技术笔记（9）MMORPG人物操作系统

希望实现的功能或目标：
- 实现人物在场景内的移动、转向、跳跃、落地判断
- 实现有限状态机

‍

学习笔记：

PlayerMovementController类
- 作用：负责玩家的行为控制
- 挂载到Player游戏物体身上，Player游戏物体没有刚体和碰撞体，取而代之的是CharacterController组件。
- 当前类声明使用到的变量：
  - 组件
    - private CharacterController characterController;
    - public Transform groundCheckPointTrans;
  - 旋转
    - public float rotateSpeed = 120;
  - 移动
    - public float moveSpeed = 3;
  - 跳跃
    - public float gravity = 9.8f;
    - public float verticalVelocity = 0;
    - public float MaxJumpHeight = 1.7f;
  - 判断接地
    - public float checkSphereRadius = 0.1f;
    - public LayerMask groundLayer;
    - public bool isGround;
  - 状态机相关
    - private InputController ic;
    - private CharacterFSM characterFSM;
- 事件函数：
  - Awake方法中，去拿到游戏物体的CharacterController组件、判断接地的transform、当前角色模型；然后为其挂载上InputController类和CharacterFSM类脚本组件，并把角色的动画控制器和输入管理ic传进去，初始化有限状态机。
    - ```
    private void Awake()
    {
        characterController = GetComponent<CharacterController>();
        groundCheckPointTrans = transform.Find("GroundCheckPoint");
        playerModel = transform.GetChild(0).gameObject;
        ic = gameObject.AddComponent<InputController>();
        characterFSM = gameObject.AddComponent<CharacterFSM>();
    
        characterFSM.InitFSM(playerModel.GetComponent<Animator>(), ic);
    }
```
- Update方法中调用写好的旋转视角和人物移动跳跃方法
  - ```
  void Update()
  {
      PlayerRotateViewControl();
      PlayerMoveAndJumpControl();
  }
```
- 旋转视角方法：
  - 调用transform的Rotate方法，由于玩家模型和摄像机都归属于Player，作为其子物体，故而人物和摄像机会随着父物体一起旋转.
  - ```
  private void PlayerRotateViewControl()
  {
      transform.Rotate(Vector3.up * Input.GetAxis("Mouse X") 
  						* rotateSpeed * Time.deltaTime);
  }
```
- 移动和跳跃方法：
  - 防止角色下沉，如果角色跳跃后，身体陷入到地板里，就帮他恢复到地板上
  - 首先将移动向量motionVector设置为Vector3.zero，由于本方法放在Update函数中，每帧都会被调用，且后续计算前后、左右的移动和上下跳跃时用的是向量相加。所以需要每帧先归零再去与各个向量相加。
  - 获取Horizontal和Vertical的AxisRaw输入，用浮点类型变量h和v接收（后续添加InputController类之后，改为调用ic.GetFloatInputValue()来获取这两个输入）
  - 拿到h和v之后，先判断一下是让状态机进IDLE状态还是MOVE状态
  - motionVector先加等transform.forward * 移速 * v * Time.deltaTime
    
    再加等transform.right * moveSpeed * h * Time.deltaTime
  - 在角色脚底放个空物体，使用射线检测，在空物体的位置做一个球体的检测，若球半径内有目标层级的物品，则能获得一个true的返回值
  - 判断如果不在地上，就将垂直速度减等重力加速度 * 间隔时间
  - motionVector此时再加等 Vector3.up * 垂直方向速度 * 间隔时间
  - 如果按下跳跃键（更改为从ic获取跳跃输入，且状态机当前状态不是跳跃状态），并且判断还在地上，就套用物理公式 v² = 2gh 来算想要达到某个目标高度，需要给到多少的初速度。
  - 调用characterController的Move方法，将motionVector作为参数传入
  - 判断如果到了地上，且垂直速度还小于0。就将垂直速度归零，并将物体的position的y也归零。
    
    这部分判断和处理放到Move方法之后，主要是为了处理其造成的人物跳跃后接触不到地面或是陷入地面的bug，强行把position的y归零。
  - ```
  private void PlayerMoveAndJumpControl()
  {
      if (transform.position.y < 0)
      {
          transform.position = new Vector3(transform.position.x, 0f, transform.position.z);
      }
      Vector3 motionVector = Vector3.zero;
      //float h = Input.GetAxisRaw("Horizontal");
      //float v = Input.GetAxisRaw("Vertical");
      float h = ic.GetFloatInputValue(InputCode.HorizontalMoveValue);
      float v = ic.GetFloatInputValue(InputCode.VerticalMoveValue);
      if (characterFSM.GetCurrentState() != CHARACTERSTATE.JUMP)
      {
          JudgeAndChangeStateIdleOrMove(h, v);
      }
      motionVector += transform.forward * moveSpeed * v * Time.deltaTime;
      motionVector += transform.right * moveSpeed * h * Time.deltaTime;
      isGround = Physics.CheckSphere(groundCheckPointTrans.position, checkSphereRadius, groundLayer);
  
