threejs角色移动平滑路线规划

原文参考我的公众号文章 threejs平滑路线规划

Astar寻路算法配合THREE.CatmullRomCurve3生成平滑的三维样条曲线，超有意思👍

一开始学threejs时，角色移动都是通过一个点直线移动到另一个点，但是现在情况不一样了，若将地图网格化处理后，利用以上技术点，将玩家移动的路线从「直来直往」进化到「平滑过渡」不是梦😄

效果图

• 无平滑路径处理
  
• 有平滑路径处理
  

体验 DEMO

Astar 算法

创建地图：二维数组，设置哪些点位是障碍物，哪些是自由移动区域。grid 和 map 每一项互为映射

比如生成一个如下地图：

// 地图网格化坐标数组
let grid = [
  [
    { x, y, z }, //网格内某个Mesh的坐标
    { x, y, z },
    { x, y, z },
    { x, y, z },
    { x, y, z },
  ],
  [
    { x, y, z },
    { x, y, z },
    { x, y, z },
    { x, y, z },
    { x, y, z },
  ],
  [
    { x, y, z },
    { x, y, z },
    { x, y, z },
    { x, y, z },
    { x, y, z },
  ],
  [
    { x, y, z },
    { x, y, z },
    { x, y, z },
    { x, y, z },
    { x, y, z },
  ],
  [
    { x, y, z },
    { x, y, z },
    { x, y, z },
    { x, y, z },
    { x, y, z },
  ],
];

// 抽象地图覆盖物数组
let map = [
  [1, 1, 0, 1, 1],
  [1, 1, 0, 1, 1],
  [1, 0, 0, 1, 1],
  [1, 1, 0, 1, 1],
  [1, 1, 1, 0, 1],
]; // 0表示对应项上的Mesh是障碍物-不可通过，1表示对应项上的Mesh是自由区域-可通过

创建 Graph：将 map 二维数组转成 Astar 可识别的图 Graph

let graph = new Graph(map);
console.log("graph:", graph); //{ diagonal, dirtyNodes, grid, nodes }

路径搜索：提供 start、end 点和 graph，利用 Astar 的 search 方法搜索可移动路径。

let start = graph.grid[0][0];
let end = graph.grid[4][2];
let sTime = +new Date();

// 搜索结果
let result = astar.search(graph, start, end);

let eTime = +new Date();
let spendTime = eTime - sTime; //耗时N毫秒

if (!result.length) {
  console.log("未找到可以到达的路径");
  return;
} else {
  console.log("找到可以到达的路径");
}

THREE.CatmullRomCurve3

生成路径曲线：根据提供的 Astar 算法搜索结果，提取关键路径点（必要），得到一条平滑过渡的曲线。

/** 1.提取关键节点 */

// 生成路径动画
let path = []; //关键路径节点
// 这里定义gap去稀释result，让运动路线以合适数量的点生成，然后利用CatmullRomCurve3自动过渡形成圆滑的曲线。
let gap = result.length > 6 ? 3 : result.length > 4 ? 2 : 1;

result.map((item, index) => {
  const { x, y, z } = item;
  let pos = grid[x][y];
  if (index % gap == 0 || index == result.length - 1) {
    path.push(new THREE.Vector3(pos.x, pos.y, pos.z));
  }
});

console.log("path:", path);

/**2.生成平滑路线 */

let divisions = 30; //分段数量
let curve = new THREE.CatmullRomCurve3(path, false); //得到平滑曲线curve对象
let curveLength = curve.getLength(); //曲线长度

// 路线线条
const points = curve.getPoints(divisions);
const geometry = new THREE.BufferGeometry().setFromPoints(points);
const material = new THREE.LineBasicMaterial({ color: 0xff0000 });
let curveMesh = new THREE.Line(geometry, material);
scene.add(curveMesh);

物体移动：让物体沿着曲线移动

const moveSpeed = 0.01; //移动速度
const lerpSpeed = 0.001; //转弯细腻程度
let distance = 0; //已移动距离
let curveLength = curve.getLength(); //曲线长度
let moveMeshPosition: new THREE.Vector3(); //物体当前帧率在curve曲线上所处的位置
let moveMeshTarget: new THREE.Vector3(); //物体下一帧在curve曲线上要移动到的位置
let moveMesh = new THREE.Mesh(
  new THREE.BoxBufferGeometry(0.3, 0.3, 0.5),
  new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0xffdd00 })
); //移动物体

scene.add(moveMesh);

function update() {
  distance += moveSpeed; //累加移动的距离
  let percent = distance / curveLength; // 当前位置占弧长的百分比，也就是在弧长上的位置

  // 路径走完
  if (percent >= 1) {
    distance = curveLength;
    console.log("抵达目的地");

    // 移除该路线
    scene.remove(curveMesh);

    // 移除该物体
    scene.remove(moveMesh);
    return;
  }

  // 继续移动
  item.distance = distance;

  //目标点到目标的距离
  const targetOffset = lerpSpeed; // !!!这个值越小，运动轨迹就越圆滑
  //从曲线上获取物体的点位。.getPointAt ( u : Float, optionalTarget : Vector ) : Vector，u - 根据弧长在曲线上的位置。必须在范围[0，1]内。
  curve.getPointAt(percent % 1, moveMeshPosition);
  //从曲线上获取物体的目标点位
  curve.getPointAt((percent + targetOffset) % 1, moveMeshTarget);
  //物体的定位（现在在哪儿）
  moveMesh.position.copy(moveMeshPosition);

  //实现软旋转（现在看哪儿）
  moveMesh.lookAt(moveMeshTarget);
  // or 圆滑位置
  //moveMesh.position.lerpVectors(moveMeshPosition, moveMeshTarget, 0.5);
}

以上就是实现大致的思路了～

参考链接

threejs-CatmullRomCurve3

astar.js

astar-demo