筆記 navmesh
目錄
1 簡介
RecastNavigation 是一個導航尋路工具集，Unity和UE4就是用的這個庫，開發者叫 Mikko Mononen。
它包括Recast和Detour兩個子集。
1.1 Recast
Recast 是一個網格導航工具集，一般是用在游戲里。
優勢：
- 自動化的。 用的時候就是把任意層次的幾何體扔進去處理，然后會給你一堆網格信息。
- 處理比較快。
- 開源的，可以自己改代碼定制。
處理過程大概分為三個步驟：
- 體素化模型
- 用輸入的三角形網格體構建出多層的高度場。
- 先體素化，用源幾何體構造出實心的高度場，表示障礙空間，包括地面、牆體等；
- 然后將實心高度場的上表面中連續的區間合並為聯通區域，構造出緊湊高度場，表示可行走的開放空間。
- 這個時候可以做一些簡單的篩選，去除掉角色不可到達的位置，比如空氣牆外面、空間太小不能容納角色的地方、大石頭里面。
- 用輸入的三角形網格體構建出多層的高度場。
- 分割聯通區域
把角色可行走的區域划分成簡單的二維疊加區域，會得到一個不重疊的輪廓線，這大大簡化了最后一步。 - 將聯通區域簡化成多邊形
通過先追蹤邊界，再對邊界進行簡化，使導航多邊形從區域中剝離出來。最終得到的多邊形被轉化成了凸多邊形，非常適合用於尋路和層次空間推理。
1.2 Detour
Detour 是一個尋路和空間推理工具包，recast必須要跟Detour結合起來用。 任何導航網格都可以和Detour結合用，但recast生成的是最切合的。
Detour會提供一個適用於許多簡單情況的簡單靜態導航網格，以及允許添加和刪除片段的分塊導航網格。
分塊的網格，可以隨着玩家在關卡中前進，輸入和輸出新的導航數據，或者隨着地圖的變化重新生成tiles。
2 Recast Demo
在源碼的RecastDemo目錄下，a kitchen sink demo，包含了這個庫所有功能。 用來學習這個庫的，而且可以編譯出一個可執行文件，可以用來測試驗證。
官方建議，剛開始學的話，先去看Sample_SoloMesh.cpp這個文件，可以搞清楚編譯導航網格的步驟；看NavMeshTesterTool.cpp這個文件，可以知道Detour是怎么尋路的。
2.1 windows下編譯Recast Demo
- 下載premake5(需要用它生成vs的編譯項目)，解壓到RecastDemo目錄下。
- 下載SDL2(recast的功能依賴SDL庫)，解壓到RecastDemo\Contrib目錄下，改名成SDL。到RecastDemo\Contrib\SDL目錄下，如果沒有lib目錄：
- 那就到VisualC目錄下，vs打開SDL.sln，選擇Win32、Debug，編譯。
- 把編出來的RecastDemo\Contrib\SDL\VisualC\Win32\Debug 下的文件復制到RecastDemo\Contrib\SDL\lib\x86
- 總之RecastDemo\Contrib\SDL\lib\x86這個路徑下要有庫文件。
- 在RecastDemo目錄下，cmd打開命令行，輸入 premake5 vs2019 (vs版本要對應自己已安裝的版本)
- vs打開生成的RecastDemo\Build\vs2019\recastnavigation.sln，編譯。
- 編譯出來的RecastDemo\Bin\RecastDemo.exe 即是可執行文件。
2.2 Recast Demo使用
2.2.1 基本使用
- 在RecastDemo\Bin\Meshes目錄下有三個樣例文件。
- 在RecastDemo\Bin\TestCases目錄下可以添加測試文本，編譯出來的RecastDemo\Bin\Tests.exe，可以用來做單元測試。 命令行運行它會指示哪些是失敗的，並統計成功的數量。
- 運行RecastDemo.exe后，右側有兩個選項 :
- Sample 三種編譯類型選擇，對應源碼里Sample的三個派生類
- Solo Mesh 表示純粹的鄰接凸多邊形集合。 就是直接整個網格體按步驟搞。
- Tile Mesh 表示基於tile划分的N個鄰接凸多邊形集合。 就是先分塊然后再按步驟搞，可以很方便地動態改變地形。
- Temp Obstacles 表示支持動態障礙物。 也是基於tile划分的N個鄰接凸多邊形集合，但它可以動態添加刪除障礙物，游戲里應該都是用這種。
- Input Mesh 就是輸入進去處理的原始網格體，可以選三個樣例文件試試。
