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[游戏开发]Unity实现智能巡逻兵

Unity实现智能巡逻兵

前言

这是中大计算机学院3D游戏编程课的一次作业，在这里分享一下设计思路。
主要代码上传到了gitee上，请按照后文的操作运行。
项目地址：https://gitee.com/cuizx19308024/unity-games/tree/master/hw5
成果视频：https://www.bilibili.com/video/BV13F41187AD?spm_id_from=333.851.dynamic.content.click

游戏说明

游戏内容要求

创建一个地图和若干巡逻兵(使用动画)；
每个巡逻兵走一个3~5个边的凸多边型，位置数据是相对地址。即每次确定下一个目标位置，用自己当前位置为原点计算；
巡逻兵碰撞到障碍物，则会自动选下一个点为目标；
巡逻兵在设定范围内感知到玩家，会自动追击玩家；
失去玩家目标后，继续巡逻；
计分：玩家每次甩掉一个巡逻兵计一分，与巡逻兵碰撞游戏结束；

游戏设计要求

必须使用订阅与发布模式传消息
工厂模式生产巡逻兵

项目组成和运行环境

环境配置

这里导入了第三方库Starter Assets（第三人称）来获取模型和动画，因此需要提前导入这个包，通过Window->Package Manager来管理这些包：
导入这个包之后会出现缺失Cinemachine的错误，因此还需要再导入这个包（不用通过Assets Store下载，直接再Unity Registry中搜索）：
由于输入系统不兼容的问题，这里使用旧版输入系统，需要在Edit->Project Settings中对输入系统进行修改：
由于之后的代码中需要用到SampleScene来加载，因此需要将这个Scene加入到BuildPath中。通过File->Build Settings进行修改：
由于游戏中会使用Shift键，因此这里最好修改一下自己电脑的系统设置，防止总切换输入法，影响体验。

项目结构

这次的项目包括素材、代码、第三方库和场景：
在这里插入图片描述

动画部分，包含PlayerController。是根据第三方库的动画剪辑素材，自己制作的Animator，用于控制动画流程。
Material部分，一些渲染的素材。
预制部分，包括Player、Guard和Cell的预制。这些预制中包含了应当有的脚本、组件（动画、刚体、碰撞体等）。
场景部分，只包含此次的场景。不过在重新开始功能中，需要重新加载这个场景。
代码部分，下文会说明。
第三方库部分，这里只是借用了模型、材料和动画剪辑，其余部分全部自己完成。

代码结构

本次的代码结构如下图所示：
在这里插入图片描述

分为三个部分，GuardControllers、MainControllers、PlayerControllers。
在主控部分基本与之前的项目相同，这里不赘述。
巡逻兵控制采用了动作分离模式，两个动作分别是走动和跑动（GuardWalkAction和GuardRunAction），还包括了动作管理器GuardActionManager。
巡逻兵的产生采用了工厂模式（GuardFactory和GuardData）。
玩家控制器的PlayerController是一个通过用户输入控制人物移动的角色控制器，不涉及设计模式。
玩家和巡逻兵、主控器之间的通信采用了订阅/发布模式。
玩家的SSEventPublishier是基类，PlayerEventPublishier是子类，可以将游戏结束或进出区域的信息发送给巡逻兵或主控制器。
巡逻兵的IEventHandler是接口，由GuardData来实现这个接口（因为这里有控制Guard运动的数据，可以直接在这里进行修改）。
主控器一直被放在脚本中，因此可以随时通信。

模型和动画预制

Cell预制

采用12*12的场地，在周围分别搭建围墙，作为每一个cell。当运行时可以直接加载多个cell，设置好位置并加载到地图中。
在这里插入图片描述

动画制作

制作动画状态。这里只有走、跑、站立三个状态。首先需要导入动画剪辑，然后需要设定一些变量来控制这些状态：
状态转换需要根据变量的变化进行转换，例如：

Player预制

从第三方库中导入Model，然后添加Material。
添加自己制作的Animator：
添加刚体，方便控制运动。注意，需要修改旋转阻力为2，否则会导致人物停下之后仍然在旋转。此外，还应当锁定Y方向移动和绕X、Z轴的旋转，防止人物倒下或因碰撞上浮。
添加碰撞体，注意这里可以调整一下碰撞体的大小和位置。
添加脚本，这里只需要添加角色控制器和发布者即可。

Guard预制

直接将Player稍加修改。保留了Model、Animator、RigidBody和Collider，替换了Material为红色。
添加脚本，这里需要添加GuardData。

代码分析

注意：篇幅限制，这里只分析关键代码。之前项目中重复的代码将不再分析。

FirstController主控制器

加载资源：

/*ISceneController接口相关函数*/
public void LoadResources(){
    //加载房间
    for(int i=0;i<9;i++){
        GameObject cell = Instantiate(Resources.Load<GameObject>("Prefabs/Cell"));
        int a = i % 3;
        int b = i / 3;
        cell.transform.position = new Vector3(12 * a, 0, 12 * b);
        cells.Add(cell);
    }
    
