【Unity】高级——有限状态机

鸡先生

发布于 2023-05-01 16:17:36

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简介

有限状态机是unity游戏开发中经常用到的一个概念，能制作敌人AI，玩家控制器等。

有限状态机允许对象在内部状态发生改变时改变它的行为，对象看起来好像修改了它的类

实现：将一个个具体的状态类抽象出来

经典案例：玩家行动器

案例中玩家行动包括：待机、移动、跳跃、冲刺、爬墙等

而这么多状态我们再进一步将其分为：

【在墙上的状态】

【在地面的状态】

【玩家能力状态】

比较特殊的是玩家在空中的状态，我们需要做很多判断，所以不将其抽象，同样的还有冲刺状态。

前期准备

新的输入系统（Input System）

在开始制作状态机前，我们需要将输入系统也更新一下：在包管理器中找到Input System 然后引入

然后在创建中找到 Input Actions 将其命名为Player

双击进入编辑窗口

设置Movement的输入

录入键盘时点击Listen然后再按你想监听的键

记得设置你的方向

然后在玩家对象上创建Player Input组件，将刚刚创建好的Input System文件挂载上去

创建C# 脚本 PlayerInputManage

public class PlayerInputManage : MonoBehaviour
{
    //新输入系统文件
    private PlayerInput playerInput;

    //初始移动输入
    public Vector2 RawMovementInput { get; private set; }

    //X：横轴输入值 Y：纵轴输入值
    public int NormInputX { get; private set; }
    public int NormInputY { get; private set; }

    private void Start()
    {
        playerInput = GetComponent<PlayerInput>();
    }

    public void OnMoveInput(InputAction.CallbackContext context) 
    {
        RawMovementInput = context.ReadValue<Vector2>();

        NormInputX = Mathf.Abs(RawMovementInput.x) > 0.5f ? (int)(RawMovementInput * Vector2.right).normalized.x : 0;
        NormInputY = Mathf.Abs(RawMovementInput.y) > 0.5f ? (int)(RawMovementInput * Vector2.up).normalized.y : 0;
    }
}

创建好后回到我们的Player Input文件，点开GamePlayer

将Player脚本挂载上去

然后在PlayerInputManage中找到刚刚写好的OnMoveInput方法

玩家数据设计

[CreateAssetMenu(fileName ="newPlayerData",menuName ="Data/Player Data/Base Data")]
public class PlayerData : ScriptableObject
{
    [Header("移动相关")]//移动速度
    public float movementVelocity = 10f;
}

创建完PlayerData脚本后，我们右键 -> 数据 ->

玩家状态设计

public class PlayerState
{
    protected Player player;
    protected PlayerStateMachine stateMachine;
    protected PlayerData playerData;

    protected float startTime;//通用计时器

    protected bool isAnimtionFinished;//动画是否完成
    protected bool isExitingState;//是否已经切换完状态

    private string animBoolName;//动画器条件切换

    //初始化
    public PlayerState(Player player, PlayerStateMachine stateMachine, PlayerData playerData,string animBoolName)
    {
        this.player = player;
        this.stateMachine = stateMachine;
        this.playerData = playerData;
        this.animBoolName = animBoolName;
    }

    // 状态开始
    public virtual void Enter()
    {
        Dochecks();
        player.Anim.SetBool(animBoolName,true);
        startTime = Time.time;
        Debug.Log(animBoolName);
        isAnimtionFinished = false;
        isExitingState = false;
    }

    // 状态结束
    public virtual void Exit()
    {
        player.Anim.SetBool(animBoolName,false);
        isExitingState = true;
    }

    // 逻辑更新
    public virtual void LogicUpdate(){ }

    // 物理更新
    public virtual void PhysicsUpdate() => Dochecks();

    // 图层检测
    public virtual void Dochecks() { }

    // 开始动画触发
    public virtual void AnimationTrigger() { }

    // 结束动画触发
    public virtual void AnimtionFinishTrigger() => isAnimtionFinished = true;
}

玩家实体设计

public class Player : MonoBehaviour
{
    //状态变量
    public PlayerStateMachine StateMachine{ get; private set;}//状态管理器

    public PlayerIdleState IdleState { get; private set; }//待机
    public PlayerMoveState MoveState { get; private set; }//移动

    //玩家数据
    [SerializeField]
    private PlayerData playerData;

