C# FSM (仿Unity 中的Mecanim动画系统的状态机)

刚自学Unity，发现Unity 之所以很火，因为很多系统，编辑器，还有一些设计很强大，用起来都比较容易维护。（当然除了：发布程序跨平台之外）

自学中，发现，一个挺有趣的系统：Animator，这个在Unity 中，有一个独立的子面板：Animator的一个动画状态机切换可视化管理系统：FSM，如下图：

（游戏中，动画系统是一个比较复杂的系统，单单一个角色，可能动画就包含了N种，如果要想很好的管理，最好的就是使用FSM）

由于比较好奇，就着手写了个简单的FSM 测试项目：

1.1：修正了1.0版本的一个Pipeline的多个条件之间为：“与”关系，与部份代码优化;

1.2：修正了1.1版本的【删除】了FSM内states都执行update的测试代码; 

     并增加了对函数类型的参数测试，使用；

     增加了：“飞起”状态，测试；

     增加了模拟每种状态之间的切换时的输出不同信息；

1.3：完善了，Transition, ChangedStatePipeline，PipelineCondition与FSM之关系

     让每个以上三类对象，都分别在各各FSM，或是他们类之间最大化可共用；

     增加了FSM静态方法：

     FSM.TransitionTo(FSM fsm, string srcStateName, string targetStateName, 

        List<PipelineCondition> conditions, bool addInSameStateNameTransition

     )

     使外部调用代部量大大减少，并提高可读性.

1.4：优化：FSM中的AnyState与CurState的进入，与离开的触发位置（放在Update中处理，即下一帧中处理）

     添加：FSM中的Blackboard黑板数据设计（有点像BT树中的黑板数据）

1.4.1: 修复了，Param中的_dic[ParamType.Boolean] == XXXX, 的BUG；因为把：ParamType.Boolean写成了：ParamType.Func；

     2014-11-24 今天下午用了，1小时，重写了AS3的runtime；

源项目下载：

FSM 1.0

FSM 1.1

FSM 1.2

FSM 1.3

FSM 1.4

FSM 1.4.1

以上，就是单个动画的状态机可视化管理界面；

any state就是每次都会处理的状态；（任意状态）

idle（闲置状态）

run（跑动状态）

dead（死亡状态）

大家应该也发现了，idle、run、dead这些状态之间都有一些带有方向的线段连接起来；

这些带方向的线段就是：Transition（对应类：Transition.cs），意思就是设置了一些过渡参数，来从，原来的状态，过渡到：指定的状态；

如图：

而每个Transition其实是可以有多个：过渡管道；（对应类：ChangStatePipeline.cs），就是管理，状态之间可以过渡的参数管理

以上是单个Pipeline，一个Transition中，含多个Pipeline的话，左边的视图中，带方向的的Transition外观会变成：带有三个方向的箭头：

如图：

以上，一个Transition有，两个Pipeline，第一个是当speed>10时（红色线部份），会从：idle过渡到：run状态，

而第二个Pipeline是，hp>50（看绿色线的部份），也会从：idle过渡到：run状态；

多个Pipeline是“或”关系

多个Pipeline之间的逻辑是：or，运算符：||的关系，意思是：

if (speed > 10 || hp > 50) 

    // transilated to run

而一个Pipeline里的，含多个Condition，他们是“与”关系（1.1版修正的功能）

如果一个Condition里，设置了，speed，Greater：10，并且，再加了一个：hp，Greater：0，意思是：

这个Condition判断就必须要成立以下条件：

if (speed > 10 && hp > 0)

   // condition success

其中，上图中，大家都应该看到了：Condition栏中的：speed，Greater，或是hp，Greater这些设置过渡的参数；

这些参数都对应：“源项目”的FSMParam类，如图：

FSM相关的声明：（注释挺少的，不过代码600多行，我就不贴上来了，有提供百度网盘下载就可以了，往下看）

    /// 

    /// 状态机中，当前状态发生改变的事件委托声明
    /// 
	public delegate void CurStateChangedEventHandler(FSM sender);

	/// 

    /// 状态机中，当有参数发生变化时的事件委托声明
    /// 
    public delegate void ParamsChangedEventHandler(FSM sender, ParamsChangedEvent args);

    /// 

    /// 过渡参数为函数委托的声明
    /// 
	public delegate bool FSMFuncParamHandler(params object[] objs);

    /// 

    /// 状态机中，当有参数发生变化时的参数类声明
    /// 
    public class ParamsChangedEvent : EventArgs;

