Unity Avatar Cover System - 如何实现一个Avatar角色的智能掩体系统
文章目录
- 简介
-
- 变量说明
- 实现
-
- 动画准备
- 动画状态机
- State 状态
-
- None
- Stand To Cover
- Is Covering
- Cover To Stand
- 高度适配
-
- 高度检测
- 脚部IK
简介
本文介绍如何在Unity中实现一个Avatar角色的智能掩体系统，效果如图所示：
初版1.0.0代码已上传至SKFramework框架Package Manager中：
变量说明
Cover Layer Mask：掩体物体的Layer层级Shortcut Key：进入、退出掩体状态的快捷键Box Cast Size：寻找掩体所用物理检测的Box大小Box Cast Num：寻找掩体所用物理检测的Box数量（maxDistance = boxCastSize * boxCastNum）Stand 2 Cover Speed：切换至掩体状态的移动速度Cover 2 Stand Speed：退出掩体状态的移动速度Stand 2 Cover Time：切换至掩体状态的时长（动画时长决定）Cover 2 Stand Time：退出掩体状态的时长（动画时长决定）Sneak Speed：掩体状态下移动的速度Direction Lerp Speed：左右方向的插值速度Head Radius：头部的半径 用于物理检测 未检测到碰撞时身体高度向下调整 并启用脚部IKHead Down Cast Count Limit：头部下方物理检测的次数限制（每次下降一个半径的单位进行检测）Ground Layer Mask：地面的Layer层级 用于脚部IK检测地面Body Position Lerp Speed：身体高度插值的速度Foot Position Lerp Speed：脚部IK插值的速度Raycast Distance：脚部IK检测用的距离Raycast Origin Height：脚部IK检测的高度
实现
动画准备
Mixamo：动作文件全部是在Mixamo网站上下载的：
Humanoid：Animation Type设为Humanoid人形动画：
Animation：调整相关设置：
Root Transform Rotation Offset：此处设为-180，目的为了调整朝向，使其与Stand2Cover、Cover2Stand等动画连贯。
动画状态机
Animator Parameters：添加相关参数：Stand2Cover：bool类型，用于进入、退出掩体状态；Cover Direction：float类型，用于控制左右方向的混合树；Cover Sneak：float类型，用于控制移动的混合树。
Sub-State Machine：创建一个子状态机，用于处于Cover相关状态：
Cover子状态机中添加Stand2Cover、Cover2Stand动画状态及Cover Direction混合树：
Cover Direction混合树：包含Cover Left、Cover Right子混合树，两个子混合树又分别包含其对应方向的Idle和Sneak动画。Cover Direction参数用于控制进入Cover Left还是Cover Right，Cover Sneak参数用于控制Idle和Sneak之间的混合：
IK Pass：启用对应层级的IK Pass通道，计算脚部IK所需：
State 状态
定义相关状态：
None：未在任何状态；Stand2Cover：正在切换至掩体状态（切换过程）IsCovering：正处于掩体状态Cover2Stand：正在退出掩体状态（切换过程）
public enum State
{
None, //未在任何状态
Stand2Cover, //正在切换至掩体状态
IsCovering, //正处于掩体状态
Cover2Stand, //正在退出掩体状态
}
//当前状态
private State state = State.None;
/// None
未处于任何状态时，向身体前方进行BoxCast物理检测寻找掩体，当检测到掩体时，按下指定快捷键则进入Stand2Cover切换过程：
//未处于掩体状态
case State.None:
{
//Box检测的中心点
Vector3 boxCastCenter = transform.position + transform.up;
//最大检测距离
float maxDistance = boxCastSize.z * boxCastNum;
//向身体前方进行Box检测 寻找掩体
castResult = Physics.BoxCast(boxCastCenter, boxCastSize * .5f, transform.forward, out hit, transform.rotation, maxDistance, coverLayerMask);
//调试：法线方向
Debug.DrawLine(hit.point, hit.point + hit.normal, Color.magenta);
//检测到掩体
if (castResult)
{
//按下快捷键 进入掩体状态
if (Input.GetKeyDown(shortcutKey))
{
//正在切换至掩体状态
state = State.Stand2Cover;
//播放动画
animator.SetBool(AnimParam.Stand2Cover, true);
//禁用其他人物控制系统
GetComponent<AvatarController>().enabled = false;
//默认右方（动画Stand2Cover默认右方）
targetCoverDirection = 1f;
//启用脚部IK
enableFootIk = true;
bodyYOffset = 0.04f;
}
}
}
break;
Stand To Cover
切换至掩体状态的过程中，向RaycastHit中的法线反方向移动，移动到掩体前方：
case State.Stand2Cover:
{
//计时
stand2CoverTimer += Time.deltaTime;
if (stand2CoverTimer < stand2CoverTime)
{
//向法线反方向移动 到掩体前
cc.Move(-hit.normal * Time.deltaTime * stand2CoverSpeed);
//朝向 面向法线方向
transform.forward = Vector3.Lerp(transform.forward, -hit.normal, Time.deltaTime * stand2CoverSpeed);
}
else
{
//重置计时器
stand2CoverTimer = 0f;
//切换完成 进入掩体状态
state = State.IsCovering;
bodyYOffset = 0.02f;
}
}
break;
Is Covering
在掩体状态时，获取用户Horizontal水平方向上的输入，通过输入控制Avatar转向左侧或右侧并进行Sneak移动：
//获取水平方向输入
float horizontal = Input.GetAxis("Horizontal");
