笔记 navmesh
笔记 navmesh
目录
1 简介
RecastNavigation 是一个导航寻路工具集，Unity和UE4就是用的这个库，开发者叫 Mikko Mononen。
它包括Recast和Detour两个子集。
1.1 Recast
Recast 是一个网格导航工具集，一般是用在游戏里。
优势：
- 自动化的。 用的时候就是把任意层次的几何体扔进去处理，然后会给你一堆网格信息。
- 处理比较快。
- 开源的，可以自己改代码定制。
处理过程大概分为三个步骤：
- 体素化模型
- 用输入的三角形网格体构建出多层的高度场。
- 先体素化，用源几何体构造出实心的高度场，表示障碍空间，包括地面、墙体等；
- 然后将实心高度场的上表面中连续的区间合并为联通区域，构造出紧凑高度场，表示可行走的开放空间。
- 这个时候可以做一些简单的筛选，去除掉角色不可到达的位置，比如空气墙外面、空间太小不能容纳角色的地方、大石头里面。
- 用输入的三角形网格体构建出多层的高度场。
- 分割联通区域
把角色可行走的区域划分成简单的二维叠加区域，会得到一个不重叠的轮廓线，这大大简化了最后一步。 - 将联通区域简化成多边形
通过先追踪边界，再对边界进行简化，使导航多边形从区域中剥离出来。最终得到的多边形被转化成了凸多边形，非常适合用于寻路和层次空间推理。
1.2 Detour
Detour 是一个寻路和空间推理工具包，recast必须要跟Detour结合起来用。 任何导航网格都可以和Detour结合用，但recast生成的是最切合的。
Detour会提供一个适用于许多简单情况的简单静态导航网格，以及允许添加和删除片段的分块导航网格。
分块的网格，可以随着玩家在关卡中前进，输入和输出新的导航数据，或者随着地图的变化重新生成tiles。
2 Recast Demo
在源码的RecastDemo目录下，a kitchen sink demo，包含了这个库所有功能。 用来学习这个库的，而且可以编译出一个可执行文件，可以用来测试验证。
官方建议，刚开始学的话，先去看Sample_SoloMesh.cpp这个文件，可以搞清楚编译导航网格的步骤；看NavMeshTesterTool.cpp这个文件，可以知道Detour是怎么寻路的。
2.1 windows下编译Recast Demo
- 下载premake5(需要用它生成vs的编译项目)，解压到RecastDemo目录下。
- 下载SDL2(recast的功能依赖SDL库)，解压到RecastDemo\Contrib目录下，改名成SDL。到RecastDemo\Contrib\SDL目录下，如果没有lib目录：
- 那就到VisualC目录下，vs打开SDL.sln，选择Win32、Debug，编译。
- 把编出来的RecastDemo\Contrib\SDL\VisualC\Win32\Debug 下的文件复制到RecastDemo\Contrib\SDL\lib\x86
- 总之RecastDemo\Contrib\SDL\lib\x86这个路径下要有库文件。
- 在RecastDemo目录下，cmd打开命令行，输入 premake5 vs2019 (vs版本要对应自己已安装的版本)
- vs打开生成的RecastDemo\Build\vs2019\recastnavigation.sln，编译。
- 编译出来的RecastDemo\Bin\RecastDemo.exe 即是可执行文件。
2.2 Recast Demo使用
2.2.1 基本使用
- 在RecastDemo\Bin\Meshes目录下有三个样例文件。
- 在RecastDemo\Bin\TestCases目录下可以添加测试文本，编译出来的RecastDemo\Bin\Tests.exe，可以用来做单元测试。 命令行运行它会指示哪些是失败的，并统计成功的数量。
- 运行RecastDemo.exe后，右侧有两个选项 :
- Sample 三种编译类型选择，对应源码里Sample的三个派生类
- Solo Mesh 表示纯粹的邻接凸多边形集合。 就是直接整个网格体按步骤搞。
- Tile Mesh 表示基于tile划分的N个邻接凸多边形集合。 就是先分块然后再按步骤搞，可以很方便地动态改变地形。
- Temp Obstacles 表示支持动态障碍物。 也是基于tile划分的N个邻接凸多边形集合，但它可以动态添加删除障碍物，游戏里应该都是用这种。
- Input Mesh 就是输入进去处理的原始网格体，可以选三个样例文件试试。
