Unity3D學習（五）：實現一個簡單的視覺感知

前言

在很多第一人稱或者第三人稱射擊游戲的單人模式中，玩家的樂趣往往來源於和各式各樣的AI敵人的戰斗。而戰斗的爆發很多時候是因為這些AI在“看見”玩家后就會立即做出反應，比如開火、呼叫同伴、躲藏或者逃跑等。

所以這些AI到底是如何探測，或者說”看到“玩家位置的？

別人的例子

參考了知乎 給貓看的游戲AI實戰（二）視覺感知初步 這篇文章。

這篇文章中，原作者讓玩家站在敵人的角度來探測目標，它通過向正前方一定扇形區域發射一堆射線來探測目標的位置，如下圖：

 這種方法雖然實現起來比較簡單，但它主要有兩個弊端：

1.同一時間內發射大量的射線，對游戲本身的優化來說很不好，容易造成卡頓。

2.如果要探測的物體比較小，甚至比兩條射線之間的間隔還小，那么射線是無法探測到這個物體的。

另一種解決思路

原文的評論中，有人提到可以基於探測者自身構建一個球體來探測周圍的物體。

因此我們可以用Unity自帶的Sphere觸發器或者Physics里的OverLaps來構建一個球體探測區域，如下圖：

 這里我用的是Overlaps，代碼如下:

玩家，即探測者

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class Player : MonoBehaviour {
    public float moveSpeed;    //移動速度
    public float EyeViewDistance; //視野距離
    public float viewAngle = 120f; //視野角度

    private Rigidbody rb;
    private Collider[] SpottedEnemies; //附近的敵人
    // Use this for initialization
    void Start () {
        rb = GetComponent<Rigidbody>();
    }


    private void FixedUpdate()
    {
        DetectEnemy();
    }

    // Update is called once per frame
    void Update ()
    {
        //AutoMove();
        MoveAndTurn();
        Debug.DrawLine(transform.position, transform.forward * 100, Color.red); //紅色射線，面對的方向
    }


    void AutoMove()  //向面對的方向自動移動
    {
        transform.position += transform.forward * moveSpeed * Time.deltaTime;
    }

    void MoveAndTurn()  //玩家移動
    {
        Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);
        RaycastHit hitInfo = new RaycastHit();
        //shoot a ray from cam to mouse position which is only detected by gameobject with "Plane" layer.
        Physics.Raycast(ray, out hitInfo, 100, LayerMask.GetMask("Plane"));
        if (hitInfo.collider != null)
        {
            transform.LookAt(new Vector3(hitInfo.point.x, transform.position.y, hitInfo.point.z));
        }
        rb.velocity = new Vector3(Input.GetAxisRaw("Horizontal"), 0, Input.GetAxisRaw("Vertical")).normalized * moveSpeed;
    }

    void DetectEnemy()  //探測敵人
    {
        //OverlapSphere內的敵人
        SpottedEnemies = Physics.OverlapSphere(transform.position, EyeViewDistance, LayerMask.GetMask("Enemy"));
        for(int i = 0;i < SpottedEnemies.Length;i++) //檢測每一個敵人是否在視野區中
        {
            Vector3 EnemyPosition = SpottedEnemies[i].transform.position; //敵人的位置

            //Debug.Log(transform.forward + " 面對的方向");
            //Debug.Log("夾角為:" + Vector3.Angle(transform.forward, EnemyPosition - transform.position));

            Debug.DrawRay(transform.position, EnemyPosition - transform.position, Color.yellow); //玩家位置到敵人位置的向量
            if (Vector3.Angle(transform.forward, EnemyPosition - transform.position) <= viewAngle/2)  //這個敵人是否在視野內
            {
                //如果在視野內
                RaycastHit info = new RaycastHit();
                int layermask = LayerMask.GetMask("Enemy", "Obstacles"); //指定射線碰撞的對象
                Physics.Raycast(transform.position, EnemyPosition - transform.position, out info,EyeViewDistance,layermask); //向敵人位置發射射線
                Debug.Log(info.collider.gameObject.name);
                if(info.collider == SpottedEnemies[i]) //如果途中無其他障礙物，那么射線就會碰撞到敵人
                {
                    DiscoveredEnemy(SpottedEnemies[i]);
                }
            }
        }
    }

    void DiscoveredEnemy(Collider Enemy) //發現敵人
    {
        //Do something
        Debug.Log("發現敵軍:" + Enemy.gameObject.name);
        Enemy.GetComponent<Enemy>().BeDiscovered();
    }
}

SpottedEnemies是一個Collider數組，我用它來保存這一幀當中處於OverlapSphere形成的球體區域的所有敵人對象,（LayerMask可以讓Overlaps的球體只和指定layer的對象發生交互）。然后計算玩家面對的方向和探測到的目標方向的夾角Vector3.Angle(transform.forward, EnemyPosition - transform.position),如下圖：

forwar向量代表玩家面朝的方向,v1代表探測到的物體相對於玩家位置的方向，紅色扇形區域代表玩家的視野范圍。那么計算這兩個向量的夾角，然后判斷下這個夾角是否小於扇形區夾角的一半（即探測目標是否在玩家視野內）就行了。如果夾角小於視野夾角的一半，那么我們再向目標位置發射一根射線，然后看下射線碰撞到的物體是否是目標對象就行，因為如果玩家和目標之間有障礙物的話，那么射線是會被障礙物擋下來的（也就是說玩家的"視野"被障礙物"遮擋"了）。

Enemy,被探測的目標

這里設定被探測的目標脫離玩家視野一定時間后重新進入隱形狀態。

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class Enemy : MonoBehaviour {
    public float HideCoolDown = 0.3f; //隱藏自己的冷卻時間
    public float AppearTime;   //最后一次被發現的時刻
    private MeshRenderer mr;
    // Use this for initialization
    void Awake()
    {
        mr = GetComponent<MeshRenderer>();
    }

    private void Start()
    {
        mr.enabled = false;
    }

    // Update is called once per frame
    void Update ()
    {
        if (Time.time - AppearTime < HideCoolDown) 
            return;
        if (mr.enabled)
            mr.enabled = false;
    }

    public void BeDiscovered() //被發現了
    {
        mr.enabled = true;
        AppearTime = Time.time;
    }
}

最后實現的效果圖如下:

這種方法就不用發射大量的射線，而且只會對進入球形探測區域且處於視野范圍內的物體發射射線，並且也避免了小物體無法被探測的bug。

 

參考資料

知乎：U3d開發中大部分事件都是用數學進行計算判定的嗎？ 最高票答案  作者：Meta42

貓看的游戲AI實戰（二）視覺感知初步    作者：馬遙