    //加载玩家
    player = Instantiate(Resources.Load("Prefabs/Player"), new Vector3(24, 0, 24), Quaternion.identity) as GameObject;
    playerEventPublisher = player.GetComponent<PlayerEventPublisher>();     

    //加载巡逻兵
    guards = guardFactory.GetGuards();

    //让每个巡逻兵都订阅玩家的事件发布者
    //并让每个巡逻兵调用动作管理器开始走动
    for (int i = 0; i < guards.Count; i++) {
        IEventHandler e = guards[i].GetComponent<GuardData>() as IEventHandler;
        playerEventPublisher.AddListener(e);
        actionManager.GuardWalk(guards[i], player);
    }
}

重新开始，这里直接重新生成这个场景（注意前面的环境配置第4条操作，否则会报错）：
```
public void Restart() {
    //重新生成这个场景即可
    SceneManager.LoadScene("Scenes/SampleScene");
}
```

PlayerController角色控制器

动画控制，这里的三个变量分别对应动画控制器中的三个变量。

//获取方向键输入
Vector3 vel = rigidbody.velocity;
float v = Input.GetAxis("Vertical");
float h = Input.GetAxis("Horizontal");
bool isMove = (Mathf.Abs(v) > 0.05 || Mathf.Abs(h) > 0.05);//防止误触

//判断游戏是否进行，来确定是否可以采用走路、跑步动画
animator.SetBool("isLive", isLive);

//如果有方向键变化，则设置动画为走
if(isMove){
    animator.SetBool("isWalk", true);
}
if(!isMove){
    animator.SetBool("isWalk", false);
}

//Shift切换走跑动作
if(Input.GetKeyDown("left shift")){
    bool ret = animator.GetBool("isRun");
    animator.SetBool("isRun", !ret);
    speed = run_speed;
}

角色移动控制：

//在游戏进行状态下，控制角色移动
if(isMove && isLive){
    //获得相机的正对方向
    camera_rotate = camera.transform.eulerAngles.y / 180 * Mathf.PI;

    //给刚体一个速度，让角色向镜头方向，并综合方向键进行移动
    float sr = Mathf.Sin(camera_rotate);
    float cr = Mathf.Cos(camera_rotate);
    rigidbody.velocity = new Vector3((v * sr + h * cr) * speed, 0, (v * cr - h * sr) * speed);

    //角色也要面向镜头前方的位置
    transform.rotation = Quaternion.LookRotation(new Vector3((v * sr + h * cr), 0, (v * cr - h * sr)));
}
else{
    rigidbody.velocity = Vector3.zero;
}

镜头控制，需要写在LateUpdate函数中：

//更新相机的位置，跟随
camera.transform.position += this.transform.position - offset;
offset = this.transform.position;

//鼠标控制相机水平移动
float mouseX = Input.GetAxis("Mouse X") * rotate_speed;
camera.transform.RotateAround(this.transform.position, Vector3.up, mouseX);

EventPublishier事件发布者

在基类中，需要写通知函数：

//通知所有的订阅者
public void Notify(int e){
    for(int i=0; i<listeners.Count; i++){
        IEventHandler eventHandler = listeners[i];
        eventHandler.Reaction(e);
    }
}

在子类的Update过程中，需要实时监测是否出界或走到了哪个房间：

private void Update() {
    //获得当前所在房间号
    int ret = FindPosition(this.transform.position);

    //发生变化
    if(ret != player_sign){
        if(ret >= 0 && ret <= 8){
            //玩家还在9个房间中，通知所有巡逻兵，让他们的GuardData变化，从而采取不同操作
            player_sign = ret;
            Notify(player_sign);
        }
        else{
            //玩家出界
            GameOver();
        }
        
    }
}

当出界或碰撞导致游戏结束时，需要通知三方：

private void OnCollisionEnter(Collision other) {
    if(other.gameObject.name.Contains("Guard")){//撞到巡逻兵，游戏结束
        GameOver();
    }
}

private void GameOver(){
    //通知三方做处理：
    //玩家控制器灭活，取消玩家的动画和移动
    PlayerController playerController = GetComponent<PlayerController>();
    playerController.isLive = false;

    //场景总控制器
    sceneController.Gameover();

    //巡逻兵的GuardData变化，取消巡逻兵的动作（立刻回调）并取消动画
    Notify(-1);
}

GuardData巡逻兵数据和事件处理器

所需数据：

public float walk_speed = 1.8f;        //移速
public float run_speed = 3.5f;
public int sign;                      //巡逻兵所在区域
public bool isRun = false;            //当前是否在追逐玩家
public bool isLive = true;            //当前是否活跃
public Vector3 start_position;        //巡逻兵初始位置

响应函数，详见注释：

/*IEventHandler响应函数*/
public void Reaction(int pos){
    //游戏结束，灭活，取消巡逻兵的动作（立刻回调）并取消动画
    if(pos == -1){
        isLive = false;
        return;
    }

