国际跳棋：基于数学模型与AI策略的棋类游戏设计
本文介绍了基于Unity引擎的国际跳棋游戏开发方法，重点阐述了游戏设计中的数学模型与AI策略实现。文章首先概述了国际跳棋的规则特点及其在AI研究中的重要性，随后详细解析了棋盘数据表示、棋子移动规则、游戏状态评估等核心算法。开发过程中采用一维数组表示棋盘，通过向量计算实现移动规则，并运用极小极大算法构建AI决策系统，结合Alpha-Beta剪枝优化性能。文章还涵盖了游戏流程控制、UI交互设计以及高级
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国际跳棋：基于数学模型与AI策略的棋类游戏设计
17.1 国际跳棋概述
国际跳棋是一种历史悠久的智力棋类游戏，起源可追溯到12世纪的法国南部。与中国象棋、国际象棋等其他棋类游戏相比，国际跳棋的规则相对简单，但策略却极为深奥，尤其是在计算机AI领域，它一直是人工智能研究的重要对象之一。
在Unity游戏开发中，实现一个跳棋游戏不仅可以帮助开发者理解棋类游戏的基本构造，还能掌握回合制游戏的核心机制、状态管理以及AI决策算法。本章将详细介绍如何使用Unity 2021.3.8f1c1引擎开发一个完整的国际跳棋游戏，包括棋盘生成、棋子移动规则实现、游戏胜负判断以及基础AI策略。
国际跳棋使用10×10的棋盘，每方各有20枚棋子，初始排列在棋盘的黑色方格上。游戏的核心规则包括普通移动和吃子移动，当一方的所有棋子被吃光或无法移动时，游戏结束。由于规则相对直观，但策略复杂多变，它既适合初学者入门，又能为有经验的游戏开发者提供足够的挑战。
在本章中，我们将从数学模型的角度出发，探讨棋盘表示、棋子移动的向量计算、吃子判定的逻辑运算，以及游戏状态评估的数学方法，最终实现一个既有趣又具有挑战性的跳棋游戏。
17.2 游戏规则详解
在进入具体的开发环节前，我们需要先深入理解国际跳棋的规则，这将直接影响到我们的代码设计和实现。
17.2.1 棋盘与棋子
国际跳棋使用10×10的方格棋盘，共100个格子，但只有50个黑色格子用于下棋。棋盘摆放时，每位玩家右手边的底角必须是黑色的。
每方初始各有20枚棋子，黑方棋子通常为黑色，白方棋子通常为白色或红色。棋子最初排列在各自阵营的黑色格子上，占据前三排共20个格子。
17.2.2 棋子的移动规则
国际跳棋的移动规则可分为以下几种情况：
-
普通移动：棋子只能沿对角线向前移动到相邻的空白格子上。
-
吃子移动：
- 如果对方的棋子在你的棋子相邻对角线上，而该对方棋子后方的对角线格子为空，则你可以跳过对方的棋子到达该空格子，同时吃掉对方的棋子。
- 吃子后，如果可以继续吃其他棋子，则必须继续吃，称为"连吃"。
- 在有吃子机会时，玩家必须吃子，不能选择普通移动。
-
升王规则：
- 当一枚普通棋子到达对方底线时，它将升级为"王"。
- 王可以沿对角线向前或向后移动任意距离（只要路径上没有其他棋子阻挡）。
- 王吃子时也可以跳到被吃棋子后方任意距离的空格上（只要路径畅通）。
-
胜负判定：
- 一方的所有棋子被吃光，则该方输棋。
- 一方无法移动（被封闭），则该方输棋。
- 双方同意和棋，则游戏平局。
以上规则构成了国际跳棋的基本框架，在实现过程中，我们需要将这些规则转化为明确的数学模型和算法逻辑。
17.3 开发策略与数学模型
17.3.1 棋盘数据表示与索引系统
在计算机中表示跳棋棋盘时，我们可以使用多种数据结构。最直观的方法是使用二维数组，但考虑到跳棋只在黑色格子上移动，我们可以采用一种更高效的表示方法：一维数组加索引映射。
首先，我们给每个黑色格子分配一个唯一的索引，从0到49，如下图所示：
apache
0 1 2 3 4
5 6 7 8 9
10 11 12 13 14
15 16 17 18 19
20 21 22 23 24
25 26 27 28 29
30 31 32 33 34
35 36 37 38 39
40 41 42 43 44
45 46 47 48 49
这样，我们只需要一个长度为50的一维数组就可以表示整个棋盘状态：
csharp
public enum PieceType
{
Empty = 0,
White = 1,
Black = 2,
WhiteKing = 3,
BlackKing = 4
}
public class CheckerBoard
{
private PieceType[] board;
public CheckerBoard()
{
board = new PieceType[50];
InitializeBoard();
}
private void InitializeBoard()
{
// 初始化白方棋子（索引0-19）
for (int i = 0; i < 20; i++)
{
board[i] = PieceType.White;
}
// 中间区域为空（索引20-29）
for (int i = 20; i < 30; i++)
{
board[i] = PieceType.Empty;
}
// 初始化黑方棋子（索引30-49）
for (int i = 30; i < 50; i++)
{
board[i] = PieceType.Black;
}
}
// 获取指定位置的棋子类型
public PieceType GetPiece(int index)
{
if (index >= 0 && index < 50)
{
return board[index];
}
return PieceType.Empty; // 超出范围返回空
}
// 设置指定位置的棋子类型
public void SetPiece(int index, PieceType piece)
{
if (index >= 0 && index < 50)
{
board[index] = piece;
}
}
}
这种表示方法虽然在视觉上不如二维数组直观，但对于计算棋子移动和判断规则来说更为高效，因为它直接对应了棋盘上的有效位置。
17.3.2 位置映射与坐标转换
为了在视觉上更容易理解和在Unity中正确显示棋盘，我们需要建立索引与实际坐标之间的转换关系。以下是一种可能的实现方式：
csharp
public static class BoardUtils
{
// 将一维索引转换为二维坐标
public static Vector2Int IndexToCoordinate(int index)
{
int row = index / 5;
int col = index % 5 * 2 + (row % 2 == 0 ? 1 : 0);
return new Vector2Int(col, row);
}
// 将二维坐标转换为一维索引
public static int CoordinateToIndex(Vector2Int coordinate)
{
int x = coordinate.x;
int y = coordinate.y;
if ((y % 2 == 0 && x % 2 == 1) || (y % 2 == 1 && x % 2 == 0))
{
int col = x / 2;
if (y % 2 == 1)
{
col = (x - 1) / 2;
}
return y * 5 + col;
}
return -1; // 无效坐标（非黑色格子）
}
// 检查一个位置是否有效
public static bool IsValidPosition(int index)
{
return index >= 0 && index < 50;
}
// 检查一个坐标是否有效
public static bool IsValidCoordinate(Vector2Int coordinate)
{
int x = coordinate.x;
int y = coordinate.y;
if (x < 0 || x > 9 || y < 0 || y > 9)
{
return false;
}
// 检查是否是黑色格子
return (y % 2 == 0 && x % 2 == 1) || (y % 2 == 1 && x % 2 == 0);
}
// 获取两个位置之间的方向
public static Vector2Int GetDirection(int fromIndex, int toIndex)
{
Vector2Int fromCoord = IndexToCoordinate(fromIndex);
Vector2Int toCoord = IndexToCoordinate(toIndex);
return new Vector2Int(
(toCoord.x - fromCoord.x) / Math.Abs(toCoord.x - fromCoord.x),
(toCoord.y - fromCoord.y) / Math.Abs(toCoord.y - fromCoord.y)
);
}
}
通过这些工具方法，我们可以轻松地在索引系统和坐标系统之间进行转换，这对于处理棋子移动和游戏逻辑非常有帮助。
17.3.3 棋子移动的向量表示
在跳棋中，棋子的移动可以用向量来表示。对于普通棋子，可能的移动方向是有限的：
- 白棋：可以向下移动（对应于索引增加）
- 黑棋：可以向上移动（对应于索引减少）
而对于王棋，则可以在任何对角线方向上移动。我们可以用以下代码定义这些移动向量：
csharp
public static class MoveDirections
{
// 白棋可能的移动方向
public static readonly int[] WhiteDirections = { 5, 6 };
// 黑棋可能的移动方向
public static readonly int[] BlackDirections = { -5, -6 };
// 王棋可能的移动方向
public static readonly int[] KingDirections = { 5, 6, -5, -6 };
// 获取普通棋子的可能移动方向
public static int[] GetDirectionsForPiece(PieceType piece)
{
switch (piece)
{
case PieceType.White:
return WhiteDirections;
case PieceType.Black:
return BlackDirections;
case PieceType.WhiteKing:
case PieceType.BlackKing:
return KingDirections;
default:
return new int[0];
}
}
// 检查移动是否是吃子移动
public static bool IsJumpMove(int fromIndex, int toIndex)
{
// 计算索引差值的绝对值
int diff = Math.Abs(toIndex - fromIndex);
// 吃子移动的差值是普通移动的两倍
return diff == 10 || diff == 12;
}
// 获取跳跃中被吃的棋子位置
public static int GetJumpedPieceIndex(int fromIndex, int toIndex)
{
if (!IsJumpMove(fromIndex, toIndex))
{
return -1;
}
// 计算两个位置的中间位置
Vector2Int fromCoord = BoardUtils.IndexToCoordinate(fromIndex);
Vector2Int toCoord = BoardUtils.IndexToCoordinate(toIndex);
Vector2Int middleCoord = new Vector2Int(
(fromCoord.x + toCoord.x) / 2,
(fromCoord.y + toCoord.y) / 2
);
return BoardUtils.CoordinateToIndex(middleCoord);
}
}
这些函数帮助我们计算棋子的可能移动方向以及判断移动是否合法。在实际游戏逻辑中，我们将使用这些函数来生成所有可能的移动并验证玩家的输入。
17.3.4 计算有效移动的数学算法
在跳棋游戏中，计算有效移动是核心功能之一。我们需要考虑普通移动、吃子移动以及连续吃子的情况。以下是一个计算所有有效移动的算法：
csharp
public class MoveGenerator
{
private CheckerBoard board;
public MoveGenerator(CheckerBoard board)
{
this.board = board;
}
// 获取所有可能的有效移动
public List<Move> GenerateAllMoves(PieceType playerType)
{
List<Move> allMoves = new List<Move>();
List<Move> jumpMoves = new List<Move>();
// 遍历棋盘查找属于当前玩家的棋子
for (int i = 0; i < 50; i++)
{
PieceType piece = board.GetPiece(i);
// 检查是否是当前玩家的棋子
if (IsPlayerPiece(piece, playerType))
{
// 先检查吃子移动
List<Move> pieceJumpMoves = GenerateJumpMovesForPiece(i);
jumpMoves.AddRange(pieceJumpMoves);
// 如果没有吃子移动，再检查普通移动
if (pieceJumpMoves.Count == 0)
{
allMoves.AddRange(GenerateNormalMovesForPiece(i));
}
}
}
// 如果有吃子移动，必须吃子
if (jumpMoves.Count > 0)
{
return jumpMoves;
}
return allMoves;
}