    
      if(!isGround)
      {
          verticalVelocity -= gravity * Time.deltaTime;
      }
      motionVector += Vector3.up * verticalVelocity * Time.deltaTime;
      //if (Input.GetButtonDown("Jump"))
      if (ic.GetBoolInputValue(InputCode.JumpState)&& characterFSM.GetCurrentState() != CHARACTERSTATE.JUMP)
      {
          if (isGround)
          {
              verticalVelocity = Mathf.Sqrt(2 * gravity * MaxJumpHeight);
          }
    
      }
      characterController.Move(motionVector);
      if (isGround)
      {
          if (verticalVelocity < 0)
          {
              verticalVelocity = 0;
              transform.position = new Vector3(transform.position.x, 0f, transform.position.z);
          }
      }
  }
```
- 判断进IDLE还是进MOVE状态的方法：
  - 如果h和v有一个不为0，进MOVE；否则进IDLE
  - ```
      private void JudgeAndChangeStateIdleOrMove(float h,float v)
      {
          if (v != 0 || h != 0)
          {
              characterFSM.ChangeState(CHARACTERSTATE.MOVE);
          }
          else
          {
              characterFSM.ChangeState(CHARACTERSTATE.IDLE);
          }
      }
```

状态枚举类型CHARACTERSTATE

public enum CHARACTERSTATE
{ 
    //NONE,
    IDLE,
    MOVE,
    RUN,
    JUMP,
    ATTACK,
    HIT,
    DEAD
}

状态基类BaseState
- 存储与自己相关联的有限状态机CharacterFSMprotected CharacterFSM cfsm;
- 存储要去调整的Animatorprotected Animator animator;
- 存储与当前状态类相关联的状态枚举public CHARACTERSTATE stateType;
- 当前状态要做的事：
  - 初始化：public abstract void InitState();
  - 进入时：public abstract void EnterState();
  - 退出时：public abstract void ExitState();
  - 持续运行：public abstract void UpdateState();

静态输入字符类InputCode

存储几个const常量和一个静态字符串数组，记录输入的名称

    public const string HorizontalMoveValue = "HorizontalMoveValue";
    public const string VerticalMoveValue = "VerticalMoveValue";
    public const string MoveRotateState = "MoveRotateState";
    public const string HorizontalRotateValue = "HorizontalRotateValue";
    public const string JumpState = "JumpState";
    public const string EquipState = "EquipState";
    public const string AttackState = "AttackState";
    public static string[] skillsState = new string[] {"SkillState0", "SkillState1",
        "SkillState2","SkillState3","SkillState4","SkillState5","SkillState6" };

输入管理类InputController

变量
- <string, bool>字典private Dictionary<string, bool> inputBoolValueDict;
- <string, float>字典private Dictionary<string, float> inputFloatValueDict;

事件函数：

在Start中把会用到的输入值存到两个字典中并设默认值

    void Start()
    {
        inputBoolValueDict = new Dictionary<string, bool>()
        {
            { InputCode.JumpState,false }
        };
        inputFloatValueDict = new Dictionary<string, float>()
        {
            { InputCode.HorizontalRotateValue,0 },
            { InputCode.HorizontalMoveValue,0 },
            { InputCode.VerticalMoveValue,0 }
        };
    }

在Update中多次调用SetInputValue方法将InputCode和对应的输入相关联并存入字典

    void Update()
    {
