[Unity] Dreamteck Splines实现沿路径移动功能
Dreamteck Splines实现沿路径移动功能
最近有一个“让物体沿固定路径移动”的需求，因此接触到了Dreamteck Splines插件。
Dreamteck Splines可以很方便地绘制各种插值曲线，但在实现物体移动的时候却遇到了很多坑，因此在这里记录一下。
1. 绘制路径线
首先，让我们在场景上创建一个空物体，并添加SplineComputer组件。
由于我这是个2D项目，所以选择在Z平面上绘制。
之后编辑器中就会显示出跟随鼠标的网格线，点击左键就可以逐点绘制Spline了。
在右侧选项中可以修改Spline的类型。默认类型是Catmull Rom，我们可以把它改成直线Linear。
2. 获取坐标
SplineComputer类有两类获取坐标点的方法：
GetPoint(int)GetPoints()
这两个方法用于获取我们手动添加的坐标点，也就是我们上图中的那三个点。这明显不符合我们“沿路径移动”的需求。
而下面这三个方法才是返回Spline上的所有坐标点
Evaluate(double)EvaluatePosition(double)EvaluatePositions()
其中，Evaluate和EvaluatePosition的区别在于，Evaluate返回的是SplineSample对象，包括了坐标、朝向、颜色、百分比等信息，而EvaluatePosition则是简单地返回一个Vector3的坐标。在只需要坐标的情况下，推荐使用更加轻量化的EvaluatePosition。
3. 移动示例（踩坑）
EvaluatePosition(double)方法传入一个0~1的值，就会返回Spline上对应的坐标，因此我们可以用这个脚本手动模拟物体的移动过程。
using Dreamteck.Splines;
using UnityEngine;
public class Move : MonoBehaviour
{
[Range(0, 1)]
public float Percent;
public Transform Target;
private SplineComputer spline;
void Start()
{
spline = GetComponent<SplineComputer>();
}
void Update()
{
Target.position = spline.EvaluatePosition(Percent);
}
}
将脚本挂载到SplineComputer所在的物体上，拖动右侧的滑动条即可移动目标物体。
一切看似十分正常，直到我们又添加了一条长度不同的线段。
可以明显地看出，在后面这个较短的路径中，物体的移动速度明显变慢了。
当我们直接将进度设为0.5后，便能发现问题所在。
目标物体移动并没有移动到Spline的终点，而是移动到了我们设置的第二个控制点上。
这个问题在官方文档的3.3. Sample Mode中有对应的解答：
默认情况下，样条曲线（Spline）在 [0-1] 的百分比范围内进行计算（evaluated），涵盖了所有坐标点。
例如，一条由 3 个点组成的样条曲线，计算百分比为 0.5 的坐标点，将始终返回第二个点的位置，因为它位于中间。
然而，如果第一个点和第二个点非常接近，而第三个点距离它们很远，计算百分比为 0.5 的坐标点不会返回样条曲线的中间位置，它仍将返回第二个点。因为某些区域的采样点比其他区域更密集。
为了说明这一点，以下是显示了采样点密度的样条曲线：每条垂直线表示一个采样点（spline sample）。在这种情况下，点 1 和点 2 之间有 10 个采样点，但点 2 和点 3 之间也只有 10 个采样点。
从中我们可以看出，问题的根源在于，Evaluate参数中的percent并不是指Spline长度的百分比，而是表示Spline采样点的百分比。而采样点的不均匀分布，导致了采样点百分比和长度百分比不一致的情况。
5 方法一：修改采样模式（Sample Mode）
前面我们提到"采样点的不均匀分布，导致了采样点百分比和长度百分比不一致的情况"。
反过来说，我们只需要让采样点能够均匀分布，就可以解决这一问题。
SplineComputer提供了三种采样模式（Sample Mode）：
- Default（默认）：两点间的采样点数量固定
- Uniform（均匀）：根据Spline长度，均匀分布采样点。但在Spline较长时会有更大的性能开销。
- Optimized（优化）：与默认模式相同，但会执行优化操作删除不必要的采样点
所以我们需要选择Uniform模式，以实现均匀分布采样点的需求。
请注意，在Default和Optimized模式下，当移动控制点时，Spline仅更新受该点影响的区域中的采样点。而在Uniform模式下，将重新计算整个Spline。在Optimized模式下，还提供了一个额外的滑块来控制优化的角度阈值。
这样一来就能正确地匀速移动目标了
但是！
除了性能开销外，这个方法还会带来一系列问题。
首先，它会导致线段脱离控制点：
其次，它还有个很致命的BUG
Uniform模式下，如果你用CalculateLength方法获取Spline的长度，那么初始状态下将会始终返回0。此时必须对他"进行一些操作"，比如移动控制点，修改其他参数等，让他响应一次变化。之后CalculateLength才能正确返回数值。
6 方法二：使用Travel函数（推荐）
为了避免上述问题，我们可以使用Travel函数计算某个长度在Spline上对应的采样点百分比。
它的使用方法在官方文档的20.4. Converting World Units to Spline Percentages中有所提及。
假如我们要获取Spline中心点的坐标，只需要传入Spline长度的一半，也就是spline.CalculateLength() / 2，然后Travel函数就会返回对应的percent。这时再调用EvaluatePosition(percent)即可得到中心点的坐标。其他位置的坐标也是同理，我们只需要给出对应的长度即可获取坐标。
这样一来，我们就可以方便地实现沿路径匀速移动的功能了。
using Dreamteck.Splines;
using UnityEngine;
public class Move : MonoBehaviour
{
[Range(0, 1)]
public double Percent;
public float Speed;
public Transform Target;
private float distance;
private SplineComputer spline;
void Start()
{
spline = GetComponent<SplineComputer>();
distance = 0;
}
void Update()
{
distance += Speed * Time.deltaTime;
// 有需要的话可以用这个限制上限
// distance = Math.Min(distance, spline.CalculateLength());
Percent = spline.Travel(0, distance);
Target.position = spline.EvaluatePosition(Percent);
if (Percent == 1)
{
// do something
Debug.Log("Done");
}
}
}
效果如下
参考资料
Dreamteck Splines – User Manual
本文发布于2024年7月14日
最后编辑于2024年7月14日