// 为指定棋子生成所有普通移动
private List<Move> GenerateNormalMovesForPiece(int index)
{
List<Move> moves = new List<Move>();
PieceType piece = board.GetPiece(index);
// 获取该棋子可能的移动方向
int[] directions = MoveDirections.GetDirectionsForPiece(piece);
foreach (int dir in directions)
{
int newIndex = index + dir;
// 检查新位置是否有效且为空
if (BoardUtils.IsValidPosition(newIndex) && board.GetPiece(newIndex) == PieceType.Empty)
{
// 创建移动对象
Move move = new Move
{
FromIndex = index,
ToIndex = newIndex,
IsJump = false,
JumpedPieces = new List<int>()
};
moves.Add(move);
}
}
return moves;
}
// 为指定棋子生成所有吃子移动
private List<Move> GenerateJumpMovesForPiece(int index)
{
List<Move> moves = new List<Move>();
PieceType piece = board.GetPiece(index);
// 递归查找所有可能的连续吃子
FindJumpMovesRecursive(index, new Move
{
FromIndex = index,
ToIndex = index,
IsJump = true,
JumpedPieces = new List<int>()
}, moves);
return moves;
}
// 递归查找连续吃子
private void FindJumpMovesRecursive(int currentIndex, Move currentMove, List<Move> moves)
{
PieceType piece = board.GetPiece(currentMove.FromIndex);
// 获取该棋子可能的移动方向
int[] directions = MoveDirections.GetDirectionsForPiece(piece);
bool foundJump = false;
foreach (int dir in directions)
{
// 计算跳跃后的位置（跳过一个棋子）
int jumpedIndex = currentIndex + dir;
int landingIndex = jumpedIndex + dir;
// 检查跳跃和落地位置是否有效
if (!BoardUtils.IsValidPosition(jumpedIndex) || !BoardUtils.IsValidPosition(landingIndex))
{
continue;
}
// 检查被跳过的位置是否有对方棋子
PieceType jumpedPiece = board.GetPiece(jumpedIndex);
if (!IsOpponentPiece(jumpedPiece, piece))
{
continue;
}
// 检查落地位置是否为空
if (board.GetPiece(landingIndex) != PieceType.Empty)
{
continue;
}
// 检查是否已经跳过这个棋子
if (currentMove.JumpedPieces.Contains(jumpedIndex))
{
continue;
}
// 创建新的移动记录
Move newMove = new Move
{
FromIndex = currentMove.FromIndex,
ToIndex = landingIndex,
IsJump = true,
JumpedPieces = new List<int>(currentMove.JumpedPieces)
};
newMove.JumpedPieces.Add(jumpedIndex);
// 递归查找更多可能的跳跃
foundJump = true;
// 暂时移除被吃的棋子，以检查进一步的跳跃
PieceType originalJumpedPiece = board.GetPiece(jumpedIndex);
board.SetPiece(jumpedIndex, PieceType.Empty);
FindJumpMovesRecursive(landingIndex, newMove, moves);
// 恢复被吃的棋子
board.SetPiece(jumpedIndex, originalJumpedPiece);
}
// 如果没有找到更多跳跃，且当前移动包含至少一次跳跃，则添加这个移动
if (!foundJump && currentMove.JumpedPieces.Count > 0)
{
moves.Add(currentMove);
}
}
// 检查是否是玩家的棋子
private bool IsPlayerPiece(PieceType piece, PieceType playerType)
{
if (playerType == PieceType.White)
{
return piece == PieceType.White || piece == PieceType.WhiteKing;
}
else if (playerType == PieceType.Black)
{
return piece == PieceType.Black || piece == PieceType.BlackKing;
}
return false;
}
// 检查是否是对方的棋子
private bool IsOpponentPiece(PieceType piece, PieceType playerPiece)
{
if (playerPiece == PieceType.White || playerPiece == PieceType.WhiteKing)
{
return piece == PieceType.Black || piece == PieceType.BlackKing;
}
else if (playerPiece == PieceType.Black || playerPiece == PieceType.BlackKing)
{
return piece == PieceType.White || piece == PieceType.WhiteKing;
}
return false;
}
}
// 移动记录类
public class Move
{
public int FromIndex { get; set; } // 起始位置
public int ToIndex { get; set; } // 目标位置
public bool IsJump { get; set; } // 是否是跳跃移动
public List<int> JumpedPieces { get; set; } // 被跳过(吃掉)的棋子位置
public override string ToString()
{
return $"Move from {FromIndex} to {ToIndex}, Jump: {IsJump}, Jumped: {string.Join(",", JumpedPieces)}";
}
}
这个移动生成器能够计算出当前玩家所有可能的移动，包括普通移动和吃子移动。它使用递归算法来处理连续吃子的情况，确保玩家必须进行最大化的连续吃子。
17.3.5 博弈树与极小极大算法
要实现AI玩家，我们需要评估不同移动的价值并选择最优移动。极小极大算法（Minimax Algorithm）是棋类游戏AI中最基础的算法之一。它通过构建博弈树，交替假设双方都会做出最优决策来评估每一步可能的移动。
以下是极小极大算法的基本实现：
csharp
public class MinimaxAI
{
private CheckerBoard board;
private MoveGenerator moveGenerator;
private PieceType aiPlayer;
private int maxDepth;
public MinimaxAI(CheckerBoard board, PieceType aiPlayer, int maxDepth = 4)
{
this.board = board;
this.moveGenerator = new MoveGenerator(board);
this.aiPlayer = aiPlayer;
this.maxDepth = maxDepth;
}
// 选择最佳移动
public Move ChooseBestMove()
{
List<Move> possibleMoves = moveGenerator.GenerateAllMoves(aiPlayer);
if (possibleMoves.Count == 0)
{
return null; // 无可用移动
}
Move bestMove = null;
int bestValue = int.MinValue;
foreach (Move move in possibleMoves)
{
// 尝试移动
ApplyMove(move);
// 评估移动后的局面
int value = Minimax(maxDepth - 1, false, int.MinValue, int.MaxValue);
// 撤销移动
UndoMove(move);
if (value > bestValue)
{
bestValue = value;
bestMove = move;
}
}
return bestMove;
}
// 极小极大算法实现
private int Minimax(int depth, bool isMaximizingPlayer, int alpha, int beta)
{
// 达到搜索深度或游戏结束，评估局面
if (depth == 0 || IsGameOver())
{
return EvaluateBoard();
}
// 确定当前玩家
PieceType currentPlayer = isMaximizingPlayer ? aiPlayer : GetOpponentType(aiPlayer);
// 生成所有可能的移动
List<Move> possibleMoves = moveGenerator.GenerateAllMoves(currentPlayer);
// 如果没有可用移动，则当前玩家输掉比赛
if (possibleMoves.Count == 0)
{
return isMaximizingPlayer ? int.MinValue : int.MaxValue;
}
if (isMaximizingPlayer)
{
int maxEval = int.MinValue;
foreach (Move move in possibleMoves)
{
// 尝试移动
ApplyMove(move);
// 递归评估
int eval = Minimax(depth - 1, false, alpha, beta);
// 撤销移动
UndoMove(move);
maxEval = Math.Max(maxEval, eval);
alpha = Math.Max(alpha, eval);
// Alpha-Beta剪枝
if (beta <= alpha)
{
break;
}
}
return maxEval;
}
else
{
int minEval = int.MaxValue;
foreach (Move move in possibleMoves)
{
// 尝试移动
ApplyMove(move);
// 递归评估
int eval = Minimax(depth - 1, true, alpha, beta);
// 撤销移动
UndoMove(move);
minEval = Math.Min(minEval, eval);
beta = Math.Min(beta, eval);
// Alpha-Beta剪枝
if (beta <= alpha)
{
break;
}
}
return minEval;
}
}
// 评估当前局面
private int EvaluateBoard()
{
int score = 0;
for (int i = 0; i < 50; i++)
{
PieceType piece = board.GetPiece(i);
switch (piece)
{
case PieceType.White:
score += aiPlayer == PieceType.White ? 1 : -1;
// 距离对方底线越近越好
score += aiPlayer == PieceType.White ? i / 5 : 0;
break;
case PieceType.Black:
score += aiPlayer == PieceType.Black ? 1 : -1;
// 距离对方底线越近越好
score += aiPlayer == PieceType.Black ? (9 - i / 5) : 0;
break;
case PieceType.WhiteKing:
score += aiPlayer == PieceType.White ? 3 : -3;
break;
case PieceType.BlackKing:
score += aiPlayer == PieceType.Black ? 3 : -3;
