HW7: 模型与动画
4114 字
21 分钟
HW7: 模型与动画
作业简介：
- 智能巡逻兵(动画、订阅/发布模式)
智能巡逻兵
设计要求
- 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个边的凸多边形，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；
程序设计要求
- 必须使用订阅与发布模式传消息
- 工厂模式生产巡逻兵
项目地址
https://github.com/Cauchyoooo/3DGameDesign/tree/main/hw7/Assets
效果展示图
地图展示
游戏展示
玩法
你是一个狐狸妈咪，你在和你的7个小狐狸宝贝玩捉迷藏。你有一堆烦人的动物朋友，分别为猩猩、老虎和鸽子，你一靠近他们，他们就会追着你喋喋不休。要是被它们逮到，你就会被他们烦死。你要做的是快速地绕开你的烦人朋友，找到你的所有宝贝狐狸们。方向键控制行进，按住左shift键进行加速，鼠标右键移动视角。
1. 预制件制作
本次作业选用了Asset store里的资源包《Quirky Series Vol.2 [v1.3]》。
角色主要分为3类：Player玩家：大狐狸；巡逻兵：其他动物；可拾取物体：小狐狸。
组件设置
点开Jungle Vol.1/Prefabs/RedPanda_LOD1，可以看到如图所示。为了简化模型，没有使用带有Lod Group的prefabs，这里选取的是较为精细的lod1。
对于Player玩家来说，我们只需要在最外层的父对象挂一个rigidbody就行，碰撞检测的部分由其他碰撞体实现。该rigidbody属性如下图所示。这里为了方便没有使用重力。注意到Constraints处勾选了几项，是因为在调试过程中，遇到了碰撞抖动问题。本次作业角色移动没有利用物理学，碰撞后受力就会发生奇怪的运动。这里采取锁定刚体旋转和部分位移的方式解决。
对于巡逻兵来说，在最外层的父对象挂上rigidbody和两个脚本（一个是属性脚本，一个是检测玩家碰撞的脚本）。这里的rigidbody和上述设置类似。创建Collider空子对象，挂上一个方盒碰撞器并设为触发器，再挂上一个用于检测玩家范围的脚本。巡逻兵大体都也是这样做。差异只在属性脚本和检测范围上面。
对于拾取的物体来说，父对象挂一个碰撞器并设为触发器，再挂一个检测玩家碰撞的脚本即可。这里没有用mesh碰撞器，觉得拾取范围可以模糊一点。
动画控制器制作
点开官方的AC_Red Panda(Animator Controller)，我们可以看到有两个层，一个是控制整体动作，一个是控制眼睛动作。其中，整体动作可以直接通过Inspector预览，而眼睛动作需要将模型拖到Inspector才可预览，也可直接先在官方给出的Demo场景中预览。
为了简单起见，本作业只用到了其中很少的动作。
下图是Player的动画控制器，包含三个bool类型参数：存活live、是否行走isWalk、是否奔跑isRun。动作只有默认状态Idle、行走Walk、奔跑Run及死亡Death。这里Idle到Exit的过渡没有条件，会被系统自动忽略。
下图是Idle过渡到Walk的设置。注意，这里的动作大多没有Exit Time，因为满足过渡条件时，如进入行走、进入攻击等动作变化需要马上执行，不需要等待上一个动作做完。
下图是巡逻兵的动画控制器，这个更简单，其实只有行走和攻击两种状态，不过在游戏结束时，我们还是让它进入到静止状态的Idle。这里只是给出一个例子，不同的模型要匹配相应的模型动作，不然执行时模型会变成动画控制器的那个 (别问怎么知道的，问就是干过这种蠢事)。
下图是拾取的物体的动画控制器，由于动作比较简单，也加入了眼睛的变化。没被找到时，就坐在原地哭唧唧，被找到后就高兴跳起来。
到此，角色的预制件就做得差不多了。后面就是根据实际情况，还要去预先设计并记录一下巡逻兵属性脚本的数据值。
2. 场景制作
场景分两部分，摄像机Camera和地图Map。为了方便加载，这个地图是预先摆好并保存为预制件。
地图部分如下图，是Map空对象下放了子对象墙体地板等组成的。子对象部分有4类：Wall、InnerWall、Plane、Area，分别代表四面围墙、内部障碍墙、地板和各巡逻区域。Wall和InnerWall都是普通的Cube对象，Plane就是Plane对象，Area则是空对象挂上一个Box Collider和一个区域检测的脚本。位置摆放及数值等都是本人自己设计的，没什么好讲的。(这里有扇墙是假的)
然后，我们将第一步做的预制件先放在想要放的位置，记录位置数据等。因为要求用工厂模式生成巡逻兵，拾取的物体也顺便通过该模式生成了。
摄像机是使用Main Camera，为了可以通过鼠标控制视角，并跟随玩家，挂上一个Camera Flow脚本。确定好Player的初始位置，就可以确定好摄像机的初始位置了。
到此，预制部分就全部做完了，可以开始写代码了。
3. 代码解析
代码框架图
(本人还是不太习惯用UML图，思维导图既能帮助我整理结构，又能标记完成情况等，比较方便。)
Models部分
Camera Flow
摄像机跟随脚本，网络上挺多这样的模板的，这里也是随便参考了一个。因为视角只希望在水平方向移动，不希望上下或者前后移动，这里的RotateAround就只是绕着跟随的目标的Y轴旋转。
public class CameraFlow : MonoBehaviour{ public GameObject target;
Vector3 offset;
void Start() { offset = this.transform.position - target.transform.position; }
// Update is called once per frame void Update() { this.transform.position = target.transform.position + offset; Rotate(); Scale(); } //缩放 private void Scale() { float dis = offset.magnitude; dis += Input.GetAxis("Mouse ScrollWheel") * 5; if (dis < 3 || dis > 20) { return; } offset = offset.normalized * dis; } //左右移动 private void Rotate() { if (Input.GetMouseButton(1)) { Vector3 pos = this.transform.position; this.transform.RotateAround(target.transform.position, Vector3.up, Input.GetAxis("Mouse X") * 10); // 更新相对差值 offset = this.transform.position - target.transform.position; } }}Enemy Data
