Go Ebiten随机迷宫生成示例

引言
迷宫生成是计算机科学中一个经典的问题,常用于算法教学和游戏开发。本文将介绍如何使用 Go 语言和 Ebiten 游戏引擎实现一个基于深度优先搜索(DFS)的随机迷宫生成算法,并通过可视化的方式展示迷宫的生成过程。
技术栈
- Go 语言:一种高效、简洁的编程语言,适合实现算法和并发任务。
- Ebiten:一个轻量级的 2D 游戏引擎,适合快速开发简单的图形应用程序。
- 深度优先搜索(DFS):一种经典的图遍历算法,用于生成随机迷宫。
算法原理
深度优先搜索(DFS)
DFS 是一种用于遍历或搜索树或图的算法。在迷宫生成中,我们可以将迷宫看作一个图,每个块是一个节点,墙是节点之间的边。DFS 通过随机选择邻居节点并打破墙来生成迷宫。
栈回溯
为了确保迷宫生成的完整性,我们使用栈来记录访问路径。当当前块没有未访问的邻居时,通过栈回溯到上一个未完全探索的块,继续生成迷宫。
代码实现
package mainimport ("image/color""math/rand""os""time""github.com/hajimehoshi/ebiten/v2""github.com/hajimehoshi/ebiten/v2/vector"
)const (N int = 20 // 迷宫的行数和列数BlockSize int = 50 // 每个迷宫块的大小(像素)WindowWidth int = N*BlockSize + 2*int(WW) // 窗口宽度WindowHeight int = N*BlockSize + 2*int(WW) // 窗口高度WW float32 = 2 // 墙的宽度(像素)BS float32 = float32(BlockSize) // 块大小的浮点数表示
)// Pos 结构体表示一个二维坐标
type Pos struct {X, Y int
}// Dirs 数组表示四个可能的移动方向(上、左、右、下)
var Dirs [4]Pos = [4]Pos{Pos{0, -1}, Pos{-1, 0}, Pos{1, 0}, Pos{0, 1}}// Game 结构体表示游戏的状态
type Game struct {T int // 当前已访问的块数P Pos // 当前的位置Walls [N][N][4]bool // 记录每个块的四面墙是否存在IsVis [N][N]bool // 记录每个块是否被访问过Stack []Pos // 栈,用于记录访问路径
}// Update 是 Ebiten 游戏循环中的更新函数,每一帧调用一次
func (g *Game) Update() error {SystemFunction() // 处理系统功能(如退出)if g.T < N*N { // 如果还有未访问的块g.Next() // 生成下一个块}return nil
}// Draw 是 Ebiten 游戏循环中的绘制函数,每一帧调用一次
func (g *Game) Draw(screen *ebiten.Image) {g.DrawWalls(screen) // 绘制迷宫的墙
}// Layout 设置游戏窗口的布局
func (g *Game) Layout(outsideWidth, outsideHeight int) (int, int) {return outsideWidth, outsideHeight
}func main() {ebiten.SetWindowTitle("maze") // 设置窗口标题ebiten.SetWindowSize(WindowWidth, WindowHeight) // 设置窗口大小game := &Game{P: Pos{rand.Intn(N), rand.Intn(N)}, // 随机选择一个起始位置Stack: make([]Pos, 0), // 初始化栈}if err := ebiten.RunGame(game); err != nil { // 运行游戏panic(err)}
}// SystemFunction 处理系统功能,如退出游戏
func SystemFunction() {if ebiten.IsKeyPressed(ebiten.KeyEscape) { // 如果按下 ESC 键os.Exit(0) // 退出程序}
}// DrawWalls 绘制迷宫的墙
func (g *Game) DrawWalls(screen *ebiten.Image) {if g.T < N*N { // 如果还有未访问的块// 绘制当前块的位置(红色方块)vector.DrawFilledRect(screen, float32(g.P.X)*BS, float32(g.P.Y)*BS, BS, BS, color.RGBA{255, 0, 0, 255}, true)}// 遍历所有块,绘制墙for i := 0; i < N; i++ {for j := 0; j < N; j++ {if !g.Walls[i][j][0] { // 如果上墙存在vector.DrawFilledRect(screen, float32(i)*BS, float32(j)*BS, BS, WW, color.White, true)}if !g.Walls[i][j][1] { // 如果左墙存在vector.DrawFilledRect(screen, float32(i)*BS, float32(j)*BS, WW, BS, color.White, true)}if !g.Walls[i][j][2] { // 如果右墙存在vector.DrawFilledRect(screen, float32(i+1)*BS, float32(j)*BS, WW, BS, color.White, true)}if !g.Walls[i][j][3] { // 如果下墙存在vector.DrawFilledRect(screen, float32(i)*BS, float32(j+1)*BS, BS, WW, color.White, true)}}}
}// Next 生成迷宫的下一个块
func (g *Game) Next() {// check 函数检查给定的坐标是否在迷宫范围内且未被访问过check := func(x, y int) bool {return x >= 0 && x < N && y >= 0 && y < N && !g.IsVis[x][y]}// 标记当前块为已访问if !g.IsVis[g.P.X][g.P.Y] {g.IsVis[g.P.X][g.P.Y] = trueg.T++}// 查找当前块的所有未访问邻居var neighbors []intfor i := 0; i < 4; i++ {if check(g.P.X+Dirs[i].X, g.P.Y+Dirs[i].Y) {neighbors = append(neighbors, i)}}if len(neighbors) > 0 {// 如果有未访问的邻居,随机选择一个方向d := neighbors[rand.Intn(len(neighbors))]g.Stack = append(g.Stack, g.P) // 将当前位置压入栈g.Walls[g.P.X][g.P.Y][d] = true // 打破当前块的墙g.P.X += Dirs[d].X // 移动到邻居块g.P.Y += Dirs[d].Yg.Walls[g.P.X][g.P.Y][3-d] = true // 打破邻居块的对应墙} else if len(g.Stack) > 0 {// 如果没有未访问的邻居,回溯到上一个块g.P = g.Stack[len(g.Stack)-1] // 弹出栈顶元素g.Stack = g.Stack[:len(g.Stack)-1]}
}
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