Unity杂谈：敌人视野感知的实现

文章写于2016-1-31，后有修改。

本文为本人原创，转载请注明。

以下为正文

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游戏AI常常分为三大部分——感知层、分析层（包含记忆层）、决策层。

在早期的游戏中，AI只有分析层和决策层，虽然效果也是不错的，但是缺乏了真实感，直到《神偷》在感知层做出了巨大的突破后，游戏才逐渐变得真实有趣。

其中最有意思的是敌人视野的感知，比如说《盟军敢死队》。（童年回忆）

本文目的在于用Unity来实现一个观测敌人的炮台，做出类似盟军敢死队中敌人视野范围的效果（见下图）：

视野范围感知的基本原理：

在Unity中，用一个Sphere Collider与角度差的计算来模拟敌人的视角。

当敌人进入Sphere Collider中后，进行角度差计算，如果目标与自己的角度差小于自己的视角，并且朝目标发射一条射线没有其他物体阻挡时，判断为看见敌人。完成后的场景图如下：

难点是射线碰撞的运用：

RaycastHit hitInfo;
if(Physics.Raycast(this.transform.position+Vector3.up,vec,out hitInfo,20)){GameObject gameObj = hitInfo.collider.gameObject;if(gameObj.tag == "Player"){//相关操作}
}//若射线与物体产生碰撞，则整个表达式为true,否则为false
//起点为this.transform.position+Vector3.up
//方向为vec，这里的vec是指向目标的向量
//out hitInfo碰撞如果返回true，hitInfo将包含碰到器碰撞的更多信息。
//20为射线的长度
//注意：最后还有一个LayerMask参数未写进去，用于只选定Layermask层内的碰撞器，其它层内碰撞器忽略。

