Sistema de búsqueda de caminos

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Hace unos días publicaba un vídeo mostrando el sistema de búsqueda de caminos empleando mallas de navegación y el algoritmo A estrella para Sion Tower. Pudisteis ver que el personaje recorría el camino de forma brusca, actualmente el problema se ha solucionado gracias a la inclusión de splines en una colaboración del compañero Javier Santacruz (@arld101). ¡La primera colaboración en forma de código! En este artículo nos centraremos en ilustrar a grandes rasgos como funciona la búsqueda de caminos internamente.

Conceptos generales

El problema inicial era la necesidad de que los enemigos pudiesen moverse por el escenario hacia un objetivo evitando los obstáculos estáticos. El ejemplo más común sería el de perseguir al protagonista para atacarle. Para ello es necesario definir las zonas transitables de alguna manera y la respuesta es emplear una malla de navegación.

En Blender se crea una malla compuesta de triángulos interconectados tal y como se ilustra en la imagen que ya he mostrado en alguna ocasión. El sistema de carga de niveles procesa la malla y genera un grafo de forma interna. Realizar búsqueda de caminos dentro del grafo es un problema conocido y relativamente sencillo de resolver como veremos más adelante. Además el sistema soporta celdas con inclinación (como en las escaleras) aunque al algoritmo esto le es indiferente.

blender-navmesh.jpg

Clases implicadas

El sistema de búsqueda de caminos de Sion Tower está compuesto por las clases del siguiente diagrama:

clases-navmesh.png

Algoritmo A*

El algoritmo A* es de sobra conocido por muchos y puede obtenerse mucha información sobre el mismo en decenas de fuentes. En la búsqueda de Sion Tower le indicamos una posición de comienzo y una de destino al método buildPath de NavigationMesh y se nos devuelve una lista de puntos por los que hay que pasar. De forma esquematizada se hace lo siguiente:

  1. Encontrar las celdas en las que se encuentran las posiciones de inicio y destino
  2. Crear un montículo con un CellNode asociado a la primera celda.
  3. Bucle:
    1. Sacar el nodo más prometedor del montículo.
    2. Si el nodo corresponde a la celda final, hemos terminado.
    3. Introducimos en el montículo los nodos cuyas celdas son vecinas a las del nodo actual.
    4. Comenzar de nuevo el paso 3.
  4. Reconstruir el camino de puntos empleando un spline para evitar cambios bruscos.

Colaboración para suavizar el camino

El compañero Francisco Javier Santacruz se interesó en suavizar la ruta resultante de la búsqueda y rápidamente se puso manos a la obra. Tras un par de días de trabajo me envió un parche que apliqué gustosamente por sus impresionantes resultados.

La forma de suavizar la ruta consiste en generar muchos puntos intermedios siguiendo un spline. Los splines son curvas definidas mediante polinomios: ¡por fin las clases de Métodos Numéricos sirven para algo! En el caso que nos ocupa utilizó el spline de Catmull-Roll, un tipo de interpolación cúbica. En la prueba que me mandó se visualizaba la ruta del personaje ya suavizada como una línea en el suelo dibujada con primitivas de Ogre. Simplemente restan por hacer unos pequeños ajustes, ¡muchas gracias!

siontower-navmesh.jpg

Conclusiones

Implementar el sistema de búsqueda de caminos con una malla de navegación ha sido muy enriquecedor ya que era una materia completamente desconocida por mí hasta el momento. He aprendido mucho sobre las distintas aproximaciones existentes y la forma de aplicarla a un juego tridimensional. Además he obtenido la primera colaboración en términos de código a través de un parche. Los que estéis interesados en los detalles podéis acudir a la rama correspondiente de la forja.

¡Seguiré informando!

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