    /// 

    /// 有限状态机
    /// (
    ///     设计思路，参考：Unity 4.3.2f 版本的Mecanim动画系统中的状态机，
    ///     根据使用上的功能，来猜想实现思路，当然可能我的实现方式不是最好，
    ///     如果大家还有比较好的一些见解，那大家一起交流交流吧。
    ///     该博文就不多说其它的，我的文采也不好，直接上代码吧。
    /// )
    /// @author :   Jave.Lin(afeng)
    /// @time   :   2014-03-11
    /// @version:   1.0
    /// 
	public class FSM;

	/// 

    /// 状态
    /// 
	public abstract class State;

	/// 

    /// 状态之间的过度处理(可包含多个过度管道)
    /// 
	public class Transition;

	/// 

    /// 状态之间的过度管道（可包含多个过度条件）
    /// 
	public class ChangStatePipeline;

	/// 

    /// 过度参数的成立条件类型
    /// 
	[Flags]
	public enum ConditionType;

	/// 

    /// 过度参数类型
    /// 
	public enum FSMParamType;

	/// 

    /// 过度参数是函数类型
    /// 
	public class FSMParamFunc : FSMParam;

	/// 

    /// 过度参数是值类型
    /// 
	public class FSMParamValue : FSMParam;

	/// 

    /// 过度的参数类
    /// 
	public abstract class FSMParam;

调用部份：（部份不算很多，我就全部拿上来了，这里比较清楚的可以看到，我们平时在Unity 操作Mecanim的一些设置中，大概内部是如何调用的一个过程）

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Threading;

namespace FSMTestingProject
{
    /// 

    /// 测试：有限状态机
    /// @author :   Jave.Lin(afeng)
    /// @time   :   2014-03-11
    /// @version:   1.0
    /// 
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Green;

            var fsm = new FSM("Jave's FSM");

            Console.WriteLine(string.Format("Start testing :{0}", fsm));

            // add event show cur state changed info
            fsm.CurStateChangedEvent += (CurStateChangedEventHandler)((sender) =>
            {
                Console.WriteLine(string.Format("fsm : {0}, had changed cur state, last state : {1}, cur state : {2}", fsm, fsm.LastState, fsm.CurState));
            });
            // add event show params changed info
            fsm.ParamsChangedEvent += (ParamsChangedEventHandler)((sender, paramChangedArgs) =>
            {
                Console.WriteLine(string.Format(
                    "param:{1}, src:{2}, to: {3}",
                    fsm, paramChangedArgs.CurValue.Name, paramChangedArgs.LastValue.Value, paramChangedArgs.CurValue.Value));
            });

            // add some states
            fsm.AddState(new MyState(fsm, "idle"));
            fsm.AddState(new MyState(fsm, "run"));
            fsm.AddState(new MyState(fsm, "dead"));
            fsm.AnyState = new MyState(fsm, "any state");
            // set cur state
            fsm.SetCurState(fsm.GetState("idle"));
            // add fsm some params
            fsm.AddParam(new FSMParamValue("speed") { Value = 0 }); // init speed = 0;
            fsm.AddParam(new FSMParamValue("hp") { Value = 100 }); // init hp = 100

            // idle state add some transition to run
            var idleState = fsm.GetState("idle");
            var runState = fsm.GetState("run");
            if (idleState != null && runState != null)
            {
                // create transition
                var toRunTransition = new Transition(idleState, runState);
                
                // create transition pipelines
                var pipeline = new ChangStatePipeline(idleState, runState);
                // create pipelines conditions , and add condition
                var condition = new PipelineCondition(pipeline, "speed", 10, ConditionType.GreaterEquals);
                pipeline.AddCondition(condition);

                // transition add pipeline
                toRunTransition.AddPipeline(pipeline);

                // at last, state add transition
                idleState.AddTransition(toRunTransition);
            }
            // run back to idle
            if (idleState != null && runState != null)
            {
                // create transition
                var toRunTransition = new Transition(runState, idleState);

                // create transition pipelines
                var pipeline = new ChangStatePipeline(runState, idleState);
                // create pipelines conditions , and add condition
                var condition = new PipelineCondition(pipeline, "speed", 10, ConditionType.Less);
                pipeline.AddCondition(condition);

                // transition add pipeline
                toRunTransition.AddPipeline(pipeline);

                // at last, state add transition
                runState.AddTransition(toRunTransition);
            }
            // idle or run state add some transition to dead state's transitions
            var deadState = fsm.GetState("dead");
            if (idleState != null && deadState != null && runState != null)
            {
                // idle to dead
                var trans1 = ToDeadStateTransition(idleState, deadState);
                idleState.AddTransition(trans1);
                // run to dead
                var trans2 = ToDeadStateTransition(runState, deadState);
                runState.AddTransition(trans2);
            }