- Sample 三種編譯類型選擇，對應源碼里Sample的三個派生類
- 剛開始用，選Solo Mesh和nav_test.obj，然后點Build。
- WSADQE鍵移動視角，拖動右鍵旋轉。 點右鍵選開始點，點左鍵選結束點，就可以看到路徑了。
2.2.2 Properties屬性參數
rasterization 體素化 :
Cell Size : 體素在X-Z-plane上的大小。 決定了網格的精度。 越小越精細，但時間和內存消耗相應也越大。
核心設置，會影響到其他參數。
Cell Height : 體素在Y-plane上的大小。 值較小並不會對內存消耗產生顯著影響；
較低的值雖然能夠使網格貼合原始圖形，但是如果是凹凸不平的地形，較低的值可能會造成鄰接的網格之間產生斷裂，
導致本來應該連在一起的網格造分離。
Agent 角色 :
Height : 角色高度，單位米
Radius : 角色半徑，單位米
MaxClimb : 角色最大可跨越不同地形時的高度，比如上樓梯時，單位米
MaxSlope : 角色最大可通過的斜坡的傾斜度，單位度
Region 區域 :
Min Region Size : 區域最小尺寸，單位體素
regionMinSize = sqrt(regionMinArea)
Merged Region Size : 合並區域尺寸，當一個區域小於該尺寸時，如果可以，則會被合並進一些大的區域。單位體素
regionMergeSize = sqrt(regionMergeArea)
Partitioning 分割區域的算法 :
Watershed : 分水嶺算法，默認是用這個
Monotone : 單調
Layers : 按層次
Filtering 篩選，即要剔除的選項 :
Low Hanging Obstacles : 低掛障礙物
Ledge Spans : 壁架
Walkable Low Height Spans : 高度較低的區間
Polygonization 多邊形 :
Max Edge Length : 邊最大長度，單位米
Max Edge Error : 邊最大誤差，單位體素
Verts Per Poly : 每個多邊形的最大頂點數
DetailMesh 詳細Mesh數據設置 :
Sample Distance : Detail sample 的長度，單位體素
Max Sample Error : Detail sample 的最大誤差，單位體素高度
Keep Itermediate Results : 是否保持中間結果
Build All Tiles : 編譯所有的tiles
Tiling :
Tile Size : tile邊長，單位體素
Tile Cache : tile緩存
Draw : 顯示方式，很有用。 從原始幾何體到導航網格，可以看到各個階段的結果。
CritterAI 的一些參數：
參考CritterAI插件CritterAI與Recast Navigation尋路
minTraversableHeight : 最低可通過高度，設定從底部邊界到頂部邊界之間的最低高度，該高度為模型可通過的高度.
設定值的大小至少得是cellHeight的2倍
maxTraversableStep : 可跨越不同地形時的高度，設定像是從普通平面移動到樓梯這樣的地形是否可通過的高度閥值.
值設定必須大於cellHeight的2倍
maxTraversableSlope : 最大可通過的斜坡的傾斜度
clipLedges : 邊緣突出部分是否可以行走
traversableAreaBorderSize : 可行走區域與阻擋物之前的距離大小. 值設定必須大於cellSize的2倍
smoothingThreshold : 當產生用於表示派生區域的距離場時，會被使用該值
useConservativeExpansion : 是否應用一些算法來避免產生殘缺的區域
minUnconnectedRegionSize : 最小的無法被連接的區域（這里的區域指的是在網格生成之前，某些要與其他區域連接的區域）
maxEdgeLength : 指示網格邊界的多邊形最大的邊
edgeMaxDeviation : 網格邊界與原始集合圖形的偏離量
maxVertsPerPoly : >= 3, 每個多邊形的最大頂點數
contourSampleDistance : 設置采樣距離，類似游戲中的凹凸貼圖類似概念，用於NavMesh過程中的Generate Detailed Mesh,
匹配原始集合圖形表面的網格（利用生成更加精細的三角形保證網格來貼合那些凹凸不平的地表）.
