【Unity】第三人称射击游戏开发过程之瞄准状态设计（TPS.S.P1）

设计整体的结构与模式
瞄准状态的设计
瞄准相机
瞄准状态
- 瞄准时的鼠标移动速度限制
- 瞄准点的处理
- 角色在瞄准状态下的旋转
- 瞄准时的移动速度限制
- 总结
代码

这篇文章开始，我将逐渐的整理并开发第三人称射击游戏。在项目到达稳定之前，这个系列的任何一篇文章的任何一个部分都有可能改变。这也就意味着本系列文章仅作为自己的笔记。文章内容可以提供制作游戏的思路，但尚且存在可能的优化。

设计整体的结构与模式

以下是我的设计思路：
角色有两件武器，同时会存在无武器状态。武器可以在进入游戏前进行更换。手雷暂时不做设计。
枪械可以存在一个基类，然后不同的武器类型进行继承。不过是否这样我仍然在思考，优先使用一种类抽象出不同的枪械类型。

瞄准状态的设计

这个可以看看代码猴使用第三人称开发的视频，我将使用类似的思想进行设计。
我们做另一个渐进的VCamera。用代码控制这个的激活。每当按下瞄准，会将其激活，会自动进入瞄准的VM。在瞄准状态下，我们限制移动速度只能为行走，不允许跑步，并且移动将成为始终朝向瞄准方向下的前后左右。

瞄准相机

我们将之前的相机复制出来，重新命名为瞄准相机。调整FOV以及distance和offset，确定一个合适的相机大小与角度。这是我设置的一个机位。

我们在代码中引入Cinemachine的命名空间，将这个相机加进来。然后做一个DoAim的方法，将这个组件的游戏对象与输入系统中的aim属性同步。
当然，在动画状态机中也会设置相应的部分，做一个bool值的更新。

public CinemachineVirtualCamera _aimCamera;private void DoAim(){_aimCamera.gameObject.SetActive(_isAim);_anim.SetBool("Aiming", _isAim);}

在测试前，请确保在本系列第一篇中的Input系统中有做好映射，我们的逻辑一直都是input监测输入，然后Controller检测输入值。做好对应关系，就可以测试了。

瞄准状态

瞄准时的鼠标移动速度限制

我们创建一个float值表示速度倍率，这个值将与普通速度相乘，平时为1f，瞄准状态下的值会决定当前鼠标速度是普通状态下的几倍。对应的，创建一些基础的值，这将会方便我们后续的修正。最后在项目做到相对完整时，写一个Setting的代码，将所有的基础值写进去，然后写一个设置面板就可以了。

    public float SpeedChangeRate = 10.0f;private float normalSensitivity=1f;[Tooltip("这是在基础鼠标移速下，瞄准速度的倍率")]public float aimSensitivity = 0.6f;[Tooltip("这是鼠标移动速度比例")]private float Sensitivity = 1f;

接下来，在CameraRotation的方法中，将赋值的部分乘上这个倍率。

_cinemachineTagertX += _inputsMassage.look.x * deltaTimeMultiplier * Sensitivity;
_cinemachineTagertY += _inputsMassage.look.y * deltaTimeMultiplier * Sensitivity;

在DoAim中加入对这个值修改

    private void DoAim(){_aimCamera.gameObject.SetActive(_isAim);_anim.SetBool("Aiming", _isAim);if(_isAim){Sensitivity = aimSensitivity;}else{Sensitivity = normalSensitivity;}}

瞄准点的处理

我们在这里要处理瞄准点的问题，这也是之后武器类的处理方式。
我们写一个Ray，然后通过Hitinfo来获取命中点。
我们使用相机的ScreenPointToRay方法创建一个射线，这个方法需要提供一个二维坐标来确定这条射线会射向哪里（可以理解为两点确定一条线，由于是从相机发出的，所以一点已经确定，只需要另一点确定方向）。
很多时候我们会选择用鼠标位置来决定，因为很多时候我们的鼠标会指向目标点。而在射击类游戏中，我们会把鼠标锁定在屏幕正中心，然后用准星瞄准。我们可以认为屏幕的中心点就是我们所需的另一个点。

Vector2 screenCenterPoint = new Vector2(Screen.width / 2f, Screen.height / 2f);
Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(screenCenterPoint);

接下来我们获取瞄准信息。使用Physics.Raycast方法

Physics.Raycast(ray,out RaycastHit raycastHit,9999f,aimColliderMask)