            //const int updatePerMs = (int)(1f / 60f * 1000);
            const int updatePerMs = (int)(1000);

            bool speedAdding = true;

            // dummy fsm update task
            var task = Task.Factory.StartNew((Action)(() => 
            {
                while (true)
                {
                    fsm.Update();

                    var speedParam = fsm.GetParam("speed");

                    if (Convert.ToDouble(speedParam.Value) <= 0)
                        speedAdding = true;
                    else if (Convert.ToDouble(speedParam.Value) > 10)
                        speedAdding = false;
                    fsm.SetParamValue("speed", Convert.ToDouble(speedParam.Value) + (speedAdding ? 1 : -1)); // to run when speed greater and equals 10, back to idle when speed less than 10

                    var hpParam = fsm.GetParam("hp");
                    if (Convert.ToDouble(hpParam.Value) > 0)
                    {
                        fsm.SetParamValue("hp", Convert.ToDouble(hpParam.Value) - 5); // minus 10 hp per frame, to dead when hp less and equals 0
                    }
                    Thread.Sleep(updatePerMs);
                }
            }));

            Console.ReadLine();
        }

        static Transition ToDeadStateTransition(State srcState, State targetState)
        {
            var result = new Transition(srcState, targetState);

            var pipeline = new ChangStatePipeline(srcState, targetState);
            var condition = new PipelineCondition(pipeline, "hp", 0, ConditionType.LessEquals);
            pipeline.AddCondition(condition);

            result.AddPipeline(pipeline);
            return result;
        }
    }

    class MyState : State
    {
        public MyState(FSM fsm, string name)
            : base(fsm, name)
        {

        }

        public override void EnterState()
        {
            Console.WriteLine(string.Format("->Enter State : {0}", Name));
        }

        public override void LeaveState()
        {
            Console.WriteLine(string.Format("<-LeaveState : {0}", Name));
        }

        public override void Excute()
        {
            Console.WriteLine(string.Format("$$Excute State : {0}", Name));
        }
    }
}

项目运行后，可以看到：

先有：idle 的speed一步一步的+1，到speed >= 10时，状态就变成了：run；

然后再有：run，从speed = 11; 变到speed < 10时，状态变成了：idle；

如图：

总结：

以前我只知道状态机，只用于管理游戏中，一些角色的AI；

但自从使用了Unity 的Mecanim之后，就发现，状态机，可以用于很多地方；

什么时候应用：

当有一个系统，他有N种可例举出来（有限）的状态，并且这些状态之间可能会指定情况下（FSM中的参数：FSMParam），会转换另一种状态的系统结构时；

那么采用FSM是最好的；

自动战斗系统状态：

角色当前身边的怪物，多于一个时，都使用，群攻，否则都有单体攻击；

战士技能，抓敌人过来：

当前可能是处于跑动状态：

当敌人离自己不能直接攻击的范围（参数） && 自己已学习抓人技能（参数）&& 技能CD为0 && CD消耗条件成立（MP，或是AP）

（参数成立，则转换状态）则使用抓敌人过来的技能（另一个状态：使用技能抓人技能状态）

VR：天气状态：

晴天时，显示太阳；

阴天时，太阳不出现；

下雨天时，太阳不出，出一些云；

太阳雨时，太阳出现，也有一些云，并且下雨；

在应对比较多变，复杂，可例举的情况，作对一一对应处理的逻辑，都写在对应的状态中；

而不用传统的一排N长的：switch....case...分支处理；

还有一种比较复杂的情况，FSM中的子状态内，可能会包含另一个FSM；这种情况，在本源项目中，可直接使用，完全不影响；

再来看看一些还不算是很复杂的动画状态管理的“蜘蛛网”状态图：

下图文章的链接是：http://www.gamasutra.com/blogs/HeikkiTormala/20121214/183567/

期待优化

其实从上图，可以看到，这些还不算很复杂的动画状态时，就在可视化管理时，如化的恐怖难管；

箭头多，还是一回事，最主要的是，每个箭头：Transition，都不能复用；这是个“痛”！

如果Unity 再把这些很多逻辑相似的Transition在可视化时可共用处理，那可能会好管理一些；

而在代码中，共用是比较容易的；

转载的话，注声明：

转载于：http://blog.csdn.net/linjf520/article/details/21010637