可扩展3D阵列的数据结构？

Question

我正在寻找类似于T[,,]（3D数组）的数据结构，除了我不知道预先确定的维度（也没有合理的上限），随着时间的推移会向外扩展。我也想使用负面索引。

唯一想到的是字典，以某种Point3结构为关键字。还有其他选择吗？我想尽可能快地查找。数据将始终聚集在0,0,0周围。它可以向任何方向扩展，但点之间永远不会有任何“差距”。

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我想我现在要继续使用Dictionary<Point3, T>，看看它是如何表现的。如果这是性能问题，我将尝试在T[,,]周围构建一个包装器，以便我可以使用负索引。

Answer 1

显然，您需要将其存储在类似于稀疏数组的数据结构中，因为您不知道数据集的大小。所以字典似乎是合理的。

我在这里有点疯狂，但我认为你的指数应该在Spherical Coordinates。随着您的数据向外扩展，这对我来说很有意义。它还可以非常容易地在（0,0,0）的特定范围内找到元素。

Answer 2

如果您可能需要范围查询，我会想到KD-Trees。它们是树状结构，在每个层面上，沿着一个轴将宇宙分成两个。它们提供O（logN）查找时间（对于常数维度），其可能或者可能不够快，但它们也为范围查询提供O（logN + S）时间，其中S是找到的项目的大小，通常非常好。它们可以处理动态数据（插入和删除以及查找），但树可能会因此而变得不平衡。你也可以从一个给定的点做最近的邻居搜索（即得到最近的10个对象到点（7,8,9））维基百科一如既往地是一个很好的起点：http://en.wikipedia.org/wiki/Kd-tree

如果世界上有大量的东西，如果世界是非常动态的（事物一直在移动，被创造/破坏），那么kd-tree可能就不够好了。如果大多数情况下你只会问“给我（7,8,9）的东西”，你可以使用你在问题中提到的散列或类似List<List<List<T>>>的东西。我只是在界面中实现哪个更容易，并且稍后会担心性能。

Answer 3

我有点假设您需要动态方面，因为数组可能很大。在这种情况下，您可以尝试将数组分配为一组3d“tile”。在顶层，您有一个存储指向瓷砖的指针的3d数据结构。随着时间的推移，您可以扩展并分配它。

每个单独的图块可以包含32x32x32体素。或任何适合您目标的金额。 通过将坐标索引除以32（当然是通过位移）来查找平铺，并通过屏蔽高位来计算平铺中的索引。

像这样的查找相当便宜，可能与.net字典相提并论，但它会使用更少的内存，这对性能也有好处。

但是，生成的数组将会很粗糙：数组边界是平铺大小的倍数。

Answer 4

数组访问是一种非常快速的线性查找 - 如果查找速度是您的首选，那么它可能是最佳选择，具体取决于您需要修改数组的频率。

如果您的目标是维护玩家周围的块，您可能希望在玩家周围安排“当前世界”阵列结构，这样它就是一个三维数组，其中心块位于9,9,9大小为[20,20,20]。每次玩家离开中心块时，你都会重新索引数组以丢弃旧的块并继续前进。

最终，你要求选择如何优化你的游戏引擎，但几乎不可能说出哪些对你来说是正确的。尽管游戏往往比其他应用程序更优化性能，但不要被引诱进行微优化;首先优化可读性，然后在您认为必要时优化性能。

如果您怀疑这个特定的数据结构将成为引擎的瓶颈，请进行一些性能跟踪，以便在引擎运行后很容易确定一种方式。