其中，ray是射线，out会返回一个值，这里是检测到的信息，第三个数值是检测距离，第四个是检测哪些层级。大家对于这些有什么设置就自己做一做。我这里就不做演示了。
这个方法会返回一个bool值，用这个值做判断即可。
我们将一个球摆到碰撞点，这样以后就可以直接制作射击功能，然后配合IK等组件实现细致的动画。
注意：请删除目标点的碰撞器（如果是球之类的有碰撞器的）

    [Tooltip("这是目标点")]public Transform aimDestinationPoint;private void AimPointUpdate(){Vector2 screenCenterPoint = new Vector2(Screen.width / 2f, Screen.height / 2f);Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(screenCenterPoint);if(Physics.Raycast(ray,out RaycastHit raycastHit,9999f,aimColliderMask)){aimDestinationPoint.position = raycastHit.point;}}

角色在瞄准状态下的旋转

这个我们仍在Move方法中的旋转部分去设置。之前是是直接转向，现在添加一个if来分开瞄准与否的旋转方式。
之前我们设置了瞄准点，它本身的X与Z坐标是我们应该朝向的方向。
我们新建一个变量，保存目前的瞄准点位置，然后将Y的影响剔除，然后就可以获得一个方向向量，我们此处仍然进行归一化获得方向向量。
最后，我们进行插值处理方向。此处也可以使用旋转。

Vector3 worldAimTarget = aimDestinationPoint.position;
worldAimTarget.y = transform.position.y;
Vector3 aimdirection = (worldAimTarget - transform.position).normalized;
transform.forward = Vector3.Lerp(transform.forward, aimdirection, Time.deltaTime * 20f);

当然，如果我们像下方这段代码写，是会有bug的，原因在于这个判断是基于位移不为零，当位移为零，我们的角色不会旋转。

         if (!_isAim){#region 在位移过程中的转向float rotation = Mathf.SmoothDampAngle(transform.eulerAngles.y, _targetRotation, ref _rotationVelocity,RotationSmoothTime);transform.rotation = Quaternion.Euler(0.0f, rotation, 0.0f);#endregion}else{#region 瞄准状态下的转向Vector3 worldAimTarget = aimDestinationPoint.position;worldAimTarget.y = transform.position.y;Vector3 aimdirection = (worldAimTarget - transform.position).normalized;transform.forward = Vector3.Lerp(transform.forward, aimdirection, Time.deltaTime * 20f);#endregion}

这里贴上修正过后的代码

     if (_inputsMassage.move!=Vector2.zero){_targetRotation = Mathf.Atan2(currentInput.x, currentInput.z) * Mathf.Rad2Deg + _mainCamera.transform.eulerAngles.y;if (!_isAim){#region 在位移过程中的转向float rotation = Mathf.SmoothDampAngle(transform.eulerAngles.y, _targetRotation, ref _rotationVelocity,RotationSmoothTime);transform.rotation = Quaternion.Euler(0.0f, rotation, 0.0f);#endregion}}if(_isAim){#region 瞄准状态下的转向Vector3 worldAimTarget = aimDestinationPoint.position;worldAimTarget.y = transform.position.y;Vector3 aimdirection = (worldAimTarget - transform.position).normalized;transform.forward = Vector3.Lerp(transform.forward, aimdirection, Time.deltaTime * 20f);#endregion}

瞄准时的移动速度限制

这里可以和上方的瞄准状态的旋转一起判断。
不过我们对整个Move函数重新审视时，会发现这里还是与上方的下蹲状态类似，所有一起进行判断。

if (_isAim) targetSpeed = _aimMoveSpeed;

总结

此处很多关于IK的内容我没有说明，因为IK插件本身是要付费的。代码中会夹杂着关于IK和动画状态机的代码，相信需要做动画状态机和IK的同学能够看懂，不需要的只需要看我提到的那些代码，然后选择性剔除便可。

