------------------------------------------------
% 角色创建
[trow,tcol]=find(mazeMat==2);
ROLEP.xpos=tcol-0.5;
ROLEP.ypos=size(mazeMat,1)+0.5-trow;
ROLEP.theta=pi/2;
ROLEP.triX=cos([pi/3,pi,-pi/3]).*0.15;
ROLEP.triY=sin([pi/3,pi,-pi/3]).*0.15;
[tX,tY]=rotateData(ROLEP.triX,ROLEP.triY,ROLEP.theta);
ROLEP.pfill=fill(ax2D,tX+ROLEP.xpos,tY+ROLEP.ypos,[1,1,1]);
ROLEP.pshape=polyshape(tX+ROLEP.xpos,tY+ROLEP.ypos);
ROLEP.viewRange=size(mazeMat,1)*sqrt(2);
%% ========================================================================
% 线条创建
% plot(ax3D,[1,1].*10.*i./length(thetaListV),[5-tLen/2,5+tLen/2],...
% 'LineWidth',1.5,'Color',[1,1,1]./10.*tLen,'Tag','blockLine');
% plot(ax2D,[RP.xpos,RP.xpos+cos(thetaList(i))*abs(minList(i))],[RP.ypos,RP.ypos+sin(thetaList(i))*abs(minList(i))])
lineNum=300;

for n=1:lineNum
    PLINE.plotLine3(n)=plot(ax3D,[1,1].*10.*n./lineNum,[-1,-1],'LineWidth',1.5);
    PLINE.plotLine2(n)=plot(ax2D,[-1,-1],[-1,-1],'Color',lines(1));
end


draw3D(ROLEP,BLOCK,PLINE,lineNum)
%% ========================================================================
% 角色移动函数
set(fig,'KeyPressFcn',@key)
function key(~,event)
    %按键函数
    switch event.Key
        case 'uparrow'
            ROLEP.xpos=ROLEP.xpos+cos(ROLEP.theta).*.2;
            ROLEP.ypos=ROLEP.ypos+sin(ROLEP.theta).*.2;
        case 'leftarrow'
            ROLEP.theta=ROLEP.theta+pi/20;
        case 'rightarrow'
            ROLEP.theta=ROLEP.theta-pi/20;
    end
    [tX,tY]=rotateData(ROLEP.triX,ROLEP.triY,ROLEP.theta);
    ROLEP.pfill.XData=tX+ROLEP.xpos;
    ROLEP.pfill.YData=tY+ROLEP.ypos;
    ROLEP.pshape=polyshape(tX+ROLEP.xpos,tY+ROLEP.ypos);
    draw3D(ROLEP,BLOCK,PLINE,lineNum)
end
%% ========================================================================
% 视角检测及伪3D图绘制
    function draw3D(RP,BK,PLINE,LN)
    % delete(findobj('Tag','blockLine'))
    thetaListV=linspace(pi/3,-pi/3,LN);
    thetaList=thetaListV+RP.theta;
    % 内积法计算距离
    cutoff=1e-5;
    cosList=cos(thetaList);
    sinList=sin(thetaList);
    vecList=BK.pntSet-[RP.xpos,RP.ypos];
    disMat=vecList*[cosList;sinList];
    disMat(disMat<0)=inf;
    normList=vecnorm(vecList')';
    diffMat=abs(disMat-repmat(normList,[1,size(disMat,2)]));
    disMat(diffMat>cutoff)=inf;
    minList=min(abs(disMat));
    % 图像重绘
    for i=1:length(thetaList)
        tLen=10/abs(minList(i))/abs(cos(thetaListV(i))).*0.6;tLen(tLen>10)=10;
        PLINE.plotLine3(i).Color=[1,1,1]./10.*tLen;
        PLINE.plotLine3(i).YData=[5-tLen/2,5+tLen/2];
        PLINE.plotLine2(i).XData=[RP.xpos,RP.xpos+cos(thetaList(i))*abs(minList(i))];
        PLINE.plotLine2(i).YData=[RP.ypos,RP.ypos+sin(thetaList(i))*abs(minList(i))];
    end
end
%% ========================================================================
% 数据旋转角度
function [X,Y]=rotateData(X,Y,theta)
    rotateMat=[cos(theta),-sin(theta);sin(theta),cos(theta)];
    XY=rotateMat*[X;Y];
    X=XY(1,:);Y=XY(2,:);
end
end

