Recast-入门

Recast-Navigation 在做3d游戏的时候，用于做导航的在Unity3D、Unreal Engine都可以使用。当前使用 unreal 4.25

1. Recast工程介绍

RecastNavigation 是一个的导航寻路工具集，它包括了几个子集：

Recast：负责根据提供的模型生成导航网格。
Detour：利用导航网格做寻路操作。这里的导航网格可以是 Recast 生成的，也可以是其他工具生成的。
DetourCrowd：提供了群体寻路行为的功能。
Recast Demo：一个很完善的 Demo，基本上将 Recast 、 Detour 提供的功能都很好地展现了出来。弄懂了这个 Demo 的功能，基本也就了解了 RecastNavigation 究竟可以干什么事。

Recast先从几何体构造素模，然后在其上投射导航网格。此过程包括三个步骤：

创建素模(voxel mold)；

通过将三角形栅格化为多层高度场，从输入三角形网格构建体素模具。然后将一些简单的滤镜应用到模具上，以修剪角色无法移动的位置。

将素模划分成简单区域(region)；

模具描述的可行走区域分为简单的2D覆盖区域。生成的区域仅具有不重叠的轮廓，这大大简化了过程的最后一步。

将区域转换成多边形(polygons)；

通过首先跟踪边界，然后对其进行简化，可以将导航多边形从区域中剥离。最终将生成的多边形转换为凸多边形，这使它们非常适合该级的寻路和空间推理。

注：凸多边形的内角均小于或等于180°，边数为n（n属于Z且n大于2）的凸多边形内角和为（n－2）×180°，但任意凸多边形外角和均为360°，并可通过反证法证明凸多边形内角中锐角的个数不能多于3个。

尝试将unreal engine 里面的地图导出成detour能使用的导航网格：

再 UNREAL ENGINE 里面地图是*.umap文件。我们用UE打开之后，在菜单栏里面操作： Windows->导出NavMesh。这个步骤将会生成一个*.obj文件。这种文件其实是一种文本文件，描述了3D对象模型信息。Unity3D也一样能导出这样的文件。此过程将会生成某个尺寸的模型文件。

我们移植了一些Detour的代码，编写了一个程序 RecastCreator。这个程序能将*.obj文件导出成为一个binary文件。后续就直接使用binary文件来做导航操作。

PS D:\work\trunk\refer\recastnavigation\RecastDemo\Bin\Meshes> .\RecastCreator.exe -cfg -out t3.obj t3.region
----- Create Cfg -----
cellsize = 0.30
cellheight = 0.20
agentheight = 2
agentradius = 0.6
agentmaxclimb = 0.9
agentmaxslope = 45
regionminsize = 8
regionmergesize = 20
edgemaxlen = 12
edgemaxerror = 1.3
vertsperpoly = 6
detailsampledist = 6
detailsamplemaxerror = 1
partitiontype = 1
tilesize = 0
----- End -----
PS D:\work\trunk\refer\recastnavigation\RecastDemo\Bin\Meshes> .\RecastCreator.exe -out t3.obj t3.region
----- Create Bin -----
Building navigation:- 1028 x 1135 cells- 525.2K verts, 306.2K tris
Build Times
- Rasterize:    176.99ms        (24.5%)
- Build Compact:        39.54ms (5.5%)
- Filter Border:        29.55ms (4.1%)
- Filter Walkable:      5.15ms  (0.7%)
- Erode Area:   19.18ms (2.7%)
- Median Area:  0.00ms  (0.0%)
- Mark Box Area:        0.00ms  (0.0%)
- Mark Convex Area:     0.00ms  (0.0%)
- Mark Cylinder Area:   0.00ms  (0.0%)
- Build Distance Field: 29.01ms (4.0%)- Distance: 19.88ms (2.7%)- Blur:     8.95ms  (1.2%)
- Build Regions:        105.62ms        (14.6%)- Watershed:        97.48ms (13.5%)- Expand: 35.47ms (4.9%)- Find Basins:    2.93ms  (0.4%)- Filter:   6.76ms  (0.9%)
- Build Layers: 0.00ms  (0.0%)
- Build Contours:       13.14ms (1.8%)- Trace:    8.87ms  (1.2%)- Simplify: 2.00ms  (0.3%)
- Build Polymesh:       6.09ms  (0.8%)
- Build Polymesh Detail:        286.67ms        (39.6%)
- Merge Polymeshes:     0.00ms  (0.0%)
- Merge Polymesh Details:       0.00ms  (0.0%)
=== TOTAL:      723.73ms
>> Polymesh: 2552 vertices  1153 polygons----- End -----

