golang 二维矢量模拟玩家移动

今天拜读徐波老师的《golang从入门到实践》书籍中看到一个小例子，使用golang来实现二维矢量模拟玩家移动。其中介绍在游戏中，一般使用二维矢量保存玩家的位置。使用矢量运算计算玩家移动的位置。觉得很有趣，和大家分享一下。

1 .实现二维矢量结构

　　二维矢量拥有两个方向的信息，同时可以进行加、减、乘（缩放）、距离、单位化等计算。我们先使用拥有 X 和 Y 两个分量的 Vec2 结构体实现这个二维矢量（即数学中向量）的概念。

package main

import (
   "math"
)

// 位置坐标结构体
type Vec2 struct {
   X, Y float32
}

// 使用矢量加上另外一个矢盘，生成新的矢量
func (v Vec2) Add(other Vec2) Vec2 {
   return Vec2{
      v.X + other.X,
      v.Y + other.Y,
   }
}

// 减
func (v Vec2) Sub(other Vec2) Vec2 {
   return Vec2{
      v.X - other.X,
      v.Y - other.Y,
   }
}

// 乘
func (v Vec2) Scale(s float32) Vec2 {
   return Vec2{v.X * s, v.Y * s}
}

// 计算两个矢量的距离
func (v Vec2) DistanceTo(other Vec2) float32 {
   dx := v.X - other.X
   dy := v.Y - other.Y

   return float32(math.Sqrt(float64(dx*dx + dy*dy)))
}

// 返回当前矢量的标准化矢量
func (v Vec2) Normalize() Vec2 {
   mag := v.X*v.X + v.Y*v.Y
   if mag > 0 {
      oneOverMag := 1 / float32(math.Sqrt(float64(mag)))
      return Vec2{v.X * oneOverMag, v.Y * oneOverMag}
   }
   return Vec2{0, 0}
}

2 .实现玩家对象

　　(1) 使用矢量减法，将目标位置（ targetPos ）减去当前位置（ currPos ）即可计算出位于两个位置之间的新矢量。

　　(2)使用 Nonnalize() 方法将方向矢量变为模(长度)为1的单位化矢量。这里需要将矢量单位化后才能进行后续计算。

　　(3)获得方向后，将单位化方向矢量根据速度进行等比缩放，速度越快，速度数值越大，乘上方向后生成的矢量就越长（模很大）。

　　（4) 将缩放后的方向添加到当前位置后形成新的位置。

// 玩家
type Player struct {
   currPos   Vec2     //当前位置
   targetPos Vec2     //目标位置
   speed     float32  //移动速度
}

// 设置玩家移动的目标位置
func (p *Player) MoveTo(v Vec2) {
   p.targetPos = v
}

// 玩家当前位置
func (p *Player) Pos() Vec2 {
   return p.currPos
}

// 是否到达目的地
func (p *Player) IsArrived() bool {
   // 通过计算当前玩家位置与目标位置的距离不超过移动的步长，判断已经到达目标点
   return p.currPos.DistanceTo(p.targetPos) < p.speed
}

// 更新玩家的位置
func (p *Player) Update() {
   if !p.IsArrived() {
      // 计算当前位置指向目标的朝向
      dir := p.targetPos.Sub(p.currPos).Normalize()
      // 添加速度矢量生成新的位置
      newPos := p.currPos.Add(dir.Scale(p.speed))
      // 移动完成后，更新当前位置
      p.currPos = newPos
   }
}

// 创建新玩家
func NewPlayer(speed float32) *Player {
   return &Player{
      speed: speed,
   }
}

func main() {
   p := NewPlayer(0.5)
   p.MoveTo(Vec2{3, 5})

   for !p.IsArrived() {
      p.Update()
      fmt.Println(p.Pos())
   }
}

运行结果：

{0.2572479 0.4287465}
{0.5144958 0.8574929}
{0.77174366 1.2862394}
{1.0289915 1.7149858}
{1.2862394 2.1437323}
{1.5434873 2.5724788}
{1.8007352 3.0012252}
{2.0579832 3.4299717}
{2.315231 3.8587182}
{2.572479 4.2874646}
{2.8297267 4.7162113}

总结：

　　首先我们实现一个矢量结构 Vec2 来保存玩家的位置坐标，并为这个结构定义了加、减、乘、单位化方法。使用这一系列矢量运算计算出玩家移动的位置。

　　然后我们实现一个玩家对象，定义玩家的当前位置、目标位置和速度属性，为这个对象实现操作她的方法，比如设置目的地，更新位置等来模拟玩家的移动。　

　　在更新玩家位置逻辑中计算当前位置指向目标的朝向时，先将两矢量相减获得指向被减矢量的新矢量。然后将新矢量使用 Normalize（）方法单位化。最终返回的 dir 矢量就是移动方向(因为单位化后模为1)。这个dir矢量和速度属性配合计算玩家移动后的新位置。

　　在IsArrived方法中判断玩家是否到达目标点。玩家每次移动的半径就是速度（ speed ），因此，如果当前位置与目标点的距离小于速度，表示己经非常靠近目标，可以视为到达目标。