然后是敌人（炮台）的状态机设计图：

这里要注意的是，敌人有两种模式，正常模式和警戒模式。

警戒模式中，敌人的视野范围和视角都会变得更大，同时视角灯光会呈现黄色。

警戒模式在进入攻击模式时开启，再次回到正常模式时才会关闭。

由以上的情况，C#代码分为几大板块：

①角度差计算：计算目标与自身的角度差。

②目标是否可见的判断：判断目标是否在自身视野范围内。

③状态机：每种状态的切换以及相应要做的动作。

④目标进入与离开感知范围：捕捉目标GameObject或者释放目标GameObject。

接下来是完整的C#代码：（当时技术较菜，直接用 switch 来写了）

using UnityEngine;
using System.Collections;public class Enemy01Rewrite : MonoBehaviour
{//声音AudioSource m_audio;public AudioClip m_Shot;public AudioClip m_EnterAlert;public AudioClip m_ExitAlert;public AudioClip m_ExitWait;//功能GameObject Target = null;float DeltaShotTime = 0.5f;//攻击间隔float AngleSpeed = 90f;//转动速度float PerceiveRadius = 8f;//感知范围float AlertTime = 10f;//警报时间float WaitTime = 4f;//失去目标等待时间float LightRange = 0f;//灯光距离（在Start()中根据SpotLight参数设定）float LightIntensity = 0f;//灯光亮度（在Start()中根据SpotLight参数设定）float ViewAngle = 60f;//视野角度bool isInView = false;//是否在扇形视野范围内bool isRayCast = false;//是否通过射线能看到bool isAlert = false;//是否警报bool isWait = false;//是否等待float TargetAngle = 0;float SelfAngle = 0;float AngleDiff = 0;float MinAngle = 3f;public GameObject m_Light;public GameObject m_Bullet;public GameObject m_Launcher;int state = 0;float time_shot = 0;float time_alert = 0;float time_wait = 0;/////角度差计算函数///void CalculateAngle(){if (Target != null){float AtanAngle = (Mathf.Atan((Target.transform.position.z - this.transform.position.z) /(Target.transform.position.x - this.transform.position.x))* 180.0f / 3.14159f);//Debug.Log (this.transform.rotation.eulerAngles+"   "+AtanAngle);//1象限角度转换if ((Target.transform.position.z - this.transform.position.z) > 0&&(Target.transform.position.x - this.transform.position.x) > 0){TargetAngle = 90f - AtanAngle;//Debug.Log ("象限1 "+TargetAngle);}//2象限角度转换if ((Target.transform.position.z - this.transform.position.z) <= 0&&(Target.transform.position.x - this.transform.position.x) > 0){TargetAngle = 90f + -AtanAngle;//Debug.Log ("象限2 "+TargetAngle);}//3象限角度转换if ((Target.transform.position.z - this.transform.position.z) <= 0&&(Target.transform.position.x - this.transform.position.x) <= 0){TargetAngle = 90f - AtanAngle + 180f;//Debug.Log ("象限3 "+TargetAngle);}//4象限角度转换if ((Target.transform.position.z - this.transform.position.z) > 0&&(Target.transform.position.x - this.transform.position.x) <= 0){TargetAngle = 270f + -AtanAngle;//Debug.Log ("象限4 "+TargetAngle);}//调整TargetAnglefloat OriginTargetAngle = TargetAngle;if (Mathf.Abs(TargetAngle + 360 - this.transform.rotation.eulerAngles.y)<Mathf.Abs(TargetAngle - this.transform.rotation.eulerAngles.y)){TargetAngle += 360f;}if (Mathf.Abs(TargetAngle - 360 - this.transform.rotation.eulerAngles.y)<Mathf.Abs(TargetAngle - this.transform.rotation.eulerAngles.y)){TargetAngle -= 360f;}//输出角度差AngleDiff = Mathf.Abs(TargetAngle - this.transform.rotation.eulerAngles.y);Debug.Log("角度差:" + TargetAngle + "(" + OriginTargetAngle + ")-" + this.transform.rotation.eulerAngles.y + "=" + AngleDiff);}}////感知视野的相关计算 判断isRayCast和isInView//void JudgeView(){//感知角度相关计算if (Target != null){//指向玩家的向量计算Vector3 vec = new Vector3(Target.transform.position.x - this.transform.position.x,0f,Target.transform.position.z - this.transform.position.z);//射线碰撞判断RaycastHit hitInfo;if (Physics.Raycast(this.transform.position + Vector3.up, vec, outhitInfo, 20)){GameObject gameObj = hitInfo.collider.gameObject;//Debug.Log("Object name is " + gameObj.name);if (gameObj.tag == "Player")//当射线碰撞目标为boot类型的物品 ，执行拾取操作{//Debug.Log("Seen!");isRayCast = true;}else{isRayCast = false;}}//画出碰撞线Debug.DrawLine(this.transform.position, hitInfo.point, Color.red, 1);//视野中的射线碰撞判断结束//视野范围判断//物体在范围角度内,警戒模式下范围为原来1.5倍if (AngleDiff * 2 <(isAlert ? ViewAngle * 1.5f : ViewAngle)){isInView = true;}else{isInView = false;}//Debug.Log ("角度差 "+AngleDiff);}}// Use this for initializationvoid Start(){LightRange = m_Light.GetComponent<Light>().range;LightIntensity = m_Light.GetComponent<Light>().intensity;this.GetComponent<SphereCollider>().radius = PerceiveRadius;m_audio = this.GetComponent<AudioSource>();}// Update is called once per framevoid Update(){//Debug.Log("state:" + state + " time_alert:" + time_alert);if (isAlert){//警戒模式m_Light.GetComponent<Light>().range = LightRange * 2f;m_Light.GetComponent<Light>().color = new Color(1f, 1f, 0);m_Light.GetComponent<Light>().intensity = LightIntensity * 2f;m_Light.GetComponent<Light>().spotAngle = ViewAngle * 1.5f;this.GetComponent<SphereCollider>().radius = PerceiveRadius * 1.5f;}else{//正常模式m_Light.GetComponent<Light>().range = LightRange;m_Light.GetComponent<Light>().color = new Color(1f, 1f, 1f);m_Light.GetComponent<Light>().intensity = LightIntensity;m_Light.GetComponent<Light>().spotAngle = ViewAngle;this.GetComponent<SphereCollider>().radius = PerceiveRadius;}//计算角度差CalculateAngle();//感知视野判断（判断isRayCast与isInView)JudgeView();//状态机 共4个状态switch (state){//状态1：正常模式——旋转扫视case 0:this.transform.Rotate(new Vector3(0, 1f, 0f), Time.deltaTime * AngleSpeed);//发现敌人 进入攻击模式if (isRayCast && isInView){if (!isAlert) m_audio.PlayOneShot(m_EnterAlert);isAlert = true;time_wait = 0;state = 1;}break;//状态2：攻击模式——朝目标发射子弹case 1://根据角度跟踪Targetif (this.transform.rotation.eulerAngles.y < TargetAngle){if (AngleDiff >= MinAngle){//顺时针旋转this.transform.Rotate(new Vector3(0, 1f, 0f), Time.deltaTime * AngleSpeed);}}else{if (AngleDiff >= MinAngle){//逆时针旋转this.transform.Rotate(new Vector3(0, -1f, 0f), Time.deltaTime * AngleSpeed);}}//子弹发射计时 子弹发射间隔time_shot += Time.deltaTime * 1;if (time_shot >= DeltaShotTime){Instantiate(m_Bullet, m_Launcher.transform.position, m_Launcher.transform.rotation);time_shot = 0;m_audio.PlayOneShot(m_Shot);}//敌人离开视野 进入等待模式if (!isRayCast){isWait = true;time_wait = 0;state = 2;}break;//状态3：敌人离开可见区域——等待case 2://进入旋转警戒模式 计时time_wait += Time.deltaTime * 1;if (time_wait >= WaitTime){m_audio.PlayOneShot(m_ExitWait);time_alert = 0;isWait = false;state = 3;}if (isRayCast && isInView){if (!isAlert) m_audio.PlayOneShot(m_EnterAlert);isAlert = true;time_wait = 0;state = 1;}break;//状态4：警戒模式——旋转扫视case 3://回到正常模式 计时time_alert += Time.deltaTime * 1;if (time_alert >= AlertTime){m_audio.PlayOneShot(m_ExitAlert);time_alert = 0;isAlert = false;state = 0;}//发现敌人 进入攻击模式if (isRayCast && isInView){if (!isAlert) m_audio.PlayOneShot(m_EnterAlert);isAlert = true;time_wait = 0;state = 1;}this.transform.Rotate(new Vector3(0, 1f, 0f), Time.deltaTime * AngleSpeed);break;default:break;}}//玩家进入感知层void OnTriggerEnter(Collider other){if (other.gameObject.tag == "Player"){Target = other.gameObject;//提前计算角度差CalculateAngle();time_shot = 0;}}//玩家进入视野void OnTriggerStay(Collider other){if (other.gameObject.tag == "Player"){if (Target == null){Target = other.gameObject;}}}//玩家离开感知层void OnTriggerExit(Collider other){if (other.gameObject.tag == "Player"){Target = null;isInView = false;isRayCast = false;}}
}

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