MATLAB | 我用MATLAB制作了一款伪3D第一视角迷宫小游戏

目前还没有加检测碰到墙的设置,所以是可以穿墙的,碰撞设置请自行编写,另外视角有点鱼眼的感觉是因为为了方便编写并没有考虑各个竖线的横向分布,如果考虑横向分布的话代码是这样的:

function maze2_5D_v3
% @author : slandarer
% @公众号 : slandarer随笔
% @知乎   : hikari
help maze2_5D_v3

%% ========================================================================
% figure窗口创建
fig=figure();
fig.Position=[50,60,1200,600];
fig.Name='maze 2.5D by slandarer';
fig.NumberTitle='off';
fig.MenuBar='none';
% 俯视图axes坐标区域
ax2D=axes('Parent',fig);
ax2D.XTick=[];ax2D.XColor='none';
ax2D.YTick=[];ax2D.YColor='none';
ax2D.XLim=[0,15];
ax2D.YLim=[0,15];
ax2D.Color=[0,0,0];
ax2D.Position=[0,0,1/2,1];
hold(ax2D,'on')
%3D图axes坐标区域
ax3D=axes('Parent',fig);
ax3D.XTick=[];ax2D.XColor='none';
ax3D.YTick=[];ax2D.YColor='none';
ax3D.XLim=[0,10];
ax3D.YLim=[0,10];
ax3D.Color=[0,0,0];
ax3D.Position=[1/2,0,1/2,1];
hold(ax3D,'on')
%% ========================================================================
% 左侧俯视地图初始化
mazeMat=[1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1;
         1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1;
         1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1;
         1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1;
         1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1;
         1 0 0 0 0 2 1 1 1 0 1 1 1 0 1;
         1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1;
         1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1;
         1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1;
         1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1;
         1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1;
         1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1;
         1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1;
         1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1;
         1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1];
[rowList,colList]=find(mazeMat==1);
sqX=[-1;0;0;-1];sqY=[-1;-1;0;0];
LSList=linspace(-1,0,250)';
NMList=-ones(size(LSList));
FLList=[[LSList,NMList];[LSList,NMList.*0];[NMList,LSList];[NMList.*0,LSList]];

BLOCK.pntSet=zeros(2,0);
for n=1:length(rowList) 
    fill(ax2D,sqX+colList(n),sqY+size(mazeMat,1)+1-rowList(n),[1,1,1].*0.9);
    BLOCK.pntSet=[BLOCK.pntSet;FLList+repmat([colList(n),size(mazeMat,1)+1-rowList(n)],[size(FLList,1),1])];
end
% -------------------------------------------------------------------------
% 角色创建
[trow,tcol]=find(mazeMat==2);
ROLEP.xpos=tcol-0.5;
ROLEP.ypos=size(mazeMat,1)+0.5-trow;
ROLEP.theta=pi/2;
ROLEP.triX=cos([pi/3,pi,-pi/3]).*0.15;
ROLEP.triY=sin([pi/3,pi,-pi/3]).*0.15;
[tX,tY]=rotateData(ROLEP.triX,ROLEP.triY,ROLEP.theta);
ROLEP.pfill=fill(ax2D,tX+ROLEP.xpos,tY+ROLEP.ypos,[1,1,1]);
ROLEP.pshape=polyshape(tX+ROLEP.xpos,tY+ROLEP.ypos);
ROLEP.viewRange=size(mazeMat,1)*sqrt(2);
%% ========================================================================
% 线条创建
% plot(ax3D,[1,1].*10.*i./length(thetaListV),[5-tLen/2,5+tLen/2],...
% 'LineWidth',1.5,'Color',[1,1,1]./10.*tLen,'Tag','blockLine');
% plot(ax2D,[RP.xpos,RP.xpos+cos(thetaList(i))*abs(minList(i))],[RP.ypos,RP.ypos+sin(thetaList(i))*abs(minList(i))])
lineNum=300;