    //组件变量
    public Animator Anim { get; private set;}//动画器
    public PlayerInputManage InputManage{ get; private set;}//玩家输入管理
    pubilc Rigidbody2D RB { get; private set;}//刚体

    public Vector2 CurrentVelocity { get; private set; }//当前速度
    public int FacingDirection { get; private set; }//面朝方向

    private Vector2 workspace;//工作空间

    private void Awake()
    {
        //AWake在Start前执行，且只执行一次。可用来初始化玩家状态控制器，以及玩家状态
        StateMachine = new PlayerStateMachine();

        IdleState = new PlayerIdleState(this,StateMachine,playerData,"idle");
        MoveState = new PlayerMOveState(this,StateMachine,playerData,"move");
    }

    private void Start()
    {
        //Start也只执行一次，但在AWake之后。通常是为组件赋值以及执行初始化方法
        Anim = GetComponent<Animator>();
        InputManage = GetComponent<PlayerInputManage>();
        RB = GetComponent<Rigidbody2D>();

        FacingDirection = 1;

        StateMachine.Initialize(IdleState);
    }

    private void Update()
    {
        //在每一帧执行：确定当前速度，执行当前状态的任务方法
        CurrentVelocity = RB.velocity;
        StateMachine.CurrentState.LogicUpdate();
    }

    private void FixedUpdate()
    {
        //在Update后执行但并不是每一帧都执行：常用于物理检测
        StateMachine.CurrentState.PhysicsUpdate();
    }
}

玩家状态管理类

public class PlayerStateMachine
{
    //当前状态
    public PlayerState CurrentState { get; private set; }

    //初始化状态
    public void Initialize(PlayerState startingState) 
    {
        CurrentState = startingState;
        CurrentState.Enter();
    }

    //切换状态
    public void ChangesState(PlayerState newState)
    {
        CurrentState.Exit();
        CurrentState = newState;
        CurrentState.Enter();
    }
}

玩家待机/移动

当准备好 Player(实体类)、PlayerState(状态父类)、PlayerStateMachine(状态管理类)后，就可以开始写第一个状态类来体验有限状态机的魅力。

通过设计书发现还有3个超级类： Grounded（在地面）、TouchingWall(在墙上)、Ability(玩家能力) 它们继承于玩家状态类。

public class PlayerGroundedState : PlayerState
{
    protected int xInput;
    protected int yInput;

    public PlayerGroundedState(Player player, PlayerStateMachine stateMachine, PlayerData playerData, string animBoolName) : base(player, stateMachine, playerData, animBoolName)
    {
    }

    public override void Dochecks()
    {
        base.Dochecks();
    }

    public override void Enter()
    {
        base.Enter();
    }

    public override void Exit()
    {
        base.Exit();
    }

    public override void LogicUpdate()
    {
        base.LogicUpdate();

        xInput = player.InputManage.NormInputX;
        yInput = player.InputManage.NormInputY;
    }

    public override void PhysicsUpdate()
    {
        base.PhysicsUpdate();
    }
}

因为玩家执行待机以及移动状态时是在地上的，所以需要继承 PlayerGroundedState 这个状态。我们可以先思考一下：在待机状态需要检测什么，以及如何从待机状态切换出去？你可能会想做一个随机的待机动作，也只需要在LogicUpdate中创建随机数，然后根据随机数切换待机动画。

在视觉上我们想要玩家从移动到待机灵敏一点，也就是放开移动，玩家就立马进入待机状态。回到Player文件中，需要设置一下玩家在X轴上的速度

public class Player : MonoBehaviour
{
    //设置X轴的速度
    public void SetVelocityX(float velocity)
    {
        workspace.Set(velocity, CurrentVelocity.y);
        RB.velocity = workspace;
        CurrentVelocity = workspace;
    }
}