巡逻兵属性。每个数据的含义如注释所写。在工厂模式生成的时候，初始化数值。
public class EnemyData : MonoBehaviour{ public int AreaID; // Enemy巡逻区域序号 public bool isFollow = false; // 是否跟随玩家 public int CurID = -1; // 当前玩家所在区域序号 public GameObject player; // 玩家游戏对象 public int kind; // 巡逻类型 3/4/5边 public Vector3 startPos; // Enemy初始位置 public Vector3 lu; // Enemy巡逻区域左上角坐标 public Vector3 rd; // Enemy巡逻区域右下角坐标}Patrol Detection
巡逻检测，玩家进入范围就追捕，走出范围就停止追捕。
public class PatrolDetection : MonoBehaviour{ void OnTriggerEnter(Collider collider) { EnemyData parent = this.gameObject.transform.parent.GetComponent<EnemyData>(); //玩家进入Enemy追捕范围，开始追捕 if (collider.gameObject.tag == "Player") { //启动追捕模式 parent.isFollow = true; //将追捕对象设置为玩家 parent.player = collider.gameObject; } } void OnTriggerExit(Collider collider) { EnemyData parent = this.gameObject.transform.parent.GetComponent<EnemyData>(); //玩家跑出Enemy追捕范围/玩家跑出Enemy管控范围，结束追捕 if (collider.gameObject.tag == "Player" || parent.AreaID != parent.CurID) { //关闭追捕模式 parent.isFollow = false; //将追捕对象设置为空 parent.player = null; } }}Other Detection
// 检测玩家与巡逻兵碰撞public class PlayerDetection : MonoBehaviour{ void OnCollisionEnter(Collision other) { //当玩家与巡逻兵相撞 if (other.gameObject.tag == "Player") { //玩家死亡 other.gameObject.GetComponent<Animator>().SetBool("live",false); //Enemy发动攻击 this.GetComponent<Animator>().SetTrigger("attack_tri"); //游戏结束 Singleton<GameEventManager>.Instance.playerGameOver(); } }}
// 检测被拾取的物体(Baby)是否被碰撞(拾取)public class BabyDetection : MonoBehaviour{ void OnTriggerEnter(Collider collider) { if (collider.gameObject.tag == "Player" && this.gameObject.activeSelf) { this.gameObject.GetComponent<Animator>().SetBool("isFind",true); this.gameObject.GetComponent<BoxCollider>().enabled = false; Singleton<GameEventManager>.Instance.reduceBabyNum(); } }}
// 区域标志、检测玩家进入哪个区域public class AreaDetection : MonoBehaviour{ public int AreaID = 0; FirstSceneController sceneController;
void Start() { sceneController = Director.getInstance().currentSceneController as FirstSceneController; }
void OnTriggerEnter(Collider collider){ if(collider.gameObject.tag == "Player"){ sceneController.CurID = AreaID; } }}Actions部分
这里只介绍巡逻动作的脚本。
Enemy Walk Action
通过在矩形画凸多边形，在多边形上任意取点。多边形取点逻辑如下图所示。橙色边为给定的巡逻大范围。三角形则在紫色、绿色及黄色三条线段依次任取点；四边形则在紫色、绿色、黄色、蓝色四条线段上依次任取点；五边形则在紫色、绿色、右侧粉色、粉色定点、上方粉色，四条线段加一个定点依次取点。忽略边界的小概率实践，形成的轨迹就是指定的凸多边形。
也许会留意到轨迹周围有一段留白，那是为了避免巡逻兵在指定轨迹上行走，碰上障碍物原地不动的情况设置的。
public class EnemyWalkAction : SSAction{ private int kind = 4; // 多边形边数 // 运动范围为(areaDown,areaUp),(areaLeft,areaRight) private float areaLeft = 0; private float areaUp = 0; private float areaRight = 0; private float areaDown = 0; private float moveSpeed = 1.8f; // 移动速度 private bool isReach = true; // 是否到达目的地 private EnemyData enemyData; // Enemy数据 private List<Vector3> path = new List<Vector3>(); //存储路径点 private int curTar = 0; // 当前目标地索引
private EnemyWalkAction() { } public static EnemyWalkAction GetSSAction(int k, Vector3 start, Vector3 lu, Vector3 rd) { EnemyWalkAction action = CreateInstance<EnemyWalkAction>(); action.kind = k; action.areaLeft = lu.x; action.areaRight = rd.x; action.areaUp = lu.z; action.areaDown = rd.z; action.initPath();