    //若玩家处于巡逻兵一样的位置，开始追逐；否则，结束追逐
    isRun = (pos == sign);
}

GuardFactory工厂

每次获得随机位置

//为每一个巡逻兵，在一定范围内随机生成位置。
int[] pos_x = {-5, 7, 19};
int[] pos_z = {-5, 7, 19};
int index = 0;
for(int i=0;i < 3;i++) {
    for(int j=0;j < 3;j++) {
        pos_x[i] += Random.Range(0,3);
        pos_z[i] += Random.Range(0,3);
        vec[index] = new Vector3(pos_x[i], 0, pos_z[j]);
        index++;
    }
}

导入资源

//加载巡逻兵，初始化位置和sign，并放在数组中。
for(int i = 0; i < 8; i++) {
    guard = Instantiate(Resources.Load<GameObject>("Prefabs/Guard"));
    guard.transform.position = vec[i];
    guard.GetComponent<GuardData>().sign = i;
    guard.GetComponent<GuardData>().start_position = vec[i];
    used.Add(guard);
}

GuardWalkAction巡逻模式下的动作

FixedUpdate的检测：

public override void FixedUpdate()
{
    //观察GuardData中的变量isLive（Reaction会改变这个变量）
    //若被灭活，则取消巡逻兵的动作（立刻回调）并取消动画
    if(!data.isLive){
        anim.SetBool("isLive", false);
        this.destroy = true;
        this.callback.SSActionEvent(this, SSActionEventType.Competeted, -1, this.gameobject);
        return;
    }

    //若不被灭活，则按规则走动
    Walk();

    //观察GuardData中的变量isRun（Reaction会改变这个变量）
    //如果玩家进入该区域则开始追击
    if(data.isRun){
        this.destroy = true;
        this.callback.SSActionEvent(this, SSActionEventType.Competeted, 0, this.gameobject);
    }
}

Walk函数的智能移动方案：

//获取目标位置，并转向目标位置
Vector3 dir = new Vector3(pos_x, gameobject.transform.position.y, pos_z);
gameobject.transform.LookAt(dir);

//由于有高低差等缺陷，因此采用距离而不是比较直接相等
float distance = Vector3.Distance(dir, this.transform.position);

if(distance > 0.9){
    //未到达，需要借助RigidBody移动
    Vector3 vec = data.walk_speed * gameobject.transform.forward;
    rigid.MovePosition(gameobject.transform.position + vec * Time.deltaTime);
}
else{
    //到达，转向
    Turn();
}

碰撞墙壁时转向：

private void OnCollisionEnter(Collision other) {
    if(other.gameObject.name.Contains("Wall")){
        //撞墙，转向
        Turn();
    }
}

GuardRunAction追击模式下的动作

FixedUpdate的检测：

public override void FixedUpdate() {
    //观察GuardData中的变量isLive（Reaction会改变这个变量）
    //若被灭活，则取消巡逻兵的动作（立刻回调）并取消动画
    if(!data.isLive){
        anim.SetBool("isLive", false);
        this.destroy = true;
        this.callback.SSActionEvent(this, SSActionEventType.Competeted, -1, this.gameobject);
        return;
    }
    
    //若不被灭活，则跑向玩家
    Run();

    //观察GuardData中的变量isRun（Reaction会改变这个变量）
    //如果玩家脱离该区域则继续巡逻
    if (!data.isRun) {
        this.destroy = true;
        this.callback.SSActionEvent(this, SSActionEventType.Competeted, 1, this.gameobject);
    }
}

Run跑动方案：

//控制巡逻兵跑向玩家
Vector3 dir = player.transform.position - player.transform.forward; //玩家偏后一点的位置
gameobject.transform.LookAt(dir);   //转向
Vector3 vec = data.run_speed * gameobject.transform.forward;    //设置移动向量
rigid.MovePosition(gameobject.transform.position + vec * Time.deltaTime);   //借助RigidBody移动

GuardActionManager动作管理器

这里是我一开始出现的问题，因为没有给他一个初始运动方式。因此，需要一个初始函数来让巡逻兵先走动巡逻：

public void GuardWalk(GameObject guard, GameObject player) {
    //首先需要让巡逻兵走动
    this.player = player;
    GuardWalkAction walkAction = GuardWalkAction.GetSSAction(guard.transform.position);
    this.RunAction(guard, walkAction, this);
}

动作的切换：

if (intParam == 0) {
    //巡逻状态返回，开始追逐
    GuardRunAction runAction = GuardRunAction.GetSSAction(player);
    this.RunAction(objectParam, runAction, this);
} else if(intParam == 1){
    //追逐状态返回，开始巡逻
    GuardWalkAction walkAction = GuardWalkAction.GetSSAction(objectParam.GetComponent<GuardData>().start_position);
    this.RunAction(objectParam, walkAction, this);
    sceneController.Record();
}
//对于其他状态，则是动作直接销毁，不再生成新动作