        SetInputValue(InputCode.HorizontalMoveValue, Input.GetAxis("Horizontal"));
        SetInputValue(InputCode.VerticalMoveValue, Input.GetAxis("Vertical"));
        SetInputValue(InputCode.HorizontalRotateValue, Input.GetAxisRaw("Mouse X"));
        SetInputValue(InputCode.JumpState,Input.GetButtonDown("Jump"));
    }

方法：

SetInputValue方法：有两个重载，一是对bool型的，一是对float型的

都是先查一下字典中有没有这个名字的输入，有的话就更新那个值，没有的话就输出错误日志信息

    public void SetInputValue(string inputCode, bool inputValue)
    {
        if (inputBoolValueDict.ContainsKey(inputCode))
        {
            inputBoolValueDict[inputCode] = inputValue;
        }
        else
        {
            Debug.Log("设置输入码错误，错误码为" + inputCode);
        }
    }

    public void SetInputValue(string inputCode, float inputValue)
    {
        if (inputFloatValueDict.ContainsKey(inputCode))
        {
            inputFloatValueDict[inputCode] = inputValue;
        }
        else
        {
            Debug.Log("设置输入码错误，错误码为" + inputCode);
        }
    }

GetBoolnputValue()、GetFloatInputValue()：查一下字典里有没有，有就返回出来，没有就日志报错

有限状态机CharacterFSM类

变量：
- 记录<状态枚举，状态类>键值对的字典
  
  private Dictionary<CHARACTERSTATE, BaseState> statesDict;
- 当前状态 private BaseState currentState;
- 上一个状态 private BaseState lastState;
- 输入管理 private InputController ic;

方法：

初始化有限状态机：把会用到的状态以<状态枚举，状态类对象>键值对形式存进字典里，获取外界的InputController，把各个状态和相关参数置默认值初始化

    public void InitFSM(Animator currentAnimator,InputController inputController)
    {
        statesDict = new Dictionary<CHARACTERSTATE, BaseState>()
        {
            {CHARACTERSTATE.IDLE, new IdleState(this,currentAnimator,CHARACTERSTATE.IDLE) },
            {CHARACTERSTATE.MOVE, new MoveState(this,currentAnimator,CHARACTERSTATE.MOVE) },
            {CHARACTERSTATE.JUMP, new JumpState(this,currentAnimator,CHARACTERSTATE.JUMP) },
        };
        ic = inputController;
        SetDefaultState();
    }

状态设默认值：调用字典里所有状态类的初始化方法，并把当前状态设置为IDLE，并调用当前状态的EnterState方法

    private void SetDefaultState()
    {
        foreach(var item in statesDict)
        {
            item.Value.InitState();
        }
        currentState = statesDict[CHARACTERSTATE.IDLE];
        currentState.EnterState();
    }

改变状态：参数传入一个状态枚举changeState，先检查一下，要改变到的状态在字典中是否存在。如果在，就把字典中，这个状态枚举键对应的状态类对象拿出来，和FSM记录的当前状态currentState对比，如果当前不在这个状态。就调用当前所已记录状态的Exit方法，并用lastState记录，currentState替换为changeState，并调用其Enter方法。

    public void ChangeState(CHARACTERSTATE newStateType)
    {
        if(statesDict.ContainsKey(newStateType))
        {
            BaseState changeState = statesDict[newStateType];
            if(changeState != currentState)
            {
                currentState.ExitState();
                lastState = currentState;
                currentState = changeState;
                currentState.EnterState();
            }
        }
    }

获取当前状态：返回当前状态类对象的状态枚举，而非直接返回状态对象

    public CHARACTERSTATE GetCurrentState()
    {