break;
}
}
return score;
}
// 应用移动
private void ApplyMove(Move move)
{
PieceType piece = board.GetPiece(move.FromIndex);
// 移动棋子
board.SetPiece(move.FromIndex, PieceType.Empty);
board.SetPiece(move.ToIndex, piece);
// 移除被吃的棋子
foreach (int jumpedIndex in move.JumpedPieces)
{
board.SetPiece(jumpedIndex, PieceType.Empty);
}
// 检查是否需要升王
CheckPromotion(move.ToIndex);
}
// 撤销移动
private void UndoMove(Move move)
{
PieceType piece = board.GetPiece(move.ToIndex);
// 移动棋子回原位
board.SetPiece(move.ToIndex, PieceType.Empty);
board.SetPiece(move.FromIndex, piece);
// 恢复被吃的棋子
foreach (int jumpedIndex in move.JumpedPieces)
{
// 确定被吃棋子的类型
PieceType jumpedPiece;
if (piece == PieceType.White || piece == PieceType.WhiteKing)
{
jumpedPiece = (board.GetPiece(jumpedIndex) == PieceType.Empty) ? PieceType.Black : PieceType.BlackKing;
}
else
{
jumpedPiece = (board.GetPiece(jumpedIndex) == PieceType.Empty) ? PieceType.White : PieceType.WhiteKing;
}
board.SetPiece(jumpedIndex, jumpedPiece);
}
// 处理可能的降王（如果之前是升王操作）
// 注意：这里简化处理，实际可能需要更复杂的逻辑
}
// 检查是否需要升王
private void CheckPromotion(int index)
{
PieceType piece = board.GetPiece(index);
int row = index / 5;
if (piece == PieceType.White && row == 9)
{
board.SetPiece(index, PieceType.WhiteKing);
}
else if (piece == PieceType.Black && row == 0)
{
board.SetPiece(index, PieceType.BlackKing);
}
}
// 检查游戏是否结束
private bool IsGameOver()
{
bool hasWhite = false;
bool hasBlack = false;
for (int i = 0; i < 50; i++)
{
PieceType piece = board.GetPiece(i);
if (piece == PieceType.White || piece == PieceType.WhiteKing)
{
hasWhite = true;
}
else if (piece == PieceType.Black || piece == PieceType.BlackKing)
{
hasBlack = true;
}
if (hasWhite && hasBlack)
{
break;
}
}
return !hasWhite || !hasBlack;
}
// 获取对手类型
private PieceType GetOpponentType(PieceType playerType)
{
return playerType == PieceType.White ? PieceType.Black : PieceType.White;
}
}
这个极小极大算法实现了基本的AI决策逻辑，包括深度限制和Alpha-Beta剪枝优化。AI会根据当前局面评估所有可能的移动，并选择对自己最有利的一步。
17.3.6 游戏状态评估函数
在跳棋AI中，状态评估函数是决定AI强弱的关键因素之一。一个好的评估函数应该考虑多种因素，比如棋子数量、位置、控制区域等。以下是一个更加复杂的评估函数：
csharp
public class AdvancedEvaluator
{
// 棋子基本价值
private static readonly int PAWN_VALUE = 1;
private static readonly int KING_VALUE = 3;
// 位置价值（中心和底线更有价值）
private static readonly int[] POSITION_VALUES = new int[50]
{
3, 3, 3, 3, 3,
2, 2, 2, 2, 2,
2, 3, 3, 3, 2,
2, 2, 3, 2, 2,
1, 2, 2, 2, 1,
1, 2, 2, 2, 1,
2, 2, 3, 2, 2,
2, 3, 3, 3, 2,
2, 2, 2, 2, 2,
3, 3, 3, 3, 3
};
// 评估当前局面
public static int EvaluateBoard(CheckerBoard board, PieceType aiPlayer)
{
int score = 0;
int whitePieces = 0;
int blackPieces = 0;
int whiteKings = 0;
int blackKings = 0;
// 计算棋子数量和位置价值
for (int i = 0; i < 50; i++)
{
PieceType piece = board.GetPiece(i);
switch (piece)
{
case PieceType.White:
whitePieces++;
score += aiPlayer == PieceType.White ? PAWN_VALUE * POSITION_VALUES[i] : -PAWN_VALUE * POSITION_VALUES[i];
break;
case PieceType.Black:
blackPieces++;
score += aiPlayer == PieceType.Black ? PAWN_VALUE * POSITION_VALUES[i] : -PAWN_VALUE * POSITION_VALUES[i];
break;
case PieceType.WhiteKing:
whiteKings++;
score += aiPlayer == PieceType.White ? KING_VALUE * POSITION_VALUES[i] : -KING_VALUE * POSITION_VALUES[i];
break;
case PieceType.BlackKing:
blackKings++;
score += aiPlayer == PieceType.Black ? KING_VALUE * POSITION_VALUES[i] : -KING_VALUE * POSITION_VALUES[i];
break;
}
}
// 棋子数量优势
int whiteTotalValue = whitePieces + whiteKings * 3;
int blackTotalValue = blackPieces + blackKings * 3;
if (aiPlayer == PieceType.White)
{
score += (whiteTotalValue - blackTotalValue) * 2;
}
else
{
score += (blackTotalValue - whiteTotalValue) * 2;
}
// 控制中心区域的奖励
score += EvaluateCenterControl(board, aiPlayer);
// 底线防守的奖励
score += EvaluateBackRowDefense(board, aiPlayer);
// 攻击性的奖励（靠近对方底线）
score += EvaluateOffensivePosition(board, aiPlayer);
return score;
}
// 评估中心控制
private static int EvaluateCenterControl(CheckerBoard board, PieceType aiPlayer)
{
int score = 0;
int[] centerIndices = { 16, 17, 18, 21, 22, 23, 26, 27, 28 };
foreach (int index in centerIndices)
{
PieceType piece = board.GetPiece(index);
if (piece == PieceType.White || piece == PieceType.WhiteKing)
{
score += aiPlayer == PieceType.White ? 1 : -1;
}
else if (piece == PieceType.Black || piece == PieceType.BlackKing)
{
score += aiPlayer == PieceType.Black ? 1 : -1;
}
}
return score;
}
// 评估底线防守
private static int EvaluateBackRowDefense(CheckerBoard board, PieceType aiPlayer)
{
int score = 0;
if (aiPlayer == PieceType.White)
{
// 白方底线是索引0-4
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
PieceType piece = board.GetPiece(i);
if (piece == PieceType.White || piece == PieceType.WhiteKing)
{
score += 1;
}
}
}
else
{
// 黑方底线是索引45-49
for (int i = 45; i < 50; i++)
{
PieceType piece = board.GetPiece(i);
if (piece == PieceType.Black || piece == PieceType.BlackKing)
{
score += 1;
}
}
}
return score;
}
// 评估进攻位置
private static int EvaluateOffensivePosition(CheckerBoard board, PieceType aiPlayer)
{
int score = 0;
if (aiPlayer == PieceType.White)
{
// 白方进攻区域是靠近黑方底线的位置
for (int i = 30; i < 50; i++)
{
PieceType piece = board.GetPiece(i);
if (piece == PieceType.White)
{
// 普通棋子越靠近底线越好
score += (i / 5) - 3;
}
else if (piece == PieceType.WhiteKing)
{
// 王棋在进攻区域也有价值
score += 1;
}
}
}
else
{
// 黑方进攻区域是靠近白方底线的位置
for (int i = 0; i < 20; i++)
{
PieceType piece = board.GetPiece(i);
if (piece == PieceType.Black)
{
// 普通棋子越靠近底线越好
score += 3 - (i / 5);
}
else if (piece == PieceType.BlackKing)
{
// 王棋在进攻区域也有价值
score += 1;
}
}
}
return score;
}
}
这个评估函数考虑了多个因素，包括棋子数量、位置价值、控制中心区域、底线防守以及进攻位置等。通过平衡这些因素的权重，可以使AI做出更加合理的决策。
17.3.7 游戏流程控制
最后，我们需要一个游戏管理器来协调整个游戏流程，处理玩家输入，更新游戏状态，并与UI系统交互：
csharp
public class GameManager : MonoBehaviour
{
// 游戏状态
public enum GameState
{
WaitingForPlayerMove,
PlayerMoving,
AiTurn,
GameOver
}
// 当前游戏状态
private GameState currentState;
// 棋盘和游戏组件
private CheckerBoard board;
private MoveGenerator moveGenerator;
private MinimaxAI ai;
// UI引用
public BoardUI boardUI;
public GameObject gameOverPanel;
public Text winnerText;
// 当前玩家
private PieceType currentPlayer;
// 选中的棋子和可能的移动
private int selectedPieceIndex = -1;
private List<Move> possibleMoves;
// 初始化
void Start()
{