當值在0.9以下時會關閉這個特性.
contourMaxDeviation : 最大的采樣偏移距離，最好和contourSampleDistance結合起來看，其效果的精確度受到contourSampleDistance的影響.
為0時，這個特性選項無效,在實際使用時發現在這個值越接近0，其生成的網格就越偏離原始圖形.
2.2.3 Tools
Test Navmesh : 可以做一些測試，甚至可以自己改源碼添加接口，用來測試一些功能
Pathfind Follow : 虛線
Pathfind Straight : 直線
Vertices at crossings : 選項，顯示路徑上的點
None
Area
All
Pathfind Sliced : 切片
Distance to Wall : 顯示起點到最近牆壁的距離
Raycast : 起點往終點打一條射線，遇到障礙物停下
Find Polys in Circle : 在以起點為中心，起點到終點為半徑的圓內，找出所有多邊形
Find Polys in Shape : 在長方形內，找出所有多邊形
Find Local Neighbourhood : 找出起點周圍的多邊形
Set Random Start : 隨機設置起點
Set Random End : 隨機設置終點
Make Random Points : 隨機選一些點
Make Random Points Around : 在以起點為圓心的一個圓內，按權重找一些多邊形，然后在這些多邊形上找一些點。
注，這些點可能不在圓內 (這個有點坑，游戲里大概率也會用到這個接口，
即想在圓內隨機一個點，但有可能隨機出的點不在圓內)
Include Flags : 地形篩選
Exclude Flags
Walk
Swim
Door
Jump
Prune Navmesh
Create Off-Mesh Connections
Create Convex Volumes
Create Crowds
3 recast navigation 源碼分析
參考Steve Pratt的文檔，建議自己去看看，文檔詳細全面。
主要三個模塊：
- Recast : 創建網格數據，Detour的前置工作
- Detour : 用Recast生成的數據，創建、操作和查詢導航網格
- Crowd : 實現了局部轉向和動態避障功能
3.1 Recast
構建導航網格數據有很多種方法，其中一種比較簡單的做法是：
1. 預處理輸入進去的三角形網格
2. 構建一個實心高度場rcHeightfield
3. 構建一個緊湊高度場rcCompactHeightfield
4. 構建一個輪廓線集合rcContourSet
5. 構建凸多邊形rcPolyMesh
6. 構建詳細數據rcPolyMeshDetail
7. 用rcPolyMesh 和 rcPolyMeshDetail 構建出適用於Detour的導航網格tile
主要類的生命周期處理：
1. 用Recast allocator分配對象 (如 rcAllocHeightfield)
2. 初始化或構建對象 (如 rcCreateHeightfield)
3. 根據需求更新對象 (如 rcRasterizeTriangles)
4. 使用該對象
5. 用Recast allocator釋放對象 (如 rcFreeHeightField)
3.2 Detour
3.3 Crowd
3.4 Recast Demo源碼
主要邏輯在recastnavigation\RecastDemo\Source\Sample_TileMesh.cpp Sample_TileMesh::handleBuild()
4 如何用到自己項目里
源碼的DebugUtils, Detour, DetourCrowd, DetourTileCache, Recast文件夾加到項目里去，可以都打成庫，然后自己封裝一下外層接口。
關卡構建數據要用到DebugUtils, Recast, Detour。 游戲運行時只要用到Detour。
參考
recastnavigations github源碼
Recast Navigation文檔 by Steve Pratt
CritterAI 官方文檔 (基於RecastNavigation的一個尋路插件)
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從零開始學習導航網格#2 編譯RecastNavigation
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