MazeViewer

• 该项目无特殊情况不会再更新核心代码

开发背景

• 数据结构作业: 基于搜索技术的迷宫寻路系统
• 在演示算法运行步骤的环节, 想到可以用Unity来进行3D的迷宫展示. 开发者有一定的技术基础的条件下, 可以较容易地实现算法分步展示

使用说明

• 基本操作
  • 左上角输入迷宫文件路径和搜索结果文件路径, 点击 "加载迷宫" 加载
  • 使用 WASD 和方向键控制移动, 鼠标拖动视角, 空格键上升, Shift键下降
  • 点击右下角的切换按钮切换到正交模式(平行俯视视角), WASD 和方向键控制移动, 鼠标拖动画面, 滚轮缩放
  • 上方的进度条可以显示和控制搜索进度
  • 最外侧两个按钮分别是倒放和正放, 多次点击可加速 (每次加速到原来的两倍)
  • 次外层两个按钮分别是上一步和下一步
  • 在自动倒放或正放时, 中间的按钮可以停止自动播放
• 进程间通信
  • 迷宫编辑器会自动通过套接字(默认是在25565端口使用的TCP连接)连接到本程序, 编辑器更新时触发本程序重新加载迷宫
    • 注: 仅能通过ZMQ进行通信, 该库在TCP的基础上进行了复杂的操作, 难以用原始的套接字进行模拟

实现细节

运行/开发环境

• 使用 Unity 2019.4.3f1 开发, 需要与 MazeEditor(暂未上传到GitHub) 及其附带的相关生成算法搭配使用
• 支持的平台: 目前仅确认 Windows 10 可以正常运行, 而移动端的操作逻辑未实现
• 使用 NetMQ 实现套接字通信, 通过VS自动复制导出nuget包的功能获取所需要的完整的dll链接库

性能优化

• 在生成迷宫时, 利用自己实现搭的Unity轮子中的 GameObject 对象池节约 GC 的消耗, 在反复加载迷宫的情景可以节约大部分的加载时间
• 由于所有墙面在演示算法的过程中是完全静态的, 因此在加载时将所有网格合并为整体, 可以大幅减少 DrawCall 数量
  • 但是在方块数极多时, 网格会突然无法正常渲染. 因此在循环中加入了相关的判断来将方块分组, 分到不同的合并网格中
  • 另一方面, 在搜索过程中, 尽管地面可以反复变化, 但实际上也是相对静态的物体. 可以考虑将整个迷宫划分为规整的多个区块, 将同种材质的地面划入同一个网格中, 每次地面变化时再更新合并网格. 目前项目中并未实现
  • 某些情况下场景中可能会有较多的粒子系统. 但目前未观察到明显的性能下降, 故不考虑
• 场景中大量的 3DText 会显著提高CPU占用率. 使用文本到摄像头的距离来筛选过远的文本, 将其剔除.
  • 显然使用曼哈顿距离比欧氏距离性能更佳
  • 由于需要每帧检测摄像头的方向来使文本旋转到正确的方向. 因此将这一计算操作移动到一个单例进行处理, 只有当角度变化超过阈值时才会触发全局的显示文本旋转
    • 使用一个哈希表(HashSet<T>)来记录当前活跃的文本, 只有 active 的文本需要考虑文本旋转, 在反复变换状态时, 哈希表的插入、查找、删除时间复杂度为 O(1), 这样可以避免一次调用过多的文本
    • 实际检测发现, 单例检测是否旋转并没有带来明显的性能提升, 因为未显示的文本仍然需要反复 Update() 来检测与摄像机的距离, 这一部分计算并没有消除.
• 进度条的拖动原本会导致大量的协程生成与停止, 因为在 v1.2.0 之前的所有地面状态变化的动画使用协程, 而每次更新都会导致动画的开/闭
  • 优化方案是把动画更新的具体操作延迟到下一帧. 这样当前帧的所有进度的变化都不涉及任何具体 Unity 的 API
  • 优化后, 进度条的任何变化消耗时间下降了若干数量级