2.环境搭建

2.1.编译recastnavigation

工具名称	版本信息
visualstudio2019	16.8.3
CMake	3.19.0-rc1
premake	5.0

2.1.1.下载地址

名称	下载地址
SDL	SDL2-devel-2.0.14-VC.zip
premake	premake.github

2.1.2.准备好SDL2的dll

将下载的SDL2.dll文件放入到子目录中：

recastnavigation\RecastDemo\Contrib\SDL\lib\x86\SDL2.dll

使用CMake将SDL2编译出来。在windows里面，我这里都是使用32位编译的。

配置下列的环境变量：

变量名	位置
SDL_PATH	D:\work\trunk\refer\recastnavigation\RecastDemo\Contrib\SDL
SDL2_INCLUDE_DIR	D:\work\trunk\refer\SDL\SDL2-2.0.14\SDL2-2.0.14\include
SDL2_LIBRARY	D:\work\trunk\refer\SDL\SDL2-2.0.14\SDL2-2.0.14\build\Debug
SDL2_SDLMAIN_LIBRARY	D:\work\trunk\refer\SDL\SDL2-2.0.14\SDL2-2.0.14\build\Debug

2.1.3.使用premake5生成工程文件

这个默认生成的是win32位的

D:\work\trunk\refer\recastnavigation\RecastDemo>"premake5" vs2019
Building configurations...
Running action 'vs2019'...
Generated Build/vs2019/recastnavigation.sln...
Generated Build/vs2019/DebugUtils.vcxproj...
Generated Build/vs2019/DebugUtils.vcxproj.filters...
Generated Build/vs2019/Detour.vcxproj...
Generated Build/vs2019/Detour.vcxproj.filters...
Generated Build/vs2019/DetourCrowd.vcxproj...
Generated Build/vs2019/DetourCrowd.vcxproj.filters...
Generated Build/vs2019/DetourTileCache.vcxproj...
Generated Build/vs2019/DetourTileCache.vcxproj.filters...
Generated Build/vs2019/Recast.vcxproj...
Generated Build/vs2019/Recast.vcxproj.filters...
Generated Build/vs2019/RecastDemo.vcxproj...
Generated Build/vs2019/RecastDemo.vcxproj.user...
Generated Build/vs2019/RecastDemo.vcxproj.filters...
Generated Build/vs2019/Tests.vcxproj...
Generated Build/vs2019/Tests.vcxproj.user...
Generated Build/vs2019/Tests.vcxproj.filters...
Done (225ms).

工程属性->生成事件->命令行；将下面部分去掉

1>找不到文件 - SDL2.dll
1>C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Enterprise\MSBuild\Microsoft\VC\v160\Microsoft.CppCommon.targets(153,5): error MSB3073: 命令“IF EXIST "..\..\Contrib\SDL\lib\x86\SDL2.dll"\ (xcopy /Q /E /Y /I "..\..\Contrib\SDL\lib\x86\SDL2.dll" "..\..\Bin" > nul) ELSE (xcopy /Q /Y /I "..\..\Contrib\SDL\lib\x86\SDL2.dll" "..\..\Bin" > nul)
1>C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Enterprise\MSBuild\Microsoft\VC\v160\Microsoft.CppCommon.targets(153,5): error MSB3073: :VCEnd”已退出，代码为 4。
1>已完成生成项目“RecastDemo.vcxproj”的操作 - 失败。IF EXIST "..\..\Contrib\SDL\lib\x86\SDL2.dll"\ (xcopy /Q /E /Y /I "..\..\Contrib\SDL\lib\x86\SDL2.dll" "..\..\Bin" > nul) ELSE (xcopy /Q /Y /I "..\..\Contrib\SDL\lib\x86\SDL2.dll" "..\..\Bin" > nul)

自己手动将编译出来的文件复制过去。

RecastDemo的效果图：

加载一个obj文件：

将obj文件的导航网格生成出来：

生成了之后，地图的颜色将会变化，只需要点击"Build"。有导航网格，才能去测试导航功能。

测试导航功能：

在地图上选择开始结束点；“shift+鼠标左键”

