游戏人工智能实验报告材料二.docx
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游戏人工智能实验报告材料二
实验二聚集与避障
实验报告
一、实验目的
掌握游戏中聚集与避障的人工智能算法,理解宽视野和有限视野的区别
二、实验仪器
Windows7系统
MicrosoftVisualStudio2015
三、实验原理及过程
//描述聚集与避障的算法原理
//描述程序实现时的思路包括对每个调用的API进行详细说明
智能体只考虑哪些在检测盒内的障碍物。
初始的时候，要将游戏世界中所有的障碍物都迭代到内存中，并标记哪些在检测盒内的障碍物以作进一步分析，然后把所有已经标记的障碍物都转换到智能体的局部空间。
转换坐标后，那些x坐标为负值的物体将不被考虑，所以问题就变得简单多了，接下来必须要检测障碍物是否和检测盒重叠。
使障碍物的包围半径扩大检测盒宽度的一半。
然后测试该障碍物的y值是否小于这个值（即障碍物的包围半径加上检测盒宽度的一半）。
此时，只剩下那些与检测盒相交的障碍物了。
接下来我们找出离智能体最近的相交点。
再一次在局部空间中计算，第三步中扩大了障碍物的包围半径。
用简单的线圆周相交测试方法可以得到被扩大的圈和x轴的相交点。
4、实验结果
五、实验心得（需包括有何不足如何改进）
//你认为目前的聚集与避障有什么不足之处,如何改进
目前的聚集与避障的不足之处在于：
可能会因为错误的方案设计而搞错导致路线的躲闪。
还有就是从实验2开始，我的电脑本身出现了COMCTL32.LIB文件LINK的错误，后来在同学的帮助下我解决了这个问题。
如何改进：
实验前必须要经过精确的计算并且代码不能出现任何错误。
把COMCTL32.LIB文件载入文件以让程序正确运行。
6、主要代码
#include"main.h"
#include"time.h"
//---------------------------------------------------------------------------
/*
Book:
AIforGameDevelopers
Authors:
DavidM.Bourg&GlennSeemann
Example:
Flocking,Chapter4
*/
//---------------------------------------------------------------------------
#define_TIMESTEP0.0025
#define_TOL1e-10
#define_FWDTIME10
#define_THRUSTFACTOR1.0
#define_CHASESETUPtrue
#define_SPAWN_AREA_R100
#define_MAX_NUM_UNITS20
#define_UNIT_LENGTH4
#define_OBSTACLE_RADIUS_FACTOR8
#define_OBSTACLE_RADIUS_OBSTACLE_RADIUS_FACTOR*_UNIT_LENGTH
#define_COLLISION_VISIBILITY_FACTOR25
#define_WIDEVIEW_RADIUS_FACTOR200
#define_NARROWVIEW_RADIUS_FACTOR50
#define_LIMITEDVIEW_RADIUS_FACTOR30
#define_SEPARATION_FACTOR5
#define_BACK_VIEW_ANGLE_FACTOR1
#define_FRONT_VIEW_ANGLE_FACTOR1
#define_NUM_OBSTACLES8
//GlobalVariables:
intFrameCounter=0;
RigidBody2DUnits[_MAX_NUM_UNITS];
VectorTarget;
VectorObstacles[_NUM_OBSTACLES];
boolInitialize（void）
{
inti;
GetRandomNumber（0,_WINWIDTH,true）;
for（i=0;i<_MAX_NUM_UNITS;i++）
{
Units[i].fMass=10;
Units[i].fInertia=10;
Units[i].fInertiaInverse=1/10;
Units[i].vPosition.x=GetRandomNumber（_WINWIDTH/2-_SPAWN_AREA_R,_WINWIDTH/2+_SPAWN_AREA_R,false）;
Units[i].vPosition.y=GetRandomNumber（_WINHEIGHT/2-_SPAWN_AREA_R,_WINHEIGHT/2+_SPAWN_AREA_R,false）;
Units[i].fWidth=_UNIT_LENGTH/2;
Units[i].fLength=_UNIT_LENGTH;
Units[i].fHeight=_UNIT_LENGTH;
Units[i].fOrientation=GetRandomNumber（0,360,false）;
Units[i].CD.y=-0.12*Units[i].fLength;Units[i].CD.x=0.0f;//coordinatesofthebodycenterofdrag
Units[i].CT.y=-0.50*Units[i].fLength;Units[i].CT.x=0.0f;//coordinatesofthepropellerthrustvector
Units[i].CPT.y=0.5*Units[i].fLength;Units[i].CPT.x=-0.5*Units[i].fWidth;//coordinatesoftheportbowthruster