- Sample 三种编译类型选择，对应源码里Sample的三个派生类
- 刚开始用，选Solo Mesh和nav_test.obj，然后点Build。
- WSADQE键移动视角，拖动右键旋转。 点右键选开始点，点左键选结束点，就可以看到路径了。
2.2.2 Properties属性参数
rasterization 体素化 :
Cell Size : 体素在X-Z-plane上的大小。 决定了网格的精度。 越小越精细，但时间和内存消耗相应也越大。
核心设置，会影响到其他参数。
Cell Height : 体素在Y-plane上的大小。 值较小并不会对内存消耗产生显著影响；
较低的值虽然能够使网格贴合原始图形，但是如果是凹凸不平的地形，较低的值可能会造成邻接的网格之间产生断裂，
导致本来应该连在一起的网格造分离。
Agent 角色 :
Height : 角色高度，单位米
Radius : 角色半径，单位米
MaxClimb : 角色最大可跨越不同地形时的高度，比如上楼梯时，单位米
MaxSlope : 角色最大可通过的斜坡的倾斜度，单位度
Region 区域 :
Min Region Size : 区域最小尺寸，单位体素
regionMinSize = sqrt(regionMinArea)
Merged Region Size : 合并区域尺寸，当一个区域小于该尺寸时，如果可以，则会被合并进一些大的区域。单位体素
regionMergeSize = sqrt(regionMergeArea)
Partitioning 分割区域的算法 :
Watershed : 分水岭算法，默认是用这个
Monotone : 单调
Layers : 按层次
Filtering 筛选，即要剔除的选项 :
Low Hanging Obstacles : 低挂障碍物
Ledge Spans : 壁架
Walkable Low Height Spans : 高度较低的区间
Polygonization 多边形 :
Max Edge Length : 边最大长度，单位米
Max Edge Error : 边最大误差，单位体素
Verts Per Poly : 每个多边形的最大顶点数
DetailMesh 详细Mesh数据设置 :
Sample Distance : Detail sample 的长度，单位体素
Max Sample Error : Detail sample 的最大误差，单位体素高度
Keep Itermediate Results : 是否保持中间结果
Build All Tiles : 编译所有的tiles
Tiling :
Tile Size : tile边长，单位体素
Tile Cache : tile缓存
Draw : 显示方式，很有用。 从原始几何体到导航网格，可以看到各个阶段的结果。
CritterAI 的一些参数：
参考CritterAI插件CritterAI与Recast Navigation寻路
minTraversableHeight : 最低可通过高度，设定从底部边界到顶部边界之间的最低高度，该高度为模型可通过的高度.
设定值的大小至少得是cellHeight的2倍
maxTraversableStep : 可跨越不同地形时的高度，设定像是从普通平面移动到楼梯这样的地形是否可通过的高度阀值.
值设定必须大于cellHeight的2倍
maxTraversableSlope : 最大可通过的斜坡的倾斜度
clipLedges : 边缘突出部分是否可以行走
traversableAreaBorderSize : 可行走区域与阻挡物之前的距离大小. 值设定必须大于cellSize的2倍
smoothingThreshold : 当产生用于表示派生区域的距离场时，会被使用该值
useConservativeExpansion : 是否应用一些算法来避免产生残缺的区域
minUnconnectedRegionSize : 最小的无法被连接的区域（这里的区域指的是在网格生成之前，某些要与其他区域连接的区域）
maxEdgeLength : 指示网格边界的多边形最大的边
edgeMaxDeviation : 网格边界与原始集合图形的偏离量
maxVertsPerPoly : >= 3, 每个多边形的最大顶点数
contourSampleDistance : 设置采样距离，类似游戏中的凹凸贴图类似概念，用于NavMesh过程中的Generate Detailed Mesh,
匹配原始集合图形表面的网格（利用生成更加精细的三角形保证网格来贴合那些凹凸不平的地表）.