3.Recast 导航网格类型

recastnavigation中提供了3种模式的导航网格：

3.1.SoloMesh

其中SoloMesh模式是静态的导航网格，即对场景build一次之后，将导航网格缓存起来供寻路使用，后续不再允许场景的导航信息发生变化。

文件头：

static const int NAVMESHSET_MAGIC = 'M'<<24 | 'S'<<16 | 'E'<<8 | 'T'; //'MSET';
struct NavMeshSetHeader
{uint32_t magic;uint32_t version;uint32_t numTiles;dtNavMeshParams params;
};// Store header.NavMeshSetHeader header;header.magic = NAVMESHSET_MAGIC;header.version = NAVMESHSET_VERSION;header.numTiles = 0;

3.2.TileMesh

TileMesh也是静态的导航网格，只是与SoloMesh相比它按tile来处理地图，算是介于SoloMesh和TempObstacles之间的一种模式

// 文件名：all_tiles_navmesh.bin
// 文件头： TESM
static const int NAVMESHSET_MAGIC = 'M'<<24 | 'S'<<16 | 'E'<<8 | 'T'; //'MSET';// 加载文件失败：
dtStatus addTileStatus = m_tileCache->addTile(data, tileHeader.dataSize, DT_COMPRESSEDTILE_FREE_DATA, &tile);
inline bool dtStatusFailed(dtStatus status)
static const unsigned int DT_FAILURE = 1u << 31;            // Operation failed.
static const unsigned int DT_WRONG_MAGIC = 1 << 0;        // Input data is not recognized.if (header->magic != DT_TILECACHE_MAGIC)return DT_FAILURE | DT_WRONG_MAGIC;static const int DT_TILECACHE_MAGIC = 'D'<<24 | 'T'<<16 | 'L'<<8 | 'R'; ///< 'DTLR';Sample::saveAll("all_tiles_navmesh.bin", m_navMesh);

3.3.TempObstacles

TempObstacles模式可以支持向场景中动态添加或移除预设形状的阻挡物，导航网格也会随之更新（不过只支持添加阻挡物，而不支持添加新的可行走区域）在处理动态阻挡时，由于单个阻挡对地图的影响区域是有限的，所以会采用将地图切割成多个固定大小的tile，以tile为单位进行网格的生成。这样在添加或移除阻挡时，只需要处理与阻挡相交的tile，而不需要处理整个地图。

static const int TILECACHESET_MAGIC = 'T' << 24 | 'S' << 16 | 'E' << 8 | 'T'; //'TSET';

参考NavMeshDemo源码

3.4.导出Mesh的源码分析

参考官方的代码-RecastDemo部分，在右边的上部，"Sample"中下拉菜单中选择的三类(Solo Mesh、Tile Mesh、Temp Obstacles)导出方式都看明白。

3种导出方式：

Sample* createSolo() { return new Sample_SoloMesh(); }
Sample* createTile() { return new Sample_TileMesh(); }
Sample* createTempObstacle() { return new Sample_TempObstacles(); }

"Build"按钮将会调用

if (imguiButton("Build"))
{ctx.resetLog();if (!sample->handleBuild()){showLog = true;logScroll = 0;}ctx.dumpLog("Build log %s:", meshName.c_str());// Clear test.delete test;test = 0;
}

"Save"按钮将会把生成的网格存储到

类型	文件	大小
Solo	solo_navmesh.bin	240kb
Tile	all_tiles_navmesh.bin	479kb
TempObstacle	all_tiles_tilecache.bin	479kb

导出时候需要设置的参数：

变量	基本信息	备注
cellsize	方块尺寸	0.3
cellheight	方块高度	0.2
agentheight	walkableHeight = agentheight/ cellheight	2
agentradius	walkableClimb = agentradius/ cellheight	0.6
agentmaxclimb	walkableRadius = agentmaxclimb/ cellheight	0.9
agentmaxslope	walkableSlopeAngle = agentmaxslope	45
regionminsize	minRegionArea = regionminsize*regionminsize	8
regionmergesize	mergeRegionArea = regionmergesize*regionmergesize	20
edgemaxlen	maxEdgeLen = edgemaxlen/cellheight	12
edgemaxerror	maxSimplificationError = edgemaxerror	1.3
vertsperpoly	maxVertsPerPoly	6
detailsampledist	detailSampleDist = detailsampledist < 0.9f ? 0 : cellsize * detailsampledist;	6
detailsamplemaxerror	detailSampleMaxError = cellheight * detailsamplemaxerror	1
partitiontype		1
tilesize		48