//目标方向 输入为负取-1 为正取1
if (horizontal != 0f)
{
targetCoverDirection = horizontal < 0f ? -1f : 1f;
castResult = Physics.BoxCast(transform.position + transform.up, boxCastSize * .5f, transform.forward, out hit, Quaternion.identity, boxCastSize.z * boxCastNum, coverLayerMask);
Debug.DrawLine(hit.point, hit.point + hit.normal, Color.magenta);
cc.Move(-hit.normal * sneakSpeed * Time.deltaTime);
transform.forward = Vector3.Lerp(transform.forward, -hit.normal, Time.deltaTime * stand2CoverSpeed);
}
//方向插值运算
coverDirection = Mathf.Lerp(coverDirection, targetCoverDirection, Time.deltaTime * directionLerpSpeed);
//动画 方向
animator.SetFloat(AnimParam.CoverDirection, coverDirection);
//动画 掩体状态行走
animator.SetFloat(AnimParam.CoverSneak, Mathf.Abs(horizontal));
//通过输入控制移动
cc.Move(horizontal * sneakSpeed * Time.deltaTime * transform.right);
按下快捷键时，退出掩体状态：
animator.SetBool(AnimParam.Stand2Cover, false);
state = State.Cover2Stand;
Cover To Stand
退出掩体状态的过程中，向身体后方移动：
//计时
cover2StandTimer += Time.deltaTime;
cover2StandTimer = Mathf.Clamp(cover2StandTimer, 0f, cover2StandTime);
if (cover2StandTimer < cover2StandTime)
{
//后移
cc.Move(cover2StandSpeed * Time.deltaTime * -transform.forward);
}
else
{
//重置计时器
cover2StandTimer = 0f;
state = State.None;
//启用其他人物控制脚本
GetComponent<AvatarController>().enabled = true;
}
高度适配
如图所示，当掩体的高度降低时，角色会逐渐下蹲调整高度，实现该功能一方面需要在头部进行物理检测，另一方面需要启用脚部的IK。
高度检测
高度检测贯穿于Stand2Cover和IsCovering状态中，注意观察下图中红色球的变动，当SphereCast球形检测在初始高度未检测到掩体时，会下降一个球半径的单位再次进行检测，如果在限制次数中都未检测到掩体，则退出掩体状态，如果检测到掩体，则获取碰撞点和初始高度的delta差值，该差值就是身体要下降的高度：
//头部物理检测的初始点
headSphereCastOrigin = transform.position + Vector3.up * headOriginPosY + transform.right * targetCoverDirection * headRadius * 2f;
//向前方进行球形检测（掩体状态下前方就是后脑勺的方向）
headCastResult = Physics.SphereCast(headSphereCastOrigin, headRadius, transform.forward, out RaycastHit headHit, coverLayerMask);
int i = 0;
if (!headCastResult)
{
for (i = 0; i < headDownCastCountLimit; i++)
{
//每次下降一个半径的单位进行检测
headSphereCastOrigin -= Vector3.up * headRadius;
headCastResult = Physics.SphereCast(headSphereCastOrigin, headRadius, transform.forward, out headHit, coverLayerMask);
if (headCastResult) break;
}
}
if (headCastResult)
{
Debug.DrawLine(headSphereCastOrigin, headHit.point, Color.green);
float delta = headOriginPosY - headHit.point.y;
targetBodyPositionY = originBodyPositionY - delta - headRadius;
Debug.DrawLine(headSphereCastOrigin, headSphereCastOrigin - Vector3.up * (delta + i * headRadius), Color.red);
}
检测的位置受Cover Direction方向影响，当处于Cover Left时，会在头部左侧一定单位进行检测，相反，处于Cover Right时，会在头部右侧一定单位进行检测：
获取到身体要下降的高度后，在OnAnimatorIK函数中调整Animator组件的bodyPosition属性：
Vector3 bodyPosition = animator.bodyPosition;
bodyPosition.y = Mathf.Lerp(lastBodyPositionY, targetBodyPositionY, bodyPositionLerpSpeed);
animator.bodyPosition = bodyPosition;
lastBodyPositionY = animator.bodyPosition.y;
脚部IK
单纯的下调身体高度会导致脚穿模到地面以下，因此需要启用脚部IK，不断调整脚的位置，脚部IK在前面的文章中有介绍，这里不再详细说明，代码如下：
private void FixedUpdate()
{
//未启用FootIK or 动画组件为空
if (!enableFootIk || animator == null) return;
#region 计算左脚IK
//左脚坐标
leftFootPosition = animator.GetBoneTransform(HumanBodyBones.LeftFoot).position;
leftFootPosition.y = transform.position.y + raycastOriginHeight;
//左脚 射线检测