return action; } Vector3 getPoint(float left, float right, float down, float up){ Vector3 res= new Vector3(0,0,0); if(left==right){ //竖线 res.x = left; res.z = Random.Range(down,up); } else if(down==up){ res.x = Random.Range(left,right); res.z = down; } else{ res.x = Random.Range(left,right); res.z = Random.Range(down,up); } return res; } void initPath() { float midx = (areaLeft+areaRight)/2; float midz = (areaUp+areaDown)/2; path.Add(getPoint(areaLeft+2f,areaLeft+2f,areaDown+2f,areaUp-2f)); path.Add(getPoint(areaLeft+2f,areaRight-2f,areaDown+2f,areaDown+2f)); // 三角形 if(kind==3){ path.Add(getPoint(areaRight-2f,areaRight-2f,midz,areaUp-2f)); } // 四边形 else if(kind==4){ path.Add(getPoint(areaRight-2f,areaRight-2f,areaDown+2f,areaUp-2f)); path.Add(getPoint(areaLeft+2f,areaRight-2f,areaUp-2f,areaUp-2f)); } // 五边形 else if(kind==5){ float quax = (midx+areaRight)/2; float quaz = (midz+areaUp)/2; path.Add(getPoint(areaRight-2f,areaRight-2f,areaDown+2f,midz)); path.Add(new Vector3(quax,0,quaz)); path.Add(getPoint(areaLeft+2f,midx,areaUp-2f,areaUp-2f)); } }
void goPatrol() { if(isReach){ curTar ++; curTar %= kind; isReach = false; } this.transform.LookAt(path[curTar]); // 只要很接近地点就相当于到了 float distance = Vector3.Distance(transform.position, path[curTar]); if (distance > 0.9) { transform.position = Vector3.MoveTowards(this.transform.position, path[curTar], moveSpeed * Time.deltaTime); } else{ isReach = true; } }
public override void Update() { // 巡逻移动 goPatrol(); // 如果巡逻兵需要跟随玩家并且玩家就在巡逻兵所在的区域，巡逻动作停止 if (enemyData.isFollow && enemyData.CurID == enemyData.AreaID) { this.destroy = true; this.callback.SSActionEvent(this, 0, this.gameObject); } } public override void Start() { this.gameObject.GetComponent<Animator>().SetBool("isWalk", true); enemyData = this.gameObject.GetComponent<EnemyData>(); }}Controllers部分
First Scene Controller
简单讲一下场景控制器。实现了消息订阅，实现了用户动作接口和场景动作接口。其中，有一个需要注意的点是 Restart 使用了SceneManager.LoadScene();，可以加载指定场景，比较方便。
public class FirstSceneController : MonoBehaviour, IUserAction, ISceneController{ public PropFactory factory; // Enemy和Baby工厂 public ScoreController scoreController; // 记分员 public EnemyActionManager manager; // 运动管理器 public myUserGUI userGUI; // 用户界面 public int CurID = -1; // 当前玩家所于检测区域的序号 public GameObject player; // 玩家 public Camera cam; // 主相机 public float moveSpeed = 5; // 玩家移动速度 public float rotateSpeed = 250f; // 玩家旋转速度 private List<GameObject> enemies; // 场景中Enemy列表 private List<GameObject> babies; // 场景Baby列表 private bool isGameOver = false; // 游戏是否结束
void Update() { for (int i = 0; i < enemies.Count; i++) { enemies[i].gameObject.GetComponent<EnemyData>().CurID = CurID; } // Baby收集完毕 if(scoreController.getBabyNum() == 0) { GameOver(); } } void Start() { Director director = Director.getInstance(); director.currentSceneController = this; gameObject.AddComponent<PropFactory>(); factory = Singleton<PropFactory>.Instance; manager = gameObject.AddComponent<EnemyActionManager>() as EnemyActionManager; scoreController = gameObject.AddComponent<ScoreController>() as ScoreController; userGUI = gameObject.AddComponent<myUserGUI>() as myUserGUI; LoadResource(); cam.GetComponent<CameraFlow>().target = player;