RecastNavigation-rcConfig文档

cellsize

方块尺寸（x,z平面上），和平面有关系。较低的值将产生较高质量的导航，但是图形扫描较慢。在文档里面记作 [vx]

cellheight

方块高度（y高程），和爬坡有关系。记录计算攀爬仰角，攀爬的高度，计算边缘都需要这个。官方文档里面记作 [vy]

agentheight

minRegionArea

最小孤岛所容纳的cell数目；

任意区域小于指定的数目，将会标记成无法行走。这个东西通常用于去删除无用几何体，比如桌子的顶部，盒子的顶部等等。

值域：[Limit: >=0] 作用域：[Units: vx]，vx代表平面；

mergeRegionArea

如果有可能性的话，任意区域如果cell的数目小于它，将会被融合到比它大的区域里面。

值域：[Limit: >=0] 作用域：[Units: vx]

edgemaxlen

沿网格边界的轮廓边缘的最大允许长度。 [Limit: >=0] [Units: vx].

这个将会让边缘更加趋于直线。如果想关闭这个功能将值设置成0。

partitiontype

分区方式

Watershed 分水岭方式

enum SamplePartitionType SAMPLE_PARTITION_WATERSHED = 0

Monotone 单调方式

enum SamplePartitionType SAMPLE_PARTITION_MONOTONE = 1

Layers 分层方式

enum SamplePartitionType SAMPLE_PARTITION_LAYERS = 2

原文释义：

 Partition the heightfield so that we can use simple algorithm later to triangulate the walkable areas.There are 3 martitioning methods, each with some pros and cons:1) Watershed partitioning- the classic Recast partitioning- creates the nicest tessellation- usually slowest- partitions the heightfield into nice regions without holes or overlaps- the are some corner cases where this method creates produces holes and overlaps- holes may appear when a small obstacles is close to large open area (triangulation can handle this)- overlaps may occur if you have narrow spiral corridors (i.e stairs), this make triangulation to fail* generally the best choice if you precompute the nacmesh, use this if you have large open areas2) Monotone partioning- fastest- partitions the heightfield into regions without holes and overlaps (guaranteed)- creates long thin polygons, which sometimes causes paths with detours* use this if you want fast navmesh generation3) Layer partitoining- quite fast- partitions the heighfield into non-overlapping regions- relies on the triangulation code to cope with holes (thus slower than monotone partitioning)- produces better triangles than monotone partitioning- does not have the corner cases of watershed partitioning- can be slow and create a bit ugly tessellation (still better than monotone)if you have large open areas with small obstacles (not a problem if you use tiles)* good choice to use for tiled navmesh with medium and small sized tiles

tilesize

每块tile再xz平面上的size。[Limit: >= 0] [Units: vx].

这个值旨在编译出多tile mesh的时候生效（temp obstacles/tiles）。

4.包围盒分类

4.1.AABB

AABB算法的全称是 - axis aligned bounding box (轴对齐-边界盒)AABB 包围盒是与坐标轴对齐的包围盒, 简单性好, 紧密性较差。

4.2.OBB

OBB 包围盒: OBB（oriented bounding box 方向矩形边界框）碰撞检測方法紧密性是较好的, 可以大大降低參与相交測试的包围盒的数目, 因此整体性能要优于AABB 和包围球, 而且实时性程度较高。

阅读 Export Recast Navigation Data from UE4

Library: ue-recast-detour这个是从 UE 代码中抽取出的 recast detour 库，在 UE 源码的路径下为 Runtime/Navmesh/Detour，主要目的是保证 UE 客户端与外部服务器的验证方法一致。只将solo方式的导航。

其实在UnrealEngine4的源代码中是有一份NavigationSystem，Navmesh。github-UE4-Navmesh。可以直接在ue4的引擎代码里面找到动态阻挡相关的逻辑。

参考

[1] recastnavigation
[2] premake
[3] SDL
[4] recastdetour手册
[5] 游戏的寻路导航 1：导航网格
[6] recastNavigation读书笔记1
[7] CritterAI
[8] B站讲解RecastDemo如何使用
[9] 从零开始学习导航网格
[10] AABB&OBB包围盒
[11] 生成寻路网格的配置
[12] 手动创建navmesh
[13] navmesh参数
[14] ue-navmesh
[15] 循迹研究室-Export Recast Navigation

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