当值在0.9以下时会关闭这个特性.
contourMaxDeviation : 最大的采样偏移距离，最好和contourSampleDistance结合起来看，其效果的精确度受到contourSampleDistance的影响.
为0时，这个特性选项无效,在实际使用时发现在这个值越接近0，其生成的网格就越偏离原始图形.
2.2.3 Tools
Test Navmesh : 可以做一些测试，甚至可以自己改源码添加接口，用来测试一些功能
Pathfind Follow : 虚线
Pathfind Straight : 直线
Vertices at crossings : 选项，显示路径上的点
None
Area
All
Pathfind Sliced : 切片
Distance to Wall : 显示起点到最近墙壁的距离
Raycast : 起点往终点打一条射线，遇到障碍物停下
Find Polys in Circle : 在以起点为中心，起点到终点为半径的圆内，找出所有多边形
Find Polys in Shape : 在长方形内，找出所有多边形
Find Local Neighbourhood : 找出起点周围的多边形
Set Random Start : 随机设置起点
Set Random End : 随机设置终点
Make Random Points : 随机选一些点
Make Random Points Around : 在以起点为圆心的一个圆内，按权重找一些多边形，然后在这些多边形上找一些点。
注，这些点可能不在圆内 (这个有点坑，游戏里大概率也会用到这个接口，
即想在圆内随机一个点，但有可能随机出的点不在圆内)
Include Flags : 地形筛选
Exclude Flags
Walk
Swim
Door
Jump
Prune Navmesh
Create Off-Mesh Connections
Create Convex Volumes
Create Crowds
3 recast navigation 源码分析
参考Steve Pratt的文档，建议自己去看看，文档详细全面。
主要三个模块：
- Recast : 创建网格数据，Detour的前置工作
- Detour : 用Recast生成的数据，创建、操作和查询导航网格
- Crowd : 实现了局部转向和动态避障功能
3.1 Recast
构建导航网格数据有很多种方法，其中一种比较简单的做法是：
1. 预处理输入进去的三角形网格
2. 构建一个实心高度场rcHeightfield
3. 构建一个紧凑高度场rcCompactHeightfield
4. 构建一个轮廓线集合rcContourSet
5. 构建凸多边形rcPolyMesh
6. 构建详细数据rcPolyMeshDetail
7. 用rcPolyMesh 和 rcPolyMeshDetail 构建出适用于Detour的导航网格tile
主要类的生命周期处理：
1. 用Recast allocator分配对象 (如 rcAllocHeightfield)
2. 初始化或构建对象 (如 rcCreateHeightfield)
3. 根据需求更新对象 (如 rcRasterizeTriangles)
4. 使用该对象
5. 用Recast allocator释放对象 (如 rcFreeHeightField)
3.2 Detour
3.3 Crowd
3.4 Recast Demo源码
主要逻辑在recastnavigation\RecastDemo\Source\Sample_TileMesh.cpp Sample_TileMesh::handleBuild()
4 如何用到自己项目里
源码的DebugUtils, Detour, DetourCrowd, DetourTileCache, Recast文件夹加到项目里去，可以都打成库，然后自己封装一下外层接口。
关卡构建数据要用到DebugUtils, Recast, Detour。 游戏运行时只要用到Detour。
参考
recastnavigations github源码
Recast Navigation文档 by Steve Pratt
CritterAI 官方文档 (基于RecastNavigation的一个寻路插件)
Suppor Navmesh Generation
谷阿莫带你十分钟看完 NavMesh 生成算法
关于NavMesh，我所知道的
从零开始学习导航网格#2 编译RecastNavigation
[Unity3d手游开发笔记]初识RecastNavmesh
navmesh 生成网格信息
服务器3D场景建模（九）：RecastNavigation之Detour数据结构
RecastNavigation-理解高度场
NavMesh生成原理