}
public void LoadResource() { Instantiate(Resources.Load<GameObject>("Prefabs/Map")); player = Instantiate(Resources.Load("Prefabs/Player"), new Vector3(0, 0, 0), Quaternion.identity) as GameObject; babies = factory.getBabies(); enemies = factory.getEnemies();
// 所有巡逻兵移动 for (int i = 0; i < enemies.Count; i++) { manager.Walk(enemies[i]); } }
// 玩家移动 public void movePlayer(float tranX, float tranZ, bool isShift) { if(!isGameOver) { if (tranX != 0 || tranZ != 0) { player.GetComponent<Animator>().SetBool("isWalk", true); // 如果shift加速 if (isShift){ player.GetComponent<Animator>().SetBool("isRun", true); moveSpeed = 10; } else{ player.GetComponent<Animator>().SetBool("isRun", false); moveSpeed = 5; } } else { player.GetComponent<Animator>().SetBool("isWalk", false); return; } // 移动和旋转 player.transform.Translate(0, 0, tranZ * moveSpeed * Time.deltaTime); player.transform.Rotate(0, tranX * rotateSpeed * Time.deltaTime, 0);
// 防止碰撞带来的移动 if (player.transform.localEulerAngles.x != 0 || player.transform.localEulerAngles.z != 0) { player.transform.localEulerAngles = new Vector3(0, player.transform.localEulerAngles.y, 0); } if (player.transform.position.y != 0) { player.transform.position = new Vector3(player.transform.position.x, 0, player.transform.position.z); } } }
public int getScore() { return scoreController.getScore(); }
public int getBabyNum() { return scoreController.getBabyNum(); } public bool getGameOver() { return isGameOver; } public void Restart() { SceneManager.LoadScene("Scenes/startScene"); }
void OnEnable() { GameEventManager.scoreChange += addScore; GameEventManager.gameOverChange += GameOver; GameEventManager.babyChange += reduceBabyNum; } void OnDisable() { GameEventManager.scoreChange -= addScore; GameEventManager.gameOverChange -= GameOver; GameEventManager.babyChange -= reduceBabyNum; }
void reduceBabyNum() { scoreController.reduceBaby(); } void addScore() { scoreController.addScore(); } void GameOver() { isGameOver = true; factory.stopEnemies(); manager.DestroyAllAction(); }}Others部分
Game Event Manager
订阅/发布模式（又叫观察者模式，事件-代理机制 ， 事件的代理模型）。
public class GameEventManager : MonoBehaviour{ // 分数变化 public delegate void ScoreEvent(); public static event ScoreEvent scoreChange; // 游戏结束 public delegate void GameOverEvent(); public static event GameOverEvent gameOverChange; // Baby数量 public delegate void BabyEvent(); public static event BabyEvent babyChange;
// 分数变化 public void playerEscape() { if (scoreChange != null) { scoreChange(); } } // 游戏结束 public void playerGameOver() { if (gameOverChange != null) { gameOverChange(); } } // Baby数量 public void reduceBabyNum() { if (babyChange != null) { babyChange(); } }}delegate关键字定义了函数类型ScoreEvent、GameOverEvent、BabyEvent等的代理类型。静态变量scoreChange、gameOverChange、babyChange就是相应的“被订阅的主题”。
如下图 FirstSceneController 里的调用，+= 部分表示左边的函数一被调用，就会通知所有带有右边函数的对象要进行调用右边的函数，相当于右边订阅了左边。而 -= 就代表取消订阅了。
这里的playerEscape()等函数是一个接口，当调用时，就在告诉记分员要计分addScore()了。