InitializeGame();
}
// 初始化游戏
private void InitializeGame()
{
// 创建棋盘
board = new CheckerBoard();
// 创建移动生成器
moveGenerator = new MoveGenerator(board);
// 创建AI
ai = new MinimaxAI(board, PieceType.Black, 4);
// 设置初始状态
currentState = GameState.WaitingForPlayerMove;
currentPlayer = PieceType.White; // 玩家总是白方
// 隐藏游戏结束面板
gameOverPanel.SetActive(false);
// 更新UI
UpdateUI();
}
// 更新
void Update()
{
switch (currentState)
{
case GameState.WaitingForPlayerMove:
HandlePlayerInput();
break;
case GameState.AiTurn:
StartCoroutine(PerformAiMove());
break;
case GameState.GameOver:
// 游戏结束，等待重新开始
break;
}
}
// 处理玩家输入
private void HandlePlayerInput()
{
if (Input.GetMouseButtonDown(0))
{
// 获取鼠标点击位置
Vector2 clickPosition = Camera.main.ScreenToWorldPoint(Input.mousePosition);
int clickedIndex = boardUI.GetIndexAtPosition(clickPosition);
if (clickedIndex != -1)
{
// 如果已经选中了棋子，尝试移动
if (selectedPieceIndex != -1)
{
// 检查是否是可能的移动
Move selectedMove = FindMoveToIndex(possibleMoves, clickedIndex);
if (selectedMove != null)
{
// 执行移动
ApplyMove(selectedMove);
// 取消选中
selectedPieceIndex = -1;
possibleMoves = null;
// 检查游戏是否结束
if (CheckGameOver())
{
currentState = GameState.GameOver;
ShowGameOverPanel(currentPlayer == PieceType.White);
}
else
{
// 切换到AI回合
currentPlayer = PieceType.Black;
currentState = GameState.AiTurn;
}
}
else if (board.GetPiece(clickedIndex) == PieceType.White ||
board.GetPiece(clickedIndex) == PieceType.WhiteKing)
{
// 选择新棋子
SelectPiece(clickedIndex);
}
else
{
// 点击了无效位置，取消选中
selectedPieceIndex = -1;
possibleMoves = null;
}
}
else
{
// 尝试选择棋子
if (board.GetPiece(clickedIndex) == PieceType.White ||
board.GetPiece(clickedIndex) == PieceType.WhiteKing)
{
SelectPiece(clickedIndex);
}
}
// 更新UI
UpdateUI();
}
}
}
// 选择棋子
private void SelectPiece(int index)
{
selectedPieceIndex = index;
possibleMoves = GenerateMovesForPiece(index);
}
// 为指定棋子生成可能的移动
private List<Move> GenerateMovesForPiece(int index)
{
// 获取所有可能的移动
List<Move> allMoves = moveGenerator.GenerateAllMoves(currentPlayer);
// 过滤出指定棋子的移动
return allMoves.Where(m => m.FromIndex == index).ToList();
}
// 在可能的移动中查找到指定位置的移动
private Move FindMoveToIndex(List<Move> moves, int toIndex)
{
return moves?.FirstOrDefault(m => m.ToIndex == toIndex);
}
// 执行AI移动
private IEnumerator PerformAiMove()
{
// 更改状态防止多次调用
currentState = GameState.PlayerMoving;
// 添加延迟使移动更自然
yield return new WaitForSeconds(0.5f);
// 获取AI最佳移动
Move aiMove = ai.ChooseBestMove();
if (aiMove != null)
{
// 执行移动
ApplyMove(aiMove);
// 检查游戏是否结束
if (CheckGameOver())
{
currentState = GameState.GameOver;
ShowGameOverPanel(currentPlayer == PieceType.Black);
}
else
{
// 切换到玩家回合
currentPlayer = PieceType.White;
currentState = GameState.WaitingForPlayerMove;
}
}
else
{
// AI没有可用移动，游戏结束
currentState = GameState.GameOver;
ShowGameOverPanel(true); // 玩家获胜
}
// 更新UI
UpdateUI();
}
// 应用移动
private void ApplyMove(Move move)
{
// 保存原始棋子类型
PieceType piece = board.GetPiece(move.FromIndex);
// 移动棋子
board.SetPiece(move.FromIndex, PieceType.Empty);
board.SetPiece(move.ToIndex, piece);
// 移除被吃的棋子
foreach (int jumpedIndex in move.JumpedPieces)
{
board.SetPiece(jumpedIndex, PieceType.Empty);
}
// 检查是否需要升王
CheckPromotion(move.ToIndex);
}
// 检查是否需要升王
private void CheckPromotion(int index)
{
PieceType piece = board.GetPiece(index);
int row = index / 5;
if (piece == PieceType.White && row == 9)
{
board.SetPiece(index, PieceType.WhiteKing);
}
else if (piece == PieceType.Black && row == 0)
{
board.SetPiece(index, PieceType.BlackKing);
}
}
// 检查游戏是否结束
private bool CheckGameOver()
{
// 检查是否还有棋子
bool hasWhite = false;
bool hasBlack = false;
for (int i = 0; i < 50; i++)
{
PieceType piece = board.GetPiece(i);
if (piece == PieceType.White || piece == PieceType.WhiteKing)
{
hasWhite = true;
}
else if (piece == PieceType.Black || piece == PieceType.BlackKing)
{
hasBlack = true;
}
if (hasWhite && hasBlack)
{
break;
}
}
if (!hasWhite || !hasBlack)
{
return true;
}
// 检查当前玩家是否有可用移动
PieceType nextPlayer = currentPlayer == PieceType.White ? PieceType.Black : PieceType.White;
List<Move> nextPlayerMoves = moveGenerator.GenerateAllMoves(nextPlayer);
return nextPlayerMoves.Count == 0;
}
// 显示游戏结束面板
private void ShowGameOverPanel(bool playerWins)
{
gameOverPanel.SetActive(true);
winnerText.text = playerWins ? "You Win!" : "AI Wins!";
}
// 更新UI
private void UpdateUI()
{
// 更新棋盘显示
boardUI.UpdateBoard(board);
// 高亮选中的棋子
boardUI.HighlightPiece(selectedPieceIndex);
// 显示可能的移动
boardUI.ShowPossibleMoves(possibleMoves);
}
// 重新开始游戏
public void RestartGame()
{
InitializeGame();
}
}
这个游戏管理器协调了整个游戏的流程，包括处理玩家输入、执行移动、更新UI以及管理游戏状态等。它是连接游戏逻辑和界面的中心组件。
17.4 实际Unity开发实现
在本节中，我们将把前面介绍的理论和算法应用到Unity项目中，实现一个完整的跳棋游戏。
17.4.1 项目准备与结构设计
首先，我们需要创建一个新的Unity项目，并设置适当的项目结构：
-
创建项目：打开Unity Hub，选择"New Project"，使用Unity 2021.3.8f1c1版本，选择2D模板。
-
项目结构：
mipsasm
Assets/ ├── Scripts/ # 脚本文件 ├── Prefabs/ # 预制件 ├── Scenes/ # 场景 ├── Sprites/ # 贴图资源 ├── Materials/ # 材质 ├── Animations/ # 动画 └── Resources/ # 资源文件 -
导入必要的素材：
- 棋盘背景
- 白色和黑色棋子（普通和王）
- UI元素（按钮、文本等）
-
创建基本场景：
- 主相机
- 棋盘
- UI画布
-
设置脚本架构：
- 核心逻辑脚本（CheckerBoard、MoveGenerator等）
- UI交互脚本（BoardUI等）
- 游戏管理器（GameManager）
17.4.2 棋盘的创建与渲染
首先，我们需要在Unity中创建棋盘的视觉表示。我们可以使用Unity的2D精灵系统来实现这一点：
csharp
public class BoardUI : MonoBehaviour
{
// 棋盘精灵
public Sprite boardSprite;
// 棋子精灵
public Sprite whitePieceSprite;
public Sprite blackPieceSprite;
public Sprite whiteKingSprite;
public Sprite blackKingSprite;
// 高亮和提示精灵
public Sprite highlightSprite;
public Sprite possibleMoveSprite;
// 棋盘大小
private float boardSize = 10f;
private float cellSize = 1f;
// 棋子对象字典
private Dictionary<int, GameObject> pieceObjects = new Dictionary<int, GameObject>();
// 提示对象
private GameObject highlightObject;
private List<GameObject> possibleMoveObjects = new List<GameObject>();
// 初始化
void Awake()
{
// 创建棋盘背景
CreateBoardBackground();
// 创建高亮对象
highlightObject = CreateHighlightObject();
highlightObject.SetActive(false);
}
// 创建棋盘背景
private void CreateBoardBackground()
{
// 创建背景对象
GameObject boardObject = new GameObject("Board");
boardObject.transform.parent = transform;
// 添加精灵渲染器
SpriteRenderer renderer = boardObject.AddComponent<SpriteRenderer>();
renderer.sprite = boardSprite;