这样就可以在待机状态开始时设置玩家在X轴上的速度，你可以注释掉该行代码试一下两者的手感因为在待机状态我们并不需要做更多物理检测，所以只需要注重逻辑执行就好。

public class PlayerIdleState : PlayerGroundedState
{
    public PlayerIdleState(Player player, PlayerStateMachine stateMachine, PlayerData playerData, string animBoolName) : base(player, stateMachine, playerData, animBoolName)
    {
    }

    public override void Dochecks()
    {
        base.Dochecks();
    }

    public override void Enter()
    {
        base.Enter();
        //在状态开始时设置玩家的移动速度为0；
        player.SetVelocityX(0f);
    }

    public override void Exit()
    {
        base.Exit();
    }

    public override void LogicUpdate()
    {
        base.LogicUpdate();
        if(!isExitingState)
        {//没有结束状态
            if (xInput != 0)
            {//且有X轴上的输入
                stateMachine.ChangesState(player.MoveState);
            }
            else if(yInput == -1)
           {//或有Y轴上的向下的输入
                //TODO:切换到下蹲状态
           }
        }
    }

    public override void PhysicsUpdate()
    {
        base.PhysicsUpdate();
    }
}

接着写玩家的移动状态，由于要写的是2D项目，所以需要检测玩家做左右移动旋转玩家方向，回到Playe实体类中

public class Player : MonoBehaviour
{
    /// <summary>
    /// 检测是否转向
    /// </summary>
    /// <param name="xInput">玩家x轴的输入</param>
    public void CheckIfShouldFilp(int xInput)
    {
        if (xInput != 0 && xInput != FacingDirection)
        {//当玩家输入时，输入值（1，-1）与当前面朝方向不一致时，执行转向
            Filp();
        }
    }

    private void Filp()
    {
        FacingDirection *= -1;//设置面朝方向
        RB.transform.Rotate(0.0f, 180.0f, 0.0f);
    }
}

然后继续写MoveState，同样的移动我们是在地面上，所以要继承PlayerGroundedState

public class PlayerMoveState : PlayerGroundedState
{
    public PlayerMoveState(Player player, PlayerStateMachine stateMachine, PlayerData playerData, string animBoolName) : base(player, stateMachine, playerData, animBoolName)
    {
    }

    public override void Dochecks()
    {
        base.Dochecks();
    }

    public override void Enter()
    {
        base.Enter();
    }

    public override void Exit()
    {
        base.Exit();
    }

    public override void LogicUpdate()
    {
        base.LogicUpdate();

        player.CheckIfShouldFilp(xInput);
        player.SetVelocityX(playerData.movementVelocity * xInput);

        if (!isExitingState)
        {
            if (xInput == 0)
            {
                stateMachine.ChangesState(player.IdleState);
            }
            else if (yInput == -1)
            {
                //TODO：切换到下蹲移动状态
            }
        }
    }

    public override void PhysicsUpdate()
    {
        base.PhysicsUpdate();
    }
}

做完这些就可以在动画器中创建idle、move的动画了

除了xVelocity、yVelocity是单独设置，其他的均为Bool在角色进入状态时执行，可以查看上面 PlayerStateMachine 中的代码

动画退出条件为animBoolName == false ,退出时间与过度时间为0是为了让状态动画间的切换更加丝滑

玩家下蹲

通过查看状态机设计图：下蹲状态又分为下蹲时移动，下蹲时待机，它们与玩家的待机和移动状态可以互相切换

首先玩家下蹲，需要控制它的碰撞体与他的图片相等，可以在动画中更改，但那样并不好用。还可以在代码中控制

PlayerData 脚本中定义下蹲后的碰撞器大小，这个根据自己的图片大小决定

public class PlayerData:ScriptableObject
{
    [Header("蹲下相关")]
    public float crouchMovementVelocity = 5f;               //下蹲速度
    public float crouchColliderHeight = 0.125f;             //下蹲时碰撞器高度
    public float standColliderHeight = 0.25f;               //站立时碰撞器高度
}

Player 实体类中定义改变碰撞体大小的方法，以及设置所有速度为0的方法，然后还要有一个头顶检测，防止玩家在下蹲进入狭窄空间时松开下蹲键后起立。

public class Player
{
    //移动时碰撞器
    public BoxCollider2D MovementCollider { get; private set; }

    public void Start()
    {
         MovementCollider = GetComponent<BoxCollider2D>();
    }

    public void SetVelocityZero()
    {
        RB.velocity = Vector2.zero;
        CurrentVelocity = Vector2.zero;
    }

    public void SetColliderHeight(float height)
    {
        Vector2 center = MovementCollider.offset;
        workspace.Set(MovementCollider.size.x,height);

        center.y += (height - MovementCollider.size.y) / 2;

        MovementCollider.size = workspace;//设置碰撞器大小
        MovementCollider.offset = center;//设置碰撞器偏移量
    }
}

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原始发表：2023-04-26，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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