主流游戏相机实现 之Cinemachine 概述

《主流游戏相机实现》通过Unity 3D引擎和Cinemachine组件来实现主流游戏的相机设置，切换和管理的概念，习惯，基本原理，经验参数等。实现内容以动作游戏相机为主，但不限于动作游戏，也可以用于横版格斗、FPS、RPG等类型，需要自行调整和研究。

课程属于基础和进阶课程，适合对镜头控制感兴趣的读者。

《主流游戏相机实现》目录

1｜Cinemachine 概述

2｜《战双》相机分解和实现

3｜《Sifu/师傅 》战斗相机部分分解与实现

4｜多目标相机实现

5｜《对马岛之魂》战斗相机部分实现

6｜相机碰撞和场景交互处理

7｜Demo工程

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本文节选自UWA学堂的《主流游戏相机实现》第一节《Cinemachine 概述》。

1 基本组件组成

Cinemachine核心组件包括Brain和Virtual Camera（虚拟相机），Brain负责相机的切换，虚拟相机负责拍摄。

Virtual Camera

虚拟相机主要由六个模块组成，分别是：

Lens：包括调整FOV等参数；

Body：负责处理相机和跟踪目标之间的相对位置的这样一个关系；

Aim：负责处理焦点和跟踪目标在镜头中的相对位置；

Noise：模拟手持相机的晃动；后处理模块：让每个镜头有不同的后处理效果；

Extnesions可扩展模块：包括碰撞处理等功能。

Body属性提供了下列算法来移动虚拟相机：

• Do Nothing：不移动虚拟相机。

• Framing Transposer：在屏幕空间，保持相机和跟随目标的相对位置，可以设置缓动。

• Hard Lock to Target：虚拟相机和跟随目标使用相同位置。

• Orbital Transposer：相机和跟随目标的相对位置是可变的，还能接收用户的输入。常见于玩家控制的相机。

• Tracked Dolly：相机沿着预先设置的轨道移动。

• Transposer：相机和跟随目标的相对位置固定，可以设置缓动。

Aim属性提供了下列算法来旋转相机对准Look At的目标：

• Composer：将目标保持在相机镜头内，可以设置多种约束

• Group Composer：将多个目标保持在相机镜头内

• Do Nothing：不旋转相机

• POV：根据用户的输入旋转相机

• Same As Follow Target：将相机的旋转和跟随目标的旋转同步

• Hard Look At：将Look At目标固定在镜头中心的位置。

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组织结构：

1.1 Brain和Virtual Camera执行过程

​

CinemachineBrain每帧通过VirtualCamera计算真实相机的位置，并同步到真实相机上。 真正的数据计算又是通过VirtualCamera上的流水线来计算的。 这是一个简化的流程说明，真实计算还有相机切换时的混合、流水线之外的Extension、和CinemachineCore对Cinemachine的全局管理等。

1.2 CinemachineBrain详细调用流程 主要可以分为两个时间节点和三件事。

• 时间节点

  • FixedUpdate之后

  • LateUpdate

• 三件事

  • 维护虚拟相机的状态，永远在LateUpdate。

  • 通过虚拟相机计算State，根据UpdateMethod的设置，在FixedUpdate之后或LateUpdate。

  • 将虚拟相机的State同步到真实相机上，根据BlendUpdateMethod的设置，在FixedUpdate之后或LateUpdate。

​

VirtualCamera中State计算流程

​

VirtualCamera中 Pipeline Stage

流水线阶段

UpdateComponentPipeline(); 
//
if (m_ComponentOwner != null && m_ComponentOwner.gameObject != null)
{
    // 排序 the pipeline
    list.Sort((c1, c2) => (int)c1.Stage - (int)c2.Stage);
    m_ComponentPipeline = list.ToArray();
}
//  预处理 camState
for (int i = 0; i < m_ComponentPipeline.Length; ++i)
    m_ComponentPipeline[i].PrePipelineMutateCameraState(ref state, deltaTime);


// 按body到final顺序执行CametaState，有2个例外
CinemachineComponentBase postAimBody = null;
for (var stage = CinemachineCore.Stage.Body; stage <= CinemachineCore.Stage.Finalize; ++stage)
{
    ...
    if (stage == CinemachineCore.Stage.Body && c.BodyAppliesAfterAim)
    {
        postAimBody = c;