renderer.sortingOrder = 0;
// 设置位置和大小
boardObject.transform.position = new Vector3(boardSize / 2 - 0.5f, boardSize / 2 - 0.5f, 0);
boardObject.transform.localScale = new Vector3(boardSize, boardSize, 1);
}
// 创建高亮对象
private GameObject CreateHighlightObject()
{
GameObject highlight = new GameObject("Highlight");
highlight.transform.parent = transform;
// 添加精灵渲染器
SpriteRenderer renderer = highlight.AddComponent<SpriteRenderer>();
renderer.sprite = highlightSprite;
renderer.sortingOrder = 1;
// 设置大小
highlight.transform.localScale = new Vector3(cellSize, cellSize, 1);
return highlight;
}
// 更新棋盘显示
public void UpdateBoard(CheckerBoard board)
{
// 清除所有现有的棋子
ClearPieces();
// 创建新的棋子
for (int i = 0; i < 50; i++)
{
PieceType piece = board.GetPiece(i);
if (piece != PieceType.Empty)
{
CreatePiece(i, piece);
}
}
}
// 清除所有棋子
private void ClearPieces()
{
foreach (GameObject obj in pieceObjects.Values)
{
Destroy(obj);
}
pieceObjects.Clear();
}
// 创建棋子
private void CreatePiece(int index, PieceType pieceType)
{
// 确定精灵
Sprite pieceSprite = null;
switch (pieceType)
{
case PieceType.White:
pieceSprite = whitePieceSprite;
break;
case PieceType.Black:
pieceSprite = blackPieceSprite;
break;
case PieceType.WhiteKing:
pieceSprite = whiteKingSprite;
break;
case PieceType.BlackKing:
pieceSprite = blackKingSprite;
break;
}
if (pieceSprite != null)
{
// 创建棋子对象
GameObject pieceObject = new GameObject($"Piece_{index}");
pieceObject.transform.parent = transform;
// 添加精灵渲染器
SpriteRenderer renderer = pieceObject.AddComponent<SpriteRenderer>();
renderer.sprite = pieceSprite;
renderer.sortingOrder = 2;
// 设置位置
Vector2Int coord = BoardUtils.IndexToCoordinate(index);
pieceObject.transform.position = new Vector3(coord.x, coord.y, 0);
// 添加到字典
pieceObjects[index] = pieceObject;
}
}
// 高亮选中的棋子
public void HighlightPiece(int index)
{
if (index != -1 && BoardUtils.IsValidPosition(index))
{
Vector2Int coord = BoardUtils.IndexToCoordinate(index);
highlightObject.transform.position = new Vector3(coord.x, coord.y, 0);
highlightObject.SetActive(true);
}
else
{
highlightObject.SetActive(false);
}
}
// 显示可能的移动
public void ShowPossibleMoves(List<Move> moves)
{
// 清除旧的提示
ClearPossibleMoves();
if (moves == null)
{
return;
}
// 创建新的提示
foreach (Move move in moves)
{
// 创建提示对象
GameObject moveObject = new GameObject($"PossibleMove_{move.ToIndex}");
moveObject.transform.parent = transform;
// 添加精灵渲染器
SpriteRenderer renderer = moveObject.AddComponent<SpriteRenderer>();
renderer.sprite = possibleMoveSprite;
renderer.sortingOrder = 1;
// 设置位置
Vector2Int coord = BoardUtils.IndexToCoordinate(move.ToIndex);
moveObject.transform.position = new Vector3(coord.x, coord.y, 0);
// 添加到列表
possibleMoveObjects.Add(moveObject);
}
}
// 清除可能的移动提示
private void ClearPossibleMoves()
{
foreach (GameObject obj in possibleMoveObjects)
{
Destroy(obj);
}
possibleMoveObjects.Clear();
}
// 获取指定位置的索引
public int GetIndexAtPosition(Vector2 position)
{
// 四舍五入到整数坐标
int x = Mathf.RoundToInt(position.x);
int y = Mathf.RoundToInt(position.y);
if (x < 0 || x > 9 || y < 0 || y > 9)
{
return -1;
}
// 转换为索引
return BoardUtils.CoordinateToIndex(new Vector2Int(x, y));
}
// 动画移动棋子
public IEnumerator AnimateMove(Move move, float duration = 0.3f)
{
if (!pieceObjects.ContainsKey(move.FromIndex))
{
yield break;
}
GameObject pieceObject = pieceObjects[move.FromIndex];
Vector2Int targetCoord = BoardUtils.IndexToCoordinate(move.ToIndex);
Vector3 targetPosition = new Vector3(targetCoord.x, targetCoord.y, 0);
Vector3 startPosition = pieceObject.transform.position;
// 更新字典
pieceObjects.Remove(move.FromIndex);
pieceObjects[move.ToIndex] = pieceObject;
// 动画移动
float elapsed = 0f;
while (elapsed < duration)
{
elapsed += Time.deltaTime;
float t = elapsed / duration;
pieceObject.transform.position = Vector3.Lerp(startPosition, targetPosition, t);
yield return null;
}
// 确保最终位置准确
pieceObject.transform.position = targetPosition;
// 处理被吃的棋子
foreach (int jumpedIndex in move.JumpedPieces)
{
if (pieceObjects.ContainsKey(jumpedIndex))
{
// 创建消失动画
StartCoroutine(AnimatePieceRemoval(pieceObjects[jumpedIndex]));
// 从字典中移除
pieceObjects.Remove(jumpedIndex);
}
}
}
// 棋子消失动画
private IEnumerator AnimatePieceRemoval(GameObject pieceObject)
{
// 缩小并淡出
float duration = 0.2f;
float elapsed = 0f;
SpriteRenderer renderer = pieceObject.GetComponent<SpriteRenderer>();
Vector3 originalScale = pieceObject.transform.localScale;
Color originalColor = renderer.color;
while (elapsed < duration)
{
elapsed += Time.deltaTime;
float t = elapsed / duration;
// 缩小
pieceObject.transform.localScale = Vector3.Lerp(originalScale, Vector3.zero, t);
// 淡出
Color newColor = new Color(originalColor.r, originalColor.g, originalColor.b, 1 - t);
renderer.color = newColor;
yield return null;
}
Destroy(pieceObject);
}
}
这个BoardUI类负责棋盘和棋子的视觉表示，包括创建棋盘背景、显示棋子、高亮选中的棋子以及显示可能的移动等功能。它还提供了一些动画效果，使游戏体验更加流畅。
17.4.3 棋子预制件与生成
为了更好地管理棋子对象，我们可以使用Unity的预制件系统。首先，我们需要创建棋子的预制件：
- 创建一个空的GameObject，命名为"PiecePrefab"。
- 添加SpriteRenderer组件。
- 添加CircleCollider2D组件以便检测点击。
- 将其保存为预制件。
然后，我们可以修改BoardUI类以使用这个预制件创建棋子：
csharp
public class BoardUI : MonoBehaviour
{
// 棋子预制件
public GameObject piecePrefab;
// 棋子精灵
public Sprite whitePieceSprite;
public Sprite blackPieceSprite;
public Sprite whiteKingSprite;
public Sprite blackKingSprite;
// 其余代码保持不变...
// 修改创建棋子的方法
private void CreatePiece(int index, PieceType pieceType)
{
// 确定精灵
Sprite pieceSprite = null;
switch (pieceType)
{
case PieceType.White:
pieceSprite = whitePieceSprite;
break;
case PieceType.Black:
pieceSprite = blackPieceSprite;
break;
case PieceType.WhiteKing:
pieceSprite = whiteKingSprite;
break;
case PieceType.BlackKing:
pieceSprite = blackKingSprite;
break;
}
if (pieceSprite != null)
{
// 实例化预制件
GameObject pieceObject = Instantiate(piecePrefab, transform);
pieceObject.name = $"Piece_{index}";
// 设置精灵
SpriteRenderer renderer = pieceObject.GetComponent<SpriteRenderer>();
renderer.sprite = pieceSprite;
// 设置位置
Vector2Int coord = BoardUtils.IndexToCoordinate(index);
pieceObject.transform.position = new Vector3(coord.x, coord.y, 0);
// 添加到字典
pieceObjects[index] = pieceObject;
}
}
// 其余代码保持不变...