Units[i].CST.y=0.5*Units[i].fLength;Units[i].CST.x=0.5*Units[i].fWidth;//coordinatesofthestarboardbowthruster
Units[i].ProjectedArea=（Units[i].fLength+Units[i].fWidth）*Units[i].fHeight;
Units[i].Leader=false;
if（i>_MAX_NUM_UNITS/2）
{
Units[i].Interceptor=true;
Units[i].ThrustForce=_THRUSTFORCE*1.5f;
}else{
Units[i].Interceptor=false;
Units[i].ThrustForce=_THRUSTFORCE;
}
}
for（i=0;i<_NUM_OBSTACLES;i++）
{
Obstacles[i].x=GetRandomNumber（_OBSTACLE_RADIUS*4,_WINWIDTH-_OBSTACLE_RADIUS*4,false）;
Obstacles[i].y=/*_WINHEIGHT/2;*/GetRandomNumber（_OBSTACLE_RADIUS*4,_WINHEIGHT-_OBSTACLE_RADIUS*4,false）;
}
returntrue;
}
voidDoUnitAI（inti）
{
intj;
intN;
VectorPave;
VectorVave;
VectorFs;
VectorPfs;
Vectord,u,v,w;
doublem;
intNf;
boolInView;
boolDoFlock=WideView||LimitedView||NarrowView;
intRadiusFactor;
//beginFlockAI
Fs.x=Fs.y=Fs.z=0;
Pave.x=Pave.y=Pave.z=0;
Vave.x=Vave.y=Vave.z=0;
N=0;
Pfs.x=0;
Pfs.y=Units[i].fLength/2.0f;
Nf=0;
for（j=1;j<_MAX_NUM_UNITS;j++）
{
if（i!
=j）
{
InView=false;
d=Units[j].vPosition-Units[i].vPosition;
w=VRotate2D（-Units[i].fOrientation,d）;
if（（（w.y>0）&&（fabs（w.x）if（d.Magnitude（）<=（Units[i].fLength*_NARROWVIEW_RADIUS_FACTOR））
Nf++;
if（WideView）
{
InView=（（w.y>0）||（（w.y<0）&&（fabs（w.x）>fabs（w.y）*_BACK_VIEW_ANGLE_FACTOR）））;
RadiusFactor=_WIDEVIEW_RADIUS_FACTOR;
}
if（LimitedView）
{
InView=（w.y>0）;
RadiusFactor=_LIMITEDVIEW_RADIUS_FACTOR;
}
if（NarrowView）
{
InView=（（（w.y>0）&&（fabs（w.x）RadiusFactor=_NARROWVIEW_RADIUS_FACTOR;
}
if（InView&&（Units[i].Interceptor==Units[j].Interceptor））
{
if（d.Magnitude（）<=（Units[i].fLength*RadiusFactor））
{
Pave+=Units[j].vPosition;
Vave+=Units[j].vVelocity;
N++;
}
}
//SeparationRule:
if（InView）//（w.y>0）||（（w.y<0）&&（fabs（w.x）>fabs（w.y）*_BACK_VIEW_ANGLE_FACTOR）））
{
if（d.Magnitude（）<=（Units[i].fLength*_SEPARATION_FACTOR））
{
if（w.x<0）m=1;
if（w.x>0）m=-1;
Fs.x+=m*_STEERINGFORCE*（Units[i].fLength*_SEPARATION_FACTOR）/d.Magnitude（）;
}
}
}
}
//CohesionRule:
if（DoFlock&&（N>0））
{
Pave=Pave/N;
v=Units[i].vVelocity;
v.Normalize（）;
u=Pave-Units[i].vPosition;
u.Normalize（）;
w=VRotate2D（-Units[i].fOrientation,u）;
if（w.x<0）m=-1;
if（w.x>0）m=1;
if（fabs（v*u）<1.0f）
Fs.x+=m*_STEERINGFORCE*acos（v*u）/pi;
}
//AlignmentRule:
if（DoFlock&&（N>0））
{
Vave=Vave/N;
u=Vave;
u.Normalize（）;
v=Units[i].vVelocity;
v.Normalize（）;
w=VRotate2D（-Units[i].fOrientation,u）;
if（w.x<0）m=-1;
if（w.x>0）m=1;
if（fabs（v*u）<1）
Fs.x+=m*_STEERINGFORCE*acos（v*u）/pi;
}
//Chasethetargetiftheunitisaleader
if（Chase）
{
if（Nf==0）
Units[i].Leader=true;
else
Units[i].Leader=false;
if（（Units[i].Leader||!
DoFlock））
{
if（!
