3D游戏编程与设计作业10

环境说明
Unity3D 导航与寻路
- Agent 和 Navmesh 练习
- Obstacle和Off-Mesh-Link练习
P&D 过河游戏智能帮助实现
- 状态图
- AI算法
- 其他设计修改
- 演示视频
其他参考资料

环境说明

Unity2019.2.3f1
Win10 x64

Unity3D 导航与寻路

寻路是游戏中经常使用到的一项技术，自动寻路就是AI中的一个十分重要的分支，其算法异常复杂。Unity中提供的一套非常成熟的组件来为我们解决这一难题：Unity 导航系统允许创建给游戏角色导航的游戏世界。它将游戏场景中复杂的结构组织关系简化为带有一定信息的网格 ,在这些网格的基础上通过一系列相应的计算来实现自动寻路。

NavMesh (Navigation Mesh) ：一种数据结构，它描述了游戏对象可行走的表面。通过三角网格，计算其中任意两点之间的最短路径，用于游戏对象的导航。它是根据场景几何结构自动创建或烘焙构建的
更多有关NavMesh的介绍更参考Unity 基础寻路-NavMesh
NavMesh Agent：寻路导航组件，它创建具有寻路能力的角色
有关NavMeshAgent组件面板属性的说明可参考NavMeshAgent 寻路导航组件，NavMeshAgent以及Unity官方文档说明
Off-Mesh Link：这一组件允许将不连接的块之间建立“传送门”。例如，跳过沟渠或围栏，或在穿过它之前打开门，都可以被描述为 Off-Mesh Link
Nav Mesh Obstacle：这一组件允许您描述 agent 在移动时应避免的移动障碍。例如，由物理系统控制的桶或箱子就是很典型的障碍。在障碍物移动的过程中，Agent 尽力避开它，但一旦障碍物变得静止，它将在导航网格上开一个洞，以便 Agent 可以改变他们的路径以绕过它，或者静止的障碍物阻塞路径，使得 Agent 找到其他路线
有关这一组件的更多详细说明可参考NavMesh Obstacle组件及Unity官方文档说明

Agent 和 Navmesh 练习

创建一个新Unity3D项目NavPractive
创建一个Plane对象：GameObject->3D Object->Plane
分别创建蓝色Material和粉色Material，命名为blue和pink
创建一个Cube对象，赋上blue，制作成wall预制
创建一个Sphere对象，赋上pink，制作成target预制
从Assets Store中下载并导入标准资源Standard Assets
添加AI角色：将资源包Standard Assets/Characters/ThirdPersonCharacter/Prefabs/下的AIThirdPersonController拖入场景中
布局：

对象	position	rotation	scale
Main Camera	(0,5,-10)	(30,0,0)	(1,1,1)
AIThirdPersonController	(0,0,-4)	(0,0,0)	(1,1,1)
target	(0,0,-4)	(0,0,0)	(0.5,0.1,0.5)
wall0	(0,0,0)	(0,0,0)	(3,1,1)
wall1	(4,0,0)	(0,0,0)	(2,1,1)
wall2	(-4,0,0)	(0,0,0)	(2,1,1)

完成布局后，将target拖入AIThirdPersonController对象的AICharacterControl脚本组件的Target插槽（这里注意是将target对象赋值过去，而非预制）
打开Navigation编辑面板窗口：Window->AI->Navigation
配置Plane和target对象的Navigation->Object：
- 勾选Navigation Static
- 设置Navigation Area为Walkable
配置wall0，wall1和wall2的Navigation->Object：
- 勾选Navigation Static
- 设置Navigation Area为Not Walkable
点击Navigation/Bake面板中的Bake，可得到如图所示的结果：

图中，水蓝色凸多边形构成的网格就是寻路算法的数据结构，agent 将用它来导航。

创建脚本PlaceTarget，代码内容如下：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;public class PlaceTarget : MonoBehaviour {// Update is called once per framevoid Update () {if (Input.GetMouseButtonDown (0)) {    Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay (Input.mousePosition);  RaycastHit hit;  if (Physics.Raycast (ray, out hit)) {  Debug.Log (hit.collider.name);  if (hit.collider.name == "Plane") {this.transform.position = hit.point;}}}}
}

将这一脚本挂载到target对象下

运行：

Obstacle和Off-Mesh-Link练习

将当前场景另存为scene2
创建一个Cylinder对象，Scale=(0.5,0.01,0.5)，黄色，制作成mark预制
将mark预制拖入场景，创建两个对象，分别命名为mark0(position=(0,0,-1))和mark1(position=(0,0,1))，两者均勾选Navigation Static，并设置Navigation Area为Walkable
Creat Empty创建一个empty对象，命名为meshlink，并添加组件Off Mesh Link
将mark0和mark1分别拖入meshlink的Off Mesh Link组件的start和end插槽，并设置Cost Override为-1
创建一个Cube对象，命名为Obstacle，并为其添加组件Nav Mesh Obstacle，在该组件中勾选Carve，它将自动切割导航网格
重新布置场景如下：
运行：