leftFootRaycast = Physics.Raycast(leftFootPosition, Vector3.down, out RaycastHit hit, raycastDistance + raycastOriginHeight, groundLayerMask);
if (leftFootRaycast)
{
leftFootIkPosition = leftFootPosition;
leftFootIkPosition.y = hit.point.y + bodyYOffset;
leftFootIkRotation = Quaternion.FromToRotation(transform.up, hit.normal);
#if UNITY_EDITOR
//射线
Debug.DrawLine(leftFootPosition, leftFootPosition + Vector3.down * (raycastDistance + raycastOriginHeight), Color.yellow);
//法线
Debug.DrawLine(hit.point, hit.point + hit.normal * .5f, Color.cyan);
#endif
}
else
{
leftFootIkPosition = Vector3.zero;
}
#endregion
#region 计算右脚IK
//右脚坐标
rightFootPosition = animator.GetBoneTransform(HumanBodyBones.RightFoot).position;
rightFootPosition.y = transform.position.y + raycastOriginHeight;
//右脚 射线检测
rightFootRaycast = Physics.Raycast(rightFootPosition, Vector3.down, out hit, raycastDistance + raycastOriginHeight, groundLayerMask);
if (rightFootRaycast)
{
rightFootIkPosition = rightFootPosition;
rightFootIkPosition.y = hit.point.y + bodyYOffset;
rightFootIkRotation = Quaternion.FromToRotation(transform.up, hit.normal);
#if UNITY_EDITOR
//射线
Debug.DrawLine(rightFootPosition, rightFootPosition + Vector3.down * (raycastDistance + raycastOriginHeight), Color.yellow);
//法线
Debug.DrawLine(hit.point, hit.point + hit.normal * .5f, Color.cyan);
#endif
}
else
{
rightFootIkPosition = Vector3.zero;
}
#endregion
}
#region 应用左脚IK
//权重
animator.SetIKPositionWeight(AvatarIKGoal.LeftFoot, 1f);
animator.SetIKRotationWeight(AvatarIKGoal.LeftFoot, 1f);
Vector3 targetIkPosition = animator.GetIKPosition(AvatarIKGoal.LeftFoot);
if (leftFootRaycast)
{
//转局部坐标
targetIkPosition = transform.InverseTransformPoint(targetIkPosition);
Vector3 world2Local = transform.InverseTransformPoint(leftFootIkPosition);
//插值计算
float y = Mathf.Lerp(lastLeftFootPositionY, world2Local.y, footPositionLerpSpeed);
targetIkPosition.y += y;
lastLeftFootPositionY = y;
//转全局坐标
targetIkPosition = transform.TransformPoint(targetIkPosition);
//当前旋转
Quaternion currRotation = animator.GetIKRotation(AvatarIKGoal.LeftFoot);
//目标旋转
Quaternion nextRotation = leftFootIkRotation * currRotation;
animator.SetIKRotation(AvatarIKGoal.LeftFoot, nextRotation);
}
animator.SetIKPosition(AvatarIKGoal.LeftFoot, targetIkPosition);
#endregion
#region 应用右脚IK
//权重
animator.SetIKPositionWeight(AvatarIKGoal.RightFoot, 1f);
animator.SetIKRotationWeight(AvatarIKGoal.RightFoot, 1f);
targetIkPosition = animator.GetIKPosition(AvatarIKGoal.RightFoot);
if (rightFootRaycast)
{
//转局部坐标
targetIkPosition = transform.InverseTransformPoint(targetIkPosition);
Vector3 world2Local = transform.InverseTransformPoint(rightFootIkPosition);
//插值计算
float y = Mathf.Lerp(lastRightFootPositionY, world2Local.y, footPositionLerpSpeed);
targetIkPosition.y += y;
lastRightFootPositionY = y;
//转全局坐标
targetIkPosition = transform.TransformPoint(targetIkPosition);
//当前旋转
Quaternion currRotation = animator.GetIKRotation(AvatarIKGoal.RightFoot);
//目标旋转
Quaternion nextRotation = rightFootIkRotation * currRotation;
animator.SetIKRotation(AvatarIKGoal.RightFoot, nextRotation);
}
animator.SetIKPosition(AvatarIKGoal.RightFoot, targetIkPosition);
#endregion