Units[i].Interceptor）
{
//Chase
u=Units[0].vPosition;
d=u-Units[i].vPosition;
w=VRotate2D（-Units[i].fOrientation,d）;
if（w.x<0）m=-1;
if（w.x>0）m=1;
Fs.x+=m*_STEERINGFORCE;
}else{
//Intercept
Vectors1,s2,s12;
doubletClose;
VectorVr12;
Vr12=Units[0].vVelocity-Units[i].vVelocity;//closingvelocity
s12=Units[0].vPosition-Units[i].vPosition;//rangetoclose
tClose=s12.Magnitude（）/Vr12.Magnitude（）;//timetoclose
s1=Units[0].vPosition+（Units[0].vVelocity*tClose）;
Target=s1;
s2=s1-Units[i].vPosition;
w=VRotate2D（-Units[i].fOrientation,s2）;
if（w.x<0）m=-1;
if（w.x>0）m=1;
Fs.x+=m*_STEERINGFORCE;
}
}
}
//Collisionavoidance（withstaticobstacles）
Vectora,p,b;
for（j=0;j<_NUM_OBSTACLES;j++）
{
u=Units[i].vVelocity;
u.Normalize（）;
v=u*_COLLISION_VISIBILITY_FACTOR*Units[i].fLength;
a=Obstacles[j]-Units[i].vPosition;
p=（a*u）*u;
b=p-a;
if（（b.Magnitude（）<_OBSTACLE_RADIUS）&&（p.Magnitude（）{
//impendingcollision...steeraway
w=VRotate2D（-Units[i].fOrientation,a）;
w.Normalize（）;
if（w.x<0）m=1;
if（w.x>0）m=-1;
Fs.x+=m*_STEERINGFORCE*（_COLLISION_VISIBILITY_FACTOR*Units[i].fLength）/a.Magnitude（）;
}
}
//applyaccumulatedsteeringforce
Units[i].Fa=Fs;
Units[i].Pa=Pfs;
//endFlockAI
}
voidUpdateSimulation（void）
{
doubledt=_TIMESTEP;
inti;
//initializethebackbuffer
if（FrameCounter>=_RENDER_FRAME_COUNT）
{
ClearBackBuffer（）;
DrawObstacles（）;
}
//Updateplayercontrolledunit:
Units[0].SetThrusters（false,false,1）;
Units[0].SetThrusters（false,false,1）;
if（IsKeyDown（VK_RIGHT））
Units[0].SetThrusters（true,false,0.5）;
if（IsKeyDown（VK_LEFT））
Units[0].SetThrusters（false,true,0.5）;
Units[0].UpdateBodyEuler（dt）;
if（FrameCounter>=_RENDER_FRAME_COUNT）
DrawCraft（Units[0],RGB（0,255,0））;
if（Units[0].vPosition.x>_WINWIDTH）Units[0].vPosition.x=0;
if（Units[0].vPosition.x<0）Units[0].vPosition.x=_WINWIDTH;
if（Units[0].vPosition.y>_WINHEIGHT）Units[0].vPosition.y=0;
if（Units[0].vPosition.y<0）Units[0].vPosition.y=_WINHEIGHT;
//updatecomputercontrolledunits:
for（i=1;i<_MAX_NUM_UNITS;i++）
{
DoUnitAI（i）;
Units[i].UpdateBodyEuler（dt）;
if（FrameCounter>=_RENDER_FRAME_COUNT）
{
if（Units[i].Leader）
DrawCraft（Units[i],RGB（255,0,0））;
else{
if（Units[i].Interceptor）
DrawCraft（Units[i],RGB（255,0,255））;
else
DrawCraft（Units[i],RGB（0,0,255））;
}
}
if（Units[i].vPosition.x>_WINWIDTH）Units[i].vPosition.x=0;
if（Units[i].vPosition.x<0）Units[i].vPosition.x=_WINWIDTH;
if（Units[i].vPosition.y>_WINHEIGHT）Units[i].vPosition.y=0;
if（Units[i].vPosition.y<0）Units[i].vPosition.y=_WINHEIGHT;
}//endi-loop
if（FrameCounter>=_RENDER_FRAME_COUNT）{
CopyBackBufferToWindow（）;
FrameCounter=0;
}else
FrameCounter++;
}
voidDrawCraft（RigidBody2Dcraft,COLORREFclr）
{
VectorvList[5];
doublewd,lg;
inti;
Vectorv1;
wd=craft.fWidth;
lg=craft.fLength;
vList[0].y=lg/2;vList[0].x=wd/2;
vList[1].y=-lg/2;vList[1].x=wd/2;
vList[2].y=-lg/2;vList[2].x=-wd/2;
vList[3].y=lg/2;vList[3].x=-wd/2;
vList[4].y=lg/2*1.5;vList[4].x=0;
for（i=0;i<5;i++）
{
v1=VRotate2D（craft.fOrientation,vList[i]）;
vList[i]=v1+craft.vPosition;
}
DrawLine（vLi
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