本部分完整项目代码见NavPractice

P&D 过河游戏智能帮助实现

程序具体要求：

实现状态图的自动生成
讲解图数据在程序中的表示方法
利用算法实现下一步的计算

状态图

参考Unity学习之P&D 过河游戏智能帮助实现，以游戏过程中的开始陆地的情况为例，其状态图如下：

其中，P代表牧师，D代表魔鬼，B代表船，数字代表角色个数，例如：3P3DB表示开始陆地有3个牧师和3个魔鬼，同时船也停在开始陆地。箭头指向即为状态的转化方向。

从而我们可以很容易想到这样设计算法：点击Tip之后，分析当前场景的状态，读取可行路径上的下一个状态（可通过随机选择函数进行选择/亦可设计算法选择具有最短路径者/或直接自行指定，我这里采用的是直接指定），将这一可行的状态返回给用户。

从而我们可以设计如下数据结构：

//表示下一状态要用船运走的角色
public enum BoatAction { P, D, PP, DD, PD }
/* P：船运载一个牧师* D：船运载一个恶魔* PP：船运载两个牧师* DD：船运载两个恶魔* PD：船运载一个牧师一个恶魔*///船将要承载的船员的情况及船的状态
public struct nextPassenger
{public int boat_sign;//船在左岸（end）为-1，右岸（start）为1public BoatAction boat_action;
}

AI算法

首先获取当前状态
```
next.boat_sign = boat.GetBoatSign();
```

根据状态图，计算下一状态：

if (next.boat_sign == 1 && start_priest == 3 && start_devil == 3)
{next.boat_action = BoatAction.DD;
}
else if (next.boat_sign == -1 && start_priest == 3 && start_devil == 1)
{next.boat_action = BoatAction.D;
}
else if (next.boat_sign == -1 && start_priest == 3 && start_devil == 2)
{next.boat_action = BoatAction.D;
}
else if (next.boat_sign == -1 && start_priest == 2 && start_devil == 2)
{next.boat_action = BoatAction.P;
}
else if (next.boat_sign == 1 && start_priest == 3 && start_devil == 2)
{next.boat_action = BoatAction.DD;
}
else if (next.boat_sign == -1 && start_priest == 3 && start_devil == 0)
{next.boat_action = BoatAction.D;
}
else if (next.boat_sign == 1 && start_priest == 3 && start_devil == 1)
{next.boat_action = BoatAction.PP;
}
else if (next.boat_sign == -1 && start_priest == 1 && start_devil == 1)
{next.boat_action = BoatAction.PD;
}
else if (next.boat_sign == 1 && start_priest == 2 && start_devil == 2)
{next.boat_action = BoatAction.PP;
}
else if (next.boat_sign == -1 && start_priest == 0 && start_devil == 2)
{next.boat_action = BoatAction.D;
}
else if (next.boat_sign == 1 && start_priest == 0 && start_devil == 3)
{next.boat_action = BoatAction.DD;
}
else if (next.boat_sign == -1 && start_priest == 0 && start_devil == 1)
{next.boat_action = BoatAction.D;
}
else if (next.boat_sign == 1 && start_priest == 0 && start_devil == 2)
{next.boat_action = BoatAction.DD;
}
else if (next.boat_sign == 1 && start_priest == 1 && start_devil == 1)
{next.boat_action = BoatAction.PD;
}

其他设计修改

IUserAction：根据分析我们可以知道，用户动作列表应多一个“获取帮助”的操作

//IUserAction.cs
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;public interface IUserAction //用户动作“列表”接口
{void MoveBoat();//移动船void MoveRole(RoleModel role);//移动角色void Restart();//重新开始string getTips();//获取帮助
}

此外，在Controller.cs中，getTips()的实现如下：

public string getTips()
{if (user_gui.sign != 0) return "";getNextPassenger();//计算得到下一状态值//get helping contentsstring text = "";if (next.boat_action == BoatAction.D){text = "运载一个魔鬼到对岸";}else if (next.boat_action == BoatAction.P){text = "运载一个牧师到对岸";}else if (next.boat_action == BoatAction.DD){text = "运载两个魔鬼到对岸";}else if (next.boat_action == BoatAction.PP){text = "运载两个牧师到对岸";}else if (next.boat_action == BoatAction.PD){text = "运载一个牧师、一个魔鬼到对岸";}return text;
}

UserGUI：添加Tips的按钮及其响应处理代码

if (GUI.Button(new Rect(80,10,60,30), "Tips", button_style))
{helping_text = action.getTips();if (isTip)isTip = false;elseisTip = true;
}
if (isTip)
{GUI.Label(new Rect(10, 50, 200, 50), helping_text);
}

本部分完整项目代码见PriestsAndDevils2

演示视频

前往b站观看演示视频

其他参考资料

潘老师的课程网站第十章游戏智能

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