        return currentState.stateType;
    }

输入值的设置和获取：调用InputContraoller对象中的设置和获取输入值方法

    public void SetInputValue(string inputCode, bool inputValue)
    {
        ic.SetInputValue(inputCode, inputValue);
    }
    public bool GetBoolInputValue(string inputCode)
    {

        return ic.GetBoolInputValue(inputCode);
    }

    public void SetInputValue(string inputCode, float inputValue)
    {
        ic.SetInputValue(inputCode, inputValue);
    }
    public float GetFloatInputValue(string inputCode)
    {
        return ic.GetFloatInputValue(inputCode);
    }

事件函数：

在Update中调用当前状态类对象的UpdateState方法

    void Update()
    {
        if(currentState != null)
        {
            currentState.UpdateState();
        }
    }

关系图

- PlayerMovementController
  - InputController
    - inputBoolDic<InputCode.string , bool>
      - Jump
    - inputFloatDic<InputCode.string , float>
      - HorizontalRotate
      - HorizontalMove
      - VertivalMove
  - CharacterFSM
    - currentState
    - lastState
    - ic(InputController)
    - stateDic<CHARACTERSTATE , BaseState>
      - IdleState
      - MoveState
      - JumpState

‍

实现过程中产生的疑惑：
- transform.Rotate()传入的参数为什么有Vector3.up即(0,1,0)？这不是指向场景正上方的吗？难道是作为旋转轴？
- 为什么人物的移动的方向向量、跳跃的垂直方向速度等都要乘Time.deltaTime？不乘会怎么样？
- CharacterController组件
  - stepoffset
  - Move()
- 每次跳跃后与地面不完全接触？

‍

对疑惑的解答：
- 往transform.Rotate()传入Vector3.up，是围绕y轴旋转的意思，例如（0,90,0）就是根据左手规则围绕y轴旋转90度；而只传了一个参数，意味着是以物体本身的坐标系为基准。其内部具体实现时，先将Euler形式的向量转化为四元数，如果以自身坐标系为参考，则直接将四元数累乘；如果是以别的空间坐标系作为参考，则需要先逆转原本的旋转，累乘新旋转后再累乘会原有的旋转。
  - ```
      public void Rotate(Vector3 eulers, [DefaultValue("Space.Self")] Space relativeTo)
      {
          Quaternion quaternion = Quaternion.Euler(eulers.x, eulers.y, eulers.z);
          if (relativeTo == Space.Self)
          {
              localRotation *= quaternion;
          }
          else
          {
              rotation *= Quaternion.Inverse(rotation) * quaternion * rotation;
          }
      }
```
- 乘Time.deltaTime是为了确保游戏运动平滑且与帧率无关，这意味着无论游戏运行得多块或多慢，游物体的移动速度和加速度都会保持一致。确保所有玩家都有相同的游戏体验
  
  这位这种放在Update事件函数中的方法，每帧调用一次，意味着如果不乘上Time.deltaTime的话：
  - 帧率高，那就调用得多，运动得远；帧率低，就调用得少，运动得短
  - 于是移动速度也随帧率的高而高，低而低
  - 在不同的硬件和性能条件下，就会表现出较大的差距
- CharacterController用于简化角色控制，允许轻松创建出受碰撞约束的移动，而无需处理刚体
  - 关于该组件的部分属性理解：
    
    Slope Limit：斜坡限制，以度为单位，限制角色能够爬升的最大斜坡角度。
    Step Offset：步长偏移，指定角色能够步越的最大高度。如果障碍物的高度低于此值，角色可以步越它。
    Skin Width：皮肤宽度，表示角色碰撞器在碰撞时可以穿透的深度，它像一个围绕角色的层。
    Min Move Distance：最小移动距离，如果角色尝试移动的距离小于此值，它将不会移动。这可以用来减少抖动。
    Center：中心，指定角色胶囊碰撞器相对于变换位置的中心偏移。
    Radius：半径，胶囊碰撞器的半径，本质上是碰撞器的宽度。
    Height：高度，角色胶囊碰撞器的高度。改变这个值将沿Y轴正负方向缩放碰撞器。
    Layer Overrides：层覆盖，允许你为CharacterController指定额外的层，以决定它可以与哪些其他碰撞器接触。
- 关于跳跃后与地面的接触问题，可能造成的原因有：
  - Physics.CheckSphere地面检测没有正确设置，导致检测不够准确
  - 角色与地面碰撞器交互有问题
  - 帧率波动导致物理更新没有与帧正确同步

‍

日期：

posted @ 2024-03-15 16:41 静候霜白阅读(28) 评论(0) 编辑收藏举报

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