Views部分
myUserGUI
用户界面，也是大同小异。
这里主要是为了提到一个悬浮提示的小制作。格式如下，其中tipStyle为可选
GUI.Button(new Rect(0,0,0,0), new GUIContent("提示", "提示内容"));GUI.Label(new Rect(1,1,1,1), GUI.tooltip[, tipStyle]);第一次知道，IMGUI里的内容可以使用 \n 来换行。
public class myUserGUI : MonoBehaviour{ private IUserAction action; private GUIStyle scoreNumStyle = new GUIStyle(); private GUIStyle scoreTextStyle = new GUIStyle(); private GUIStyle scoreShadowStyle = new GUIStyle(); private GUIStyle titleStyle = new GUIStyle(); private GUIStyle shadowStyle = new GUIStyle(); private GUIStyle tipStyle = new GUIStyle();
void Start () { action = Director.getInstance().currentSceneController as IUserAction; scoreNumStyle.normal.textColor = new Color(1,0.92f,0.016f,1); scoreNumStyle.fontSize = 30; scoreTextStyle.normal.textColor = new Color(0, 0, 0, 1); scoreTextStyle.fontSize = 30; scoreShadowStyle.normal.textColor = new Color(1,1,1,0.4f); scoreShadowStyle.fontSize = 30; titleStyle.normal.textColor = new Color(0.47F,0.4F,0.93F,1); titleStyle.fontSize = 40; shadowStyle.normal.textColor = new Color(1,1,1,0.5f); shadowStyle.fontSize = 40; tipStyle.normal.textColor = new Color(0.54f,0.27f,0.04f,1); tipStyle.fontSize = 18;
}
void Update() { //获取方向键的偏移量 float tranX = Input.GetAxis("Horizontal"); float tranZ = Input.GetAxis("Vertical"); bool isShift = Input.GetKey(KeyCode.LeftShift); //移动玩家 action.movePlayer(tranX, tranZ, isShift); } private void OnGUI() { GUI.skin.button.fontSize = 20; GUI.Label(new Rect(10, 5, 200, 50), "分数:", scoreTextStyle); GUI.Label(new Rect(9, 4, 200, 50), "分数:", scoreShadowStyle); GUI.Label(new Rect(90, 5, 200, 50), action.getScore().ToString(), scoreNumStyle); GUI.Label(new Rect(Screen.width - 245, 5, 200, 50), "剩余小狐狸数:", scoreTextStyle); GUI.Label(new Rect(Screen.width - 246, 4, 200, 50), "剩余小狐狸数:", scoreShadowStyle); GUI.Label(new Rect(Screen.width - 50, 5, 50, 50), action.getBabyNum().ToString(), scoreNumStyle); if(action.getGameOver() && action.getBabyNum() != 0) { GUI.Label(new Rect(Screen.width / 2 - 80, Screen.height / 2 - 100, 100, 100), "游戏结束", titleStyle); GUI.Label(new Rect(Screen.width / 2 - 78, Screen.height / 2 - 98, 100, 100), "游戏结束", shadowStyle); if (GUI.Button(new Rect(Screen.width / 2 - 50, Screen.height / 2 , 100, 50), "重新开始")) { action.Restart(); return; } } else if(action.getBabyNum() <= 0) { GUI.Label(new Rect(Screen.width / 2 - 80, Screen.height / 2 - 100, 100, 100), "恭喜胜利", titleStyle); GUI.Label(new Rect(Screen.width / 2 - 78, Screen.height / 2 - 98, 100, 100), "恭喜胜利", shadowStyle); if (GUI.Button(new Rect(Screen.width / 2 - 50, Screen.height / 2 , 100, 50), "重新开始")) { action.Restart(); return; } }
GUI.Button(new Rect(Screen.width / 2 - 50 ,10, 100, 50), new GUIContent("提示规则", "按WSAD或方向键移动\n按左Shift键进行加速\n成功躲避猛兽追捕加1分\n找到所有小狐狸即可获胜\n鼠标右键实现视角转动")); GUI.Label(new Rect(Screen.width / 2 - 80 ,80, 150, 120), GUI.tooltip, tipStyle); }
}小结
-
学会了动画控制器的使用；
-
理解了订阅/发布模式；
-
了解到了碰撞抖动、IMGUI的悬浮提示做法等。
-
Player与一个被拾取物体的碰撞按道理只会触发一次。碰撞很偶尔会出现两次的情况，没有解决这个bug。
-
巡逻兵没有加变速功能，且探测范围设置较小，游戏难度比较低。
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