ttV=linspace(pi/3,-pi/3,lineNum);
for n=1:lineNum
    PLINE.plotLine3(n)=plot(ax3D,-[1,1].*sin(ttV(n)).*10+5,[-1,-1],'LineWidth',3.5);
    PLINE.plotLine2(n)=plot(ax2D,[-1,-1],[-1,-1],'Color',lines(1));
end


draw3D(ROLEP,BLOCK,PLINE,lineNum)
%% ========================================================================
% 角色移动函数
set(fig,'KeyPressFcn',@key)
function key(~,event)
    %按键函数
    switch event.Key
        case 'uparrow'
            ROLEP.xpos=ROLEP.xpos+cos(ROLEP.theta).*.2;
            ROLEP.ypos=ROLEP.ypos+sin(ROLEP.theta).*.2;
        case 'leftarrow'
            ROLEP.theta=ROLEP.theta+pi/20;
        case 'rightarrow'
            ROLEP.theta=ROLEP.theta-pi/20;
    end
    [tX,tY]=rotateData(ROLEP.triX,ROLEP.triY,ROLEP.theta);
    ROLEP.pfill.XData=tX+ROLEP.xpos;
    ROLEP.pfill.YData=tY+ROLEP.ypos;
    ROLEP.pshape=polyshape(tX+ROLEP.xpos,tY+ROLEP.ypos);
    draw3D(ROLEP,BLOCK,PLINE,lineNum)
end
%% ========================================================================
% 视角检测及伪3D图绘制
    function draw3D(RP,BK,PLINE,LN)
    % delete(findobj('Tag','blockLine'))
    thetaListV=linspace(pi/3,-pi/3,LN);
    thetaList=thetaListV+RP.theta;
    % 内积法计算距离
    cutoff=1e-5;
    cosList=cos(thetaList);
    sinList=sin(thetaList);
    vecList=BK.pntSet-[RP.xpos,RP.ypos];
    disMat=vecList*[cosList;sinList];
    disMat(disMat<0)=inf;
    normList=vecnorm(vecList')';
    diffMat=abs(disMat-repmat(normList,[1,size(disMat,2)]));
    disMat(diffMat>cutoff)=inf;
    minList=min(abs(disMat));
    % 图像重绘
    for i=1:length(thetaList)
        tLen=10/abs(minList(i))/abs(cos(thetaListV(i))).*1;tLen(tLen>10)=10;
        PLINE.plotLine3(i).Color=[1,1,1]./10.*tLen;
        PLINE.plotLine3(i).YData=[5-tLen/2,5+tLen/2];
        PLINE.plotLine2(i).XData=[RP.xpos,RP.xpos+cos(thetaList(i))*abs(minList(i))];
        PLINE.plotLine2(i).YData=[RP.ypos,RP.ypos+sin(thetaList(i))*abs(minList(i))];
    end
end
%% ========================================================================
% 数据旋转角度
function [X,Y]=rotateData(X,Y,theta)
    rotateMat=[cos(theta),-sin(theta);sin(theta),cos(theta)];
    XY=rotateMat*[X;Y];
    X=XY(1,:);Y=XY(2,:);
end
end

MATLAB | 我用MATLAB制作了一款伪3D第一视角迷宫小游戏文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-471367.html

到了这里,关于MATLAB | 我用MATLAB制作了一款伪3D第一视角迷宫小游戏的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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  • 为了辅助个人股票投资者的降低决策误判概率,我们做了一款软件

    对于个人股票投资者而言,避免投资决策误判是最重要且最首要的,盈利多少都是次要的。 这是一个面向个人股票投资者的决策辅助工具【棱镜】,它旨在将你的分析决策逻辑转化为由文字和框架转化为算法,让计算机和算法辅助你共同决策,降低决策误判概率。网站:pr

    2024年02月03日
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  • 耗时6个月,我们做了一款干净、免费、开源的AI数据库管理工具

    在消失的这段时间,我和小伙伴们做了一款集成了AI的数据库管理工具Chat2DB。 他是数据库也集成了AIGC的能力,能够将自然语言转换为SQL,也可以将SQL转换为自然语言,还可以给出SQL的优化建议,可以极大提升效率。 GitHub地址:https://github.com/chat2db/chat2db 官网地址:https://ch

    2024年02月13日
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