『navigation_astar』 デモプロジェクトを読む #1

（注）解説記事ではなくただの私的メモです。

godot公式がリンクしてる2D用のデモプロジェクトを読んで勉強。
こちら（github）▶︎https://github.com/godotengine/godot-demo-projects/tree/master/2d

このなかから今回は「navigation_astar」というのを見てみました。
DL場所　▶︎　github ／Godot Asset Library

わからないところは公式のリファレンスとかyoutube動画、あとはchatGPTに聞いたりして確認してます。

↓こういう感じのやつ

●ファイル

●シーン

メインgame.tscnのみ。

●スクリプト

【character.gd】と【pathfind_astar.gd】

【character.gd】

〈メソッド〉
_ready
_process
_unhandled_input
_move_to
_change_state

【処理概要】
①クリックで移動目標地点を決定/ ②タイルマップを使って経路を計算 /③キャラクターが目標地点に向かって移動/ ④移動が完了すると停止

〈メモ〉
_ready
　シーンツリーにノードが追加され、すべての子ノードがロードされたあとに一度だけ実行される。_init( )よりも後、_process( ) や _physics_process( )　よりも前に実行。

_process
　スクリプトがアクティブである間に毎フレーム呼び出されるコールバック関数。ゲームオブジェクトの更新やリアルタイム動作に使われる。
　　　　

enum State { IDLE, FOLLOW }
　　　・列挙型enumを定義。キャラクターの状態 IDLE(待機) FOLLOW(移動)。

@onready
　　　・godot4以降に導入されたアノテーション（コードの動作を変更したり、補助的な情報を与えたりするもの）。@onreadyをつけた変数は、ノードが準備完了（_ready()が実行されるタイミング）になったときに初期化される。
　　　・godot3以前は「onready」が使われてて、4以降でプロジェクトを実行するとエラーになるので、昔のプロジェクトを実行するときは「@」を付け加える。

_click_position クリックした目的地
_path 移動経路
_next_point 現在の移動先

_unhandled_input(event) 　クリック時の処理

_move_to(local_position)　移動処理
「Steering Behavior」というゲームアルゴリズムが使われている。キャラクターが環境に適応しながら滑らかに移動するためのアルゴリズム。単純な直線運動じゃなくリアルな動きを表現できる。
　Steering Behaiviorの特徴「物理的な慣性を考慮・ターゲットに向かって自然に移動・障害物を避ける／追跡する／回避するなどの動作」

１　目標地点に向かう理想の速度 desired_velocityを計算

var desired_velocity = (local_position - position).normalized() ＊ speed

　　・(local_position - position)　現在位置から目標位置への方向ベクトル
　　・.normalized()　　ベクトルを単位ベクトル（長さ１）にする
　　・ ＊ speed 　目標の速度（speed = 200.0）を掛ける

2　現在の速度　_velocityとの差分（ステアリング）を求める

var steering = desired_velocity - _velocity

　　・_velocity はいまの移動速度
　　・desired_velocity - _velocityで「どのくらい方向を修正すべきか（＝ステアリング）を求める
　　・いきなり目標速度にするのではなく、徐々に変化させるための計算

3　ステアリングを考慮して _velocity を更新

_velocity += steering / MASS

　　・MASS（質量）を調整することで、急激な加速や方向転換を防ぐ
　　・キャラクターの動きがスムーズになり、慣性が生まれる

4　位置を更新

position += _velocity ＊ get_process_delta_time()
　　
　　・_velocityにget_process_delta_time( ) （フレームごとの時間差）を掛けてフレームレートに依存しない移動を実現

5　キャラクターの向きを更新

rotation = _velocity.angle()

　　・移動方向にキャラクターの向きを合わせる

6　目標地点に到達したか確認

return position.distance_to(local_position) < ARRIVE_DISTANCE

　　・目標地点に十分近づいたら移動をとめる

_change_state(new_state)　状態の変更

【pathfind_astar.gd】

【処理概要】
① AStarGrid2D初期化、障害物設定/ ②経路計算/③キャラクターが通る道を視覚的に描画（航跡エフェクト）/④クリックで新しい経路を計算しキャラクターを移動

〈メモ〉
・character.gd（キャラクターの移動制御）と連携して、経路の計算をするスクリプト。

・AStarGrid2Dというgodot4で実装されたクラスを使用。
・AStarGrid2DはA＊アルゴリズム（→wiki）というグラフ探索アルゴリズムを使用した、グリッドベースの経路探索を行うためのクラス。
・２Dタイルマップやグリッドベースのゲームで、最適なルート計算をするのに便利。
・NavigationAgent2Dとの違い

【処理詳細】
１　enum Tile{ OBSTACLE, START_POINT, END_POINT }

　TileMap上のタイル識別に使用

　　　Tile.OBSTACLE　　　障害物
　　　Tile.START_POINT　経路の開始地点
　　　Tile.END_POINT　　経路の終点

２　定数の定義
３　変数初期化
４　_ready() astar（経路探索）の初期化

５　_draw()　経路を描画
_pathに探索済みの経路があれば線（draw_line）と円（draw_circle）を描画。経路を視覚的に確認できるようにする。

６ round_localposition( )　

local_positonをタイルの中心に丸める（ローカル座標を最も近いグリッド位置にスナップする）
タイル単位で正確な移動ができるようにする
→キャラクターやオブジェクトの座標をマス目に揃えることで、綺麗に配置できる。

７　is_point_walkable( )　指定位置が歩行可能かを判定
クリックした位置が経路探索エリア内 (is_in_boundsv()) であり、かつ
not _astar.is_point_solid(map_position)（通行可能）なら true を返す

８　clear_path( ) 経路をクリア
_path をクリア
タイルマップから 開始地点 (_start_point) と 終点 (_end_point) を削除
queue_redraw() で _draw() を再実行し、経路の描画を消す

９　find_path(): astarで経路探索
clear_path() で既存の経路を削除
開始地点 (_start_point) と 終点 (_end_point) を設定
astarを使って _path に経路を計算
_path が 空でなければ
開始地点と終点を TileMap に表示
queue_redraw() → _draw() を呼び出し 経路を描画
_path を duplicate() でコピーして返す（参照ではなく新しい配列を返す）

解説動画（あとで見る）

●AStarGrid2D

●Steering Behavior

Steering Behaviorの種類
このプロジェクトでは「Arrive（到達）」を実装してるけど、ほかに種類があるらしい。

Seek（追従） 目標地点に向かって一直線に進む
Flee（逃走） 目標地点から遠ざかる
Arrive（到達） 目標地点に近づくにつれて減速する
Pursue（予測追従） 相手の未来の位置を予測して追いかける
Evade（予測回避） 相手の未来の位置を予測して逃げる
Wander（ランダム移動） ランダムな方向に移動し続ける
Obstacle Avoidance（障害物回避） 障害物を避けながら進む

参考になりそうな記事（あとで読む）

【Godot】AStar2Dを使用した経路探索の実装方法