}
通过使用预制件，我们可以更加统一地管理棋子对象，并且可以轻松地添加额外的组件和行为。
17.4.4 棋子移动与动画
为了使游戏更加生动，我们需要实现棋子移动的动画效果。在前面的BoardUI类中，我们已经包含了基本的动画功能。现在，我们可以在GameManager类中使用这些动画：
csharp
// 修改GameManager类中的ApplyMove方法
private void ApplyMove(Move move)
{
// 保存原始棋子类型
PieceType piece = board.GetPiece(move.FromIndex);
// 移动棋子（逻辑上）
board.SetPiece(move.FromIndex, PieceType.Empty);
board.SetPiece(move.ToIndex, piece);
// 移除被吃的棋子（逻辑上）
foreach (int jumpedIndex in move.JumpedPieces)
{
board.SetPiece(jumpedIndex, PieceType.Empty);
}
// 检查是否需要升王
CheckPromotion(move.ToIndex);
// 动画显示移动
StartCoroutine(AnimateMoveSequence(move));
}
// 动画序列
private IEnumerator AnimateMoveSequence(Move move)
{
// 禁用输入
currentState = GameState.PlayerMoving;
// 动画移动棋子
yield return StartCoroutine(boardUI.AnimateMove(move));
// 检查升王
PieceType piece = board.GetPiece(move.ToIndex);
if ((piece == PieceType.WhiteKing && board.GetPiece(move.FromIndex) == PieceType.White) ||
(piece == PieceType.BlackKing && board.GetPiece(move.FromIndex) == PieceType.Black))
{
// 播放升王动画
yield return StartCoroutine(PlayPromotionEffect(move.ToIndex));
}
// 更新UI
UpdateUI();
// 检查游戏是否结束
if (CheckGameOver())
{
currentState = GameState.GameOver;
ShowGameOverPanel(currentPlayer == PieceType.White);
}
else
{
// 切换玩家
currentPlayer = currentPlayer == PieceType.White ? PieceType.Black : PieceType.White;
if (currentPlayer == PieceType.Black)
{
currentState = GameState.AiTurn;
}
else
{
currentState = GameState.WaitingForPlayerMove;
}
}
}
// 播放升王效果
private IEnumerator PlayPromotionEffect(int index)
{
// 获取棋子对象
GameObject pieceObject = boardUI.GetPieceObject(index);
if (pieceObject != null)
{
// 创建闪光效果
GameObject glowEffect = Instantiate(promotionEffectPrefab, pieceObject.transform.position, Quaternion.identity);
// 更新棋子精灵
SpriteRenderer renderer = pieceObject.GetComponent<SpriteRenderer>();
PieceType pieceType = board.GetPiece(index);
if (pieceType == PieceType.WhiteKing)
{
renderer.sprite = boardUI.whiteKingSprite;
}
else if (pieceType == PieceType.BlackKing)
{
renderer.sprite = boardUI.blackKingSprite;
}
// 等待动画完成
yield return new WaitForSeconds(1.0f);
// 销毁效果
Destroy(glowEffect);
}
}
这些修改使得游戏在视觉上更加吸引人，棋子移动、吃子和升王都有相应的动画效果，增强了游戏的沉浸感。
17.4.5 限制移动与规则实施
在跳棋游戏中，有一些重要的规则需要严格执行，比如必须吃子和连续吃子。我们需要确保游戏逻辑正确地实施这些规则：
csharp
// 在MoveGenerator类中添加检查是否必须吃子的方法
public bool MustJump(PieceType playerType)
{
// 遍历棋盘查找属于当前玩家的棋子
for (int i = 0; i < 50; i++)
{
PieceType piece = board.GetPiece(i);
// 检查是否是当前玩家的棋子
if (IsPlayerPiece(piece, playerType))
{
// 检查是否有吃子移动
List<Move> pieceJumpMoves = GenerateJumpMovesForPiece(i);
if (pieceJumpMoves.Count > 0)
{
return true;
}
}
}
return false;
}
// 修改GameManager中的HandlePlayerInput方法
private void HandlePlayerInput()
{
if (Input.GetMouseButtonDown(0))
{
// 获取鼠标点击位置
Vector2 clickPosition = Camera.main.ScreenToWorldPoint(Input.mousePosition);
int clickedIndex = boardUI.GetIndexAtPosition(clickPosition);
if (clickedIndex != -1)
{
// 如果已经选中了棋子，尝试移动
if (selectedPieceIndex != -1)
{
// 检查是否是可能的移动
Move selectedMove = FindMoveToIndex(possibleMoves, clickedIndex);
if (selectedMove != null)
{
// 执行移动
ApplyMove(selectedMove);
// 检查是否可以继续吃子
if (selectedMove.IsJump)
{
// 生成可能的连续吃子移动
List<Move> continueJumps = GenerateContinueJumps(selectedMove.ToIndex);
if (continueJumps.Count > 0)
{
// 仍然可以继续吃子，保持选中状态
selectedPieceIndex = selectedMove.ToIndex;
possibleMoves = continueJumps;
// 更新UI并继续玩家回合
UpdateUI();
return;
}
}
// 取消选中
selectedPieceIndex = -1;
possibleMoves = null;
// 检查游戏是否结束
if (CheckGameOver())
{
currentState = GameState.GameOver;
ShowGameOverPanel(currentPlayer == PieceType.White);
}
else
{
// 切换到AI回合
currentPlayer = PieceType.Black;
currentState = GameState.AiTurn;
}
}
else if (board.GetPiece(clickedIndex) == PieceType.White ||
board.GetPiece(clickedIndex) == PieceType.WhiteKing)
{
// 检查是否必须吃子
bool mustJump = moveGenerator.MustJump(currentPlayer);
if (mustJump)
{
// 检查点击的棋子是否有吃子机会
List<Move> jumpMoves = moveGenerator.GenerateJumpMovesForPiece(clickedIndex);
if (jumpMoves.Count > 0)
{
// 选择新棋子
SelectPiece(clickedIndex);
}
else
{
// 显示提示，必须吃子
ShowMustJumpMessage();
}
}
else
{
// 选择新棋子
SelectPiece(clickedIndex);
}
}
else
{
// 点击了无效位置，取消选中
selectedPieceIndex = -1;
possibleMoves = null;
}
}
else
{
// 尝试选择棋子
if (board.GetPiece(clickedIndex) == PieceType.White ||
board.GetPiece(clickedIndex) == PieceType.WhiteKing)
{
// 检查是否必须吃子
bool mustJump = moveGenerator.MustJump(currentPlayer);
if (mustJump)
{
// 检查点击的棋子是否有吃子机会
List<Move> jumpMoves = moveGenerator.GenerateJumpMovesForPiece(clickedIndex);
if (jumpMoves.Count > 0)
{
// 选择棋子
SelectPiece(clickedIndex);
}
else
{
// 显示提示，必须吃子
ShowMustJumpMessage();
}
}
else
{
// 选择棋子
SelectPiece(clickedIndex);
}
}
}
// 更新UI
UpdateUI();
}
}
}
// 生成连续吃子移动
private List<Move> GenerateContinueJumps(int index)
{
// 创建一个临时的移动生成器
MoveGenerator tempGenerator = new MoveGenerator(board);
// 生成从当前位置开始的吃子移动
return tempGenerator.GenerateJumpMovesForPiece(index);
}
// 显示必须吃子的提示
private void ShowMustJumpMessage()
{
// 实现提示UI的显示
if (mustJumpText != null)
{
mustJumpText.gameObject.SetActive(true);
StartCoroutine(HideMustJumpText());
}
}
// 隐藏提示
private IEnumerator HideMustJumpText()
{
yield return new WaitForSeconds(2.0f);
mustJumpText.gameObject.SetActive(false);
}
这些修改确保了玩家必须遵循跳棋的规则，包括必须吃子和连续吃子。如果玩家试图违反这些规则，游戏会显示适当的提示并限制无效的移动。
17.4.6 游戏状态与回合控制
在跳棋游戏中，清晰的回合控制和游戏状态管理对于游戏体验至关重要。以下是实现这些功能的代码：
csharp
// 在GameManager类中添加游戏状态相关的UI元素
public Text currentPlayerText;
public Image currentPlayerIndicator;
public Color whitePlayerColor;
public Color blackPlayerColor;
// 更新UI方法添加对当前玩家显示的更新
private void UpdateUI()
{
// 更新棋盘显示
boardUI.UpdateBoard(board);
// 高亮选中的棋子
boardUI.HighlightPiece(selectedPieceIndex);
// 显示可能的移动
boardUI.ShowPossibleMoves(possibleMoves);
// 更新当前玩家显示
UpdateCurrentPlayerDisplay();
}
// 更新当前玩家显示
private void UpdateCurrentPlayerDisplay()
{
if (currentPlayerText != null)
{
if (currentState == GameState.GameOver)
{
currentPlayerText.text = "Game Over";
currentPlayerIndicator.color = Color.gray;
}
else
{
if (currentPlayer == PieceType.White)
{
currentPlayerText.text = "Your Turn";
currentPlayerIndicator.color = whitePlayerColor;
}
else
{
currentPlayerText.text = "AI's Turn";
currentPlayerIndicator.color = blackPlayerColor;
}
}
}
}
// 切换玩家回合
private void SwitchPlayer()
{
currentPlayer = currentPlayer == PieceType.White ? PieceType.Black : PieceType.White;