代码

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using UnityEngine.InputSystem;
using Cinemachine;
using RootMotion.FinalIK;public class ThirdPlayerMoveController : MonoBehaviour
{CharacterController _characterController;PlayerInput _playerInput;PlayerInputsMassage _inputsMassage;GameObject _mainCamera;Animator _anim;public PlayerActionState playerActionState = PlayerActionState.Idle;[Header("相机设置")]public GameObject _cinemachineFollowTarget;public CinemachineVirtualCamera _aimCamera;float _cinemachineTagertX;float _cinemachineTagertY;[Tooltip("相机仰角")]public float TopClamp = 70.0f;[Tooltip("相机俯角")]public float BottomClamp = -30.0f;[Tooltip("额外的度数覆盖摄像头。有用的微调相机位置时，锁定")]public float CameraAngleOverride = 0.0f;[Tooltip("瞄准IK")]public AimIK _playerAimIK;[Header("玩家设置")][Tooltip("这将决定普通行走时的速度")]public float walkSpeed = 1.5f;[Tooltip("这将决定跑步时的速度")]public float _runSpeed = 5.0f;private bool _isCrouch = false;[Tooltip("这将决定蹲下行走的速度")]public float _crouchSpeed = 1.0f;[Tooltip("这将决定瞄准状态下的速度")]public float _aimMoveSpeed = 1.0f;[Header("瞄准设置")][Tooltip("这是基础的鼠标移动速度")]public float SpeedChangeRate = 10.0f;private float normalSensitivity=1f;[Tooltip("这是在基础鼠标移速下，瞄准速度的倍率")]public float aimSensitivity = 0.6f;[Tooltip("这是鼠标移动速度比例")]private float Sensitivity = 1f;private bool _isAim = false;[Tooltip("这是目标点")]public Transform aimDestinationPoint;[Tooltip("射线检测时所能检测的目标层级")]public LayerMask aimColliderMask;[Header("重力及下落")][Tooltip("重力加速度")]public float Gravity = -15.0f;[Tooltip("是否着地")]public bool Grounded = true;[Tooltip("检测半径")]public float GroundedRadius = 0.28f;[Tooltip("检测的层级")]public LayerMask GroundLayers;[Tooltip("地面宽容度")]public float GroundedOffset = -0.14f;[Tooltip("进入坠落所需时间")]public float FallTimeout = 0.15f;private float _fallTimeOutDelta;private float _verticalVelocity;private float _terminalVelocity = 53.0f;private float _currentSpeed;private float _targetRotation = 0.0f;[Tooltip("角色光滑旋转时间")]private float RotationSmoothTime = 0.12f;[Tooltip("在角色光滑旋转过程中的速度")]private float _rotationVelocity;private float _threshold = 0.01f;private bool IsCurrentDeviceMouse{get { return _playerInput.currentControlScheme == "KeyboardMouse"; }}private void Awake(){// get a reference to our main cameraif (_mainCamera == null){_mainCamera = GameObject.FindGameObjectWithTag("MainCamera");}}// Start is called before the first frame updatevoid Start(){_characterController = GetComponent<CharacterController>();_inputsMassage = GetComponent<PlayerInputsMassage>();_playerInput = GetComponent<PlayerInput>();_anim = GetComponentInChildren<Animator>();_playerAimIK = GetComponentInChildren<AimIK>();}private void Update(){PlayerStateJudge();DoGravity();GroundedCheack();Move();AimPointUpdate();DoAim();}private void LateUpdate(){CameraRotation();}/// <summary>/// 相机追踪点的控制/// </summary>private void CameraRotation(){if(_inputsMassage.look.sqrMagnitude>_threshold)//look值大于误差代表有输入{float deltaTimeMultiplier = IsCurrentDeviceMouse ? 1f : Time.deltaTime;_cinemachineTagertX += _inputsMassage.look.x * deltaTimeMultiplier * Sensitivity;_cinemachineTagertY += _inputsMassage.look.y * deltaTimeMultiplier * Sensitivity;}_cinemachineTagertX = ClampAngle(_cinemachineTagertX, float.MinValue, float.MaxValue);_cinemachineTagertY = ClampAngle(_cinemachineTagertY, BottomClamp, TopClamp);_cinemachineFollowTarget.transform.rotation = Quaternion.Euler((-_cinemachineTagertY - CameraAngleOverride) * Settings.mouseYmoveTimes,_cinemachineTagertX * Settings.mouseXmoveTimes, 0.0f);}private void Move(){_isCrouch = _inputsMassage.crouch;//在这里进行状态的判断//PlayerStateJudge(); //首先将移动速度赋予临时变量，考虑到有可能在其他地方使用，我们将其存储起来//_currentSpeed = walkSpeed;(转换为更加完善的速度控制)float targetSpeed = playerActionState switch{PlayerActionState.Idle => 0f,PlayerActionState.Walk => walkSpeed,PlayerActionState.Run => _runSpeed,_ => 0f};if (_isCrouch) targetSpeed = _crouchSpeed;if (_isAim) targetSpeed = _aimMoveSpeed;//玩家当前水平速度的参考float currentHorizontalSpeed = new Vector3(_characterController.velocity.x, 0.0f, _characterController.velocity.z).magnitude;//偏离度,保证目标速度与目前速度相差大才可以插值，避免小幅度的抽搐float speedOffset = 0.1f;//判断偏离度if (currentHorizontalSpeed < targetSpeed - speedOffset ||currentHorizontalSpeed > targetSpeed + speedOffset){_currentSpeed = Mathf.Lerp(currentHorizontalSpeed, targetSpeed ,Time.deltaTime * SpeedChangeRate);//四舍五入到小数点后3位_currentSpeed = Mathf.Round(_currentSpeed * 1000f) / 1000f;}else{_currentSpeed = targetSpeed;}//判断是否进行移动输入if (_inputsMassage.move == Vector2.zero) _currentSpeed = 0;var currentInput = new Vector3(_inputsMassage.move.x, 0, _inputsMassage.move.y).normalized;//单位向量的方向，或者说位移方向if (_inputsMassage.move!=Vector2.zero){_targetRotation = Mathf.Atan2(currentInput.x, currentInput.z) * Mathf.Rad2Deg + _mainCamera.transform.eulerAngles.y;if (!_isAim){#region 在位移过程中的转向float rotation = Mathf.SmoothDampAngle(transform.eulerAngles.y, _targetRotation, ref _rotationVelocity,RotationSmoothTime);transform.rotation = Quaternion.Euler(0.0f, rotation, 0.0f);#endregion}}if(_isAim){#region 瞄准状态下的转向Vector3 worldAimTarget = aimDestinationPoint.position;worldAimTarget.y = transform.position.y;Vector3 aimdirection = (worldAimTarget - transform.position).normalized;transform.forward = Vector3.Lerp(transform.forward, aimdirection, Time.deltaTime * 20f);#endregion}Vector3 targetDir = Quaternion.Euler(0.0f, _targetRotation, 0.0f) * Vector3.forward;_characterController.Move(targetDir.normalized * (_currentSpeed * Time.deltaTime)+ new Vector3(0.0f, _verticalVelocity, 0.0f) * Time.deltaTime);//TODO:这里的Move可以执行垂直方向的速度，直接加上垂直的Vector就可以_anim.SetFloat("Speed", _currentSpeed);_anim.SetBool("Crouch", _isCrouch);}/// <summary>/// 重力/// </summary>private void DoGravity(){if(Grounded){//重置坠落计时器_fallTimeOutDelta = FallTimeout;//落地后我们停止垂直速度累加if(_verticalVelocity<0.0f){_verticalVelocity = -2f;}}else{//此if用于决定是否是下落动画if(_fallTimeOutDelta>=0.0f){_fallTimeOutDelta -= Time.deltaTime;}else{//下落动画}}if(_verticalVelocity<_terminalVelocity){_verticalVelocity += Gravity * Time.deltaTime;}}private void DoAim(){_aimCamera.gameObject.SetActive(_isAim);_anim.SetBool("Aiming", _isAim);if(_isAim){Sensitivity = aimSensitivity;}else{Sensitivity = normalSensitivity;}}/// <summary>/// 限制角度/// </summary>/// <param name="lfAngle"></param>/// <param name="lfMin"></param>/// <param name="lfMax"></param>/// <returns></returns>private static float ClampAngle(float lfAngle, float lfMin, float lfMax){if (lfAngle < -360f) lfAngle += 360f;if (lfAngle > 360f) lfAngle -= 360f;return Mathf.Clamp(lfAngle, lfMin, lfMax);}/// <summary>/// 对玩家状态进行判断/// </summary>private void PlayerStateJudge(){playerActionState = PlayerActionState.Idle;if (_inputsMassage.move!=Vector2.zero){playerActionState = PlayerActionState.Walk;if (_inputsMassage.run)playerActionState = PlayerActionState.Run;}_isAim = _inputsMassage.aim;_playerAimIK.enabled = _isAim;}/// <summary>/// 地面检测/// </summary>private void GroundedCheack(){Vector3 spherePosition = new Vector3(transform.position.x, transform.position.y - GroundedOffset, transform.position.z);Grounded = Physics.CheckSphere(spherePosition, GroundedRadius, GroundLayers, QueryTriggerInteraction.Ignore);}/// <summary>///校准十字中心与目标点/// </summary>private void AimPointUpdate(){Vector2 screenCenterPoint = new Vector2(Screen.width / 2f, Screen.height / 2f);Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(screenCenterPoint);if(Physics.Raycast(ray,out RaycastHit raycastHit,9999f,aimColliderMask)){aimDestinationPoint.position = raycastHit.point;}}}

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