if (currentPlayer == PieceType.Black)
{
currentState = GameState.AiTurn;
}
else
{
currentState = GameState.WaitingForPlayerMove;
}
// 取消选中
selectedPieceIndex = -1;
possibleMoves = null;
// 更新UI
UpdateUI();
}
// 在游戏开始时初始化状态
private void InitializeGame()
{
// 创建棋盘
board = new CheckerBoard();
// 创建移动生成器
moveGenerator = new MoveGenerator(board);
// 创建AI
ai = new MinimaxAI(board, PieceType.Black, 4);
// 设置初始状态
currentState = GameState.WaitingForPlayerMove;
currentPlayer = PieceType.White; // 玩家总是白方
// 隐藏游戏结束面板
gameOverPanel.SetActive(false);
// 重置选中状态
selectedPieceIndex = -1;
possibleMoves = null;
// 更新UI
UpdateUI();
// 播放开始游戏音效
if (audioManager != null)
{
audioManager.PlayGameStart();
}
}
这些代码实现了游戏状态和回合的管理，包括显示当前玩家、切换玩家回合，以及在游戏开始和结束时进行适当的初始化和清理。
17.4.7 胜利条件检测与游戏结束
最后，我们需要实现胜利条件检测和游戏结束的处理：
csharp
// 在GameManager类中实现游戏结束检测
private bool CheckGameOver()
{
// 检查是否还有棋子
bool hasWhite = false;
bool hasBlack = false;
for (int i = 0; i < 50; i++)
{
PieceType piece = board.GetPiece(i);
if (piece == PieceType.White || piece == PieceType.WhiteKing)
{
hasWhite = true;
}
else if (piece == PieceType.Black || piece == PieceType.BlackKing)
{
hasBlack = true;
}
if (hasWhite && hasBlack)
{
break;
}
}
if (!hasWhite || !hasBlack)
{
return true;
}
// 检查下一个玩家是否有可用移动
PieceType nextPlayer = currentPlayer == PieceType.White ? PieceType.Black : PieceType.White;
List<Move> nextPlayerMoves = moveGenerator.GenerateAllMoves(nextPlayer);
return nextPlayerMoves.Count == 0;
}
// 显示游戏结束面板
private void ShowGameOverPanel(bool playerWins)
{
gameOverPanel.SetActive(true);
// 设置胜利文本和图片
if (winnerText != null)
{
winnerText.text = playerWins ? "You Win!" : "AI Wins!";
}
if (winnerImage != null)
{
winnerImage.sprite = playerWins ? playerWinSprite : aiWinSprite;
}
// 播放胜利或失败音效
if (audioManager != null)
{
if (playerWins)
{
audioManager.PlayVictory();
}
else
{
audioManager.PlayDefeat();
}
}
}
// 重新开始游戏按钮的回调
public void OnRestartButtonClicked()
{
gameOverPanel.SetActive(false);
InitializeGame();
}
// 退出游戏按钮的回调
public void OnQuitButtonClicked()
{
#if UNITY_EDITOR
UnityEditor.EditorApplication.isPlaying = false;
#else
Application.Quit();
#endif
}
这些代码实现了游戏结束的检测和处理，包括显示胜利或失败的信息，以及提供重新开始和退出游戏的选项。
17.5 高级功能实现
除了基本的游戏功能外，我们还可以添加一些高级功能，使游戏更加完善和专业。
17.5.1 游戏设置与难度选择
为了增加游戏的可玩性，我们可以添加难度选择功能，让玩家根据自己的水平选择适合的AI难度：
csharp
// 在GameManager类中添加难度设置
public enum AiDifficulty
{
Easy = 2, // 搜索深度为2
Medium = 4, // 搜索深度为4
Hard = 6 // 搜索深度为6
}
private AiDifficulty currentDifficulty = AiDifficulty.Medium;
// 设置面板相关组件
public GameObject settingsPanel;
public Dropdown difficultyDropdown;
// 初始化设置面板
private void InitializeSettings()
{
if (difficultyDropdown != null)
{
// 设置初始值
difficultyDropdown.value = (int)currentDifficulty - 2;
// 添加监听器
difficultyDropdown.onValueChanged.AddListener(OnDifficultyChanged);
}
// 初始时隐藏设置面板
if (settingsPanel != null)
{
settingsPanel.SetActive(false);
}
}
// 难度改变回调
private void OnDifficultyChanged(int value)
{
// 将下拉菜单值转换为难度枚举
currentDifficulty = (AiDifficulty)(value + 2);
// 更新AI搜索深度
if (ai != null)
{
ai.SetSearchDepth((int)currentDifficulty);
}
}
// 显示设置面板按钮回调
public void OnSettingsButtonClicked()
{
if (settingsPanel != null)
{
settingsPanel.SetActive(true);
}
}
// 关闭设置面板按钮回调
public void OnCloseSettingsButtonClicked()
{
if (settingsPanel != null)
{
settingsPanel.SetActive(false);
}
}
// 创建AI时使用当前难度
private void InitializeGame()
{
// ... 其他初始化代码 ...
// 创建AI
ai = new MinimaxAI(board, PieceType.Black, (int)currentDifficulty);
// ... 其他初始化代码 ...
}
这些代码实现了游戏难度的选择功能，玩家可以根据自己的水平选择简单、中等或困难模式，AI会根据选择的难度调整搜索深度。
17.5.2 游戏状态保存与加载
为了让玩家可以保存游戏进度，我们可以实现游戏状态的保存和加载功能：
csharp
// 在GameManager类中添加保存和加载功能
public void SaveGame()
{
// 创建保存数据对象
SaveData saveData = new SaveData
{
BoardState = new int[50],
CurrentPlayer = (int)currentPlayer,
Difficulty = (int)currentDifficulty
};
// 保存棋盘状态
for (int i = 0; i < 50; i++)
{
saveData.BoardState[i] = (int)board.GetPiece(i);
}
// 将数据转换为JSON
string jsonData = JsonUtility.ToJson(saveData);
// 保存到PlayerPrefs
PlayerPrefs.SetString("CheckersSaveData", jsonData);
PlayerPrefs.Save();
// 显示保存成功提示
ShowMessage("Game Saved");
}
public void LoadGame()
{
// 检查是否有保存的数据
if (PlayerPrefs.HasKey("CheckersSaveData"))
{
// 读取JSON数据
string jsonData = PlayerPrefs.GetString("CheckersSaveData");
SaveData saveData = JsonUtility.FromJson<SaveData>(jsonData);
// 创建新的棋盘
board = new CheckerBoard(false); // 传入false表示不要初始化标准布局
// 还原棋盘状态
for (int i = 0; i < 50; i++)
{
board.SetPiece(i, (PieceType)saveData.BoardState[i]);
}
// 还原游戏状态
currentPlayer = (PieceType)saveData.CurrentPlayer;
currentDifficulty = (AiDifficulty)saveData.Difficulty;
// 更新AI
ai = new MinimaxAI(board, PieceType.Black, (int)currentDifficulty);
// 更新移动生成器
moveGenerator = new MoveGenerator(board);
// 重置选中状态
selectedPieceIndex = -1;
possibleMoves = null;
// 设置游戏状态
if (currentPlayer == PieceType.White)
{
currentState = GameState.WaitingForPlayerMove;
}
else
{
currentState = GameState.AiTurn;
}
// 更新UI
UpdateUI();
// 隐藏游戏结束面板
gameOverPanel.SetActive(false);
// 显示加载成功提示
ShowMessage("Game Loaded");
// 如果是AI回合，立即执行AI移动
if (currentState == GameState.AiTurn)
{
StartCoroutine(PerformAiMove());
}
}
else
{
// 显示没有保存数据的提示
ShowMessage("No Saved Game Found");
}
}
// 显示消息
private void ShowMessage(string message)
{
if (messageText != null)
{
messageText.text = message;
messageText.gameObject.SetActive(true);
// 2秒后隐藏
StartCoroutine(HideMessage());
}
}
private IEnumerator HideMessage()
{
yield return new WaitForSeconds(2.0f);
if (messageText != null)
{
messageText.gameObject.SetActive(false);
}
}
// 保存数据类
[System.Serializable]
private class SaveData
{
public int[] BoardState;
public int CurrentPlayer;
public int Difficulty;
}
这些代码实现了游戏状态的保存和加载功能，玩家可以在中途保存游戏，然后在稍后继续游戏，而不必从头开始。
17.5.3 游戏音效与背景音乐
为了增强游戏体验，我们可以添加音效和背景音乐：
csharp
// 创建音频管理器
public class AudioManager : MonoBehaviour
{
// 单例实例
public static AudioManager Instance { get; private set; }
// 音效
public AudioClip moveSound;
public AudioClip jumpSound;
public AudioClip kingSound;
public AudioClip victorySound;
public AudioClip defeatSound;
public AudioClip gameStartSound;
public AudioClip buttonClickSound;
// 背景音乐
public AudioClip backgroundMusic;
// 音量设置
[Range(0f, 1f)]
public float sfxVolume = 0.7f;
[Range(0f, 1f)]
public float musicVolume = 0.5f;
// 音源组件
private AudioSource sfxSource;
private AudioSource musicSource;
// 是否启用音效和音乐
private bool sfxEnabled = true;
private bool musicEnabled = true;
void Awake()
{
// 单例设置
if (Instance == null)
{
Instance = this;
DontDestroyOnLoad(gameObject);
// 创建音源
sfxSource = gameObject.AddComponent<AudioSource>();
sfxSource.volume = sfxVolume;
musicSource = gameObject.AddComponent<AudioSource>();
musicSource.volume = musicVolume;
musicSource.loop = true;
// 读取保存的设置
LoadSettings();
// 播放背景音乐
if (musicEnabled && backgroundMusic != null)
{
musicSource.clip = backgroundMusic;
musicSource.Play();
}
}
else
{
Destroy(gameObject);
}
}
// 播放移动音效
public void PlayMove()
{
PlaySound(moveSound);
}
// 播放吃子音效
public void PlayJump()
{
PlaySound(jumpSound);
}
// 播放升王音效
public void PlayKing()
{
PlaySound(kingSound);
}
// 播放胜利音效
public void PlayVictory()
{
PlaySound(victorySound);
}
// 播放失败音效
public void PlayDefeat()
{
PlaySound(defeatSound);
}
// 播放游戏开始音效
public void PlayGameStart()
{
PlaySound(gameStartSound);
}
// 播放按钮点击音效
public void PlayButtonClick()
{
PlaySound(buttonClickSound);
}
// 播放音效
private void PlaySound(AudioClip clip)
{
if (sfxEnabled && clip != null)
{
sfxSource.PlayOneShot(clip, sfxVolume);
}
}
// 设置音效开关
public void SetSfxEnabled(bool enabled)
{
sfxEnabled = enabled;
PlayerPrefs.SetInt("SfxEnabled", enabled ? 1 : 0);
PlayerPrefs.Save();
}
// 设置音乐开关
public void SetMusicEnabled(bool enabled)
{
musicEnabled = enabled;
PlayerPrefs.SetInt("MusicEnabled", enabled ? 1 : 0);
if (enabled)
{
if (musicSource != null && backgroundMusic != null)
{
musicSource.clip = backgroundMusic;
musicSource.Play();
}
}
else
{
if (musicSource != null)
{
musicSource.Stop();
}
}
PlayerPrefs.Save();
}
// 设置音效音量
public void SetSfxVolume(float volume)
{
sfxVolume = volume;
sfxSource.volume = volume;
PlayerPrefs.SetFloat("SfxVolume", volume);
PlayerPrefs.Save();
}
// 设置音乐音量
public void SetMusicVolume(float volume)
{
musicVolume = volume;
musicSource.volume = volume;
PlayerPrefs.SetFloat("MusicVolume", volume);
PlayerPrefs.Save();
}
// 加载设置
private void LoadSettings()
{
sfxEnabled = PlayerPrefs.GetInt("SfxEnabled", 1) == 1;
musicEnabled = PlayerPrefs.GetInt("MusicEnabled", 1) == 1;
sfxVolume = PlayerPrefs.GetFloat("SfxVolume", 0.7f);
musicVolume = PlayerPrefs.GetFloat("MusicVolume", 0.5f);
sfxSource.volume = sfxVolume;
musicSource.volume = musicVolume;
}
}
这个音频管理器提供了播放各种音效和背景音乐的功能，同时也支持音量调节和开关控制，玩家可以根据自己的喜好自定义音频设置。
17.5.4 教程和提示系统
为了帮助新玩家学习游戏规则，我们可以添加教程和提示系统：
csharp
// 在GameManager中添加教程功能
public class TutorialManager : MonoBehaviour
{
// 教程面板
public GameObject tutorialPanel;
public Button nextButton;
public Button previousButton;
public Button closeButton;
public Text tutorialText;
public Image tutorialImage;
// 教程内容
private List<TutorialStep> tutorialSteps;
private int currentStepIndex = 0;
// 初始化
void Start()
{
InitializeTutorial();
// 添加按钮监听
nextButton.onClick.AddListener(NextStep);
previousButton.onClick.AddListener(PreviousStep);
closeButton.onClick.AddListener(CloseTutorial);
// 默认隐藏教程面板
tutorialPanel.SetActive(false);
}
// 初始化教程内容
private void InitializeTutorial()
{
tutorialSteps = new List<TutorialStep>
{
new TutorialStep(
"Welcome to Checkers!",
"Checkers is a classic board game played on a 10x10 board. " +
"Each player starts with 20 pieces positioned on the black squares " +
"of the first 4 rows closest to them.",
"tutorial_intro"
),
new TutorialStep(
"Basic Movement",
"Pieces move diagonally forward to an adjacent empty black square. " +
"You can only move your own pieces (white).",
"tutorial_basic_move"
),
new TutorialStep(
"Capturing",
"When an opponent's piece is adjacent to yours with an empty space beyond, " +
"you can capture by jumping over it and landing on the empty space. " +
"The opponent's piece is removed from the board.",
"tutorial_capture"
),
new TutorialStep(
"Multiple Captures",
"If after a capture, your piece can make another capture, " +
"you must continue capturing with the same piece until no more captures are possible.",
"tutorial_multi_capture"
),
new TutorialStep(
"Promotion to King",
"When a piece reaches the opponent's back row (the furthest row from its starting position), " +
"it is promoted to a king. Kings can move and capture diagonally in any direction.",
"tutorial_king"
),
new TutorialStep(
"Winning the Game",
"You win by capturing all of your opponent's pieces, " +
"or by blocking them so they cannot make any legal moves.",
"tutorial_winning"
)
};
// 设置初始步骤
UpdateTutorialDisplay();
}
// 显示教程
public void ShowTutorial()
{
currentStepIndex = 0;
UpdateTutorialDisplay();
tutorialPanel.SetActive(true);
}
// 关闭教程
public void CloseTutorial()
{
tutorialPanel.SetActive(false);
}
// 下一步
private void NextStep()
{
if (currentStepIndex < tutorialSteps.Count - 1)
{
currentStepIndex++;
UpdateTutorialDisplay();
}
}
// 上一步
private void PreviousStep()
{
if (currentStepIndex > 0)
{
currentStepIndex--;
UpdateTutorialDisplay();
}
}
// 更新教程显示
private void UpdateTutorialDisplay()
{
TutorialStep step = tutorialSteps[currentStepIndex];
tutorialText.text = $"<b>{step.Title}</b>\n\n{step.Content}";
// 加载图片
tutorialImage.sprite = Resources.Load<Sprite>(step.ImagePath);
// 更新按钮状态
previousButton.interactable = (currentStepIndex > 0);
nextButton.interactable = (currentStepIndex < tutorialSteps.Count - 1);
}
// 教程步骤类
private class TutorialStep
{
public string Title { get; private set; }
public string Content { get; private set; }
public string ImagePath { get; private set; }
public TutorialStep(string title, string content, string imagePath)
{
Title = title;
Content = content;
ImagePath = imagePath;
}
}
}
这个教程管理器提供了一个分步骤的游戏规则介绍，帮助新玩家了解游戏的基本规则和策略。玩家可以通过教程界面浏览不同的规则说明，并查看相应的图示。
17.6 总结
在本章中，我们详细讨论了如何使用Unity 2021.3.8f1c1引擎开发一个国际跳棋游戏。我们从游戏规则的理解出发，通过数学模型和算法设计了游戏的核心逻辑，然后实现了具体的代码和界面。
我们探讨了以下关键内容：
- 棋盘表示与数据结构：使用一维数组加索引映射的方式高效表示跳棋棋盘。
- 棋子移动与规则实现：使用向量计算和条件判断实现棋子的移动规则，包括普通移动、吃子和连续吃子。
- AI策略与极小极大算法：实现基于极小极大算法的AI玩家，通过评估函数和Alpha-Beta剪枝优化提高决策效率。
- 游戏流程与状态管理：使用状态机管理游戏流程，处理玩家输入，更新游戏状态，并与UI系统交互。
- 高级功能扩展：添加难度设置、游戏保存、音频管理和教程系统等功能，提升游戏体验。
通过这个项目，我们不仅实现了一个功能完整的跳棋游戏，还学习了如何将数学概念和算法应用到游戏开发中，以及如何设计清晰的代码结构和用户界面。
跳棋游戏虽然规则简单，但策略深奥，是学习游戏AI和回合制游戏开发的理想项目。通过本章的学习，读者应该能够掌握基本的棋类游戏开发技巧，并能将这些知识应用到其他类似的游戏项目中。
最重要的是，这个项目展示了如何将数学思维应用到游戏开发中，通过数学模型和算法来实现复杂的游戏逻辑，这是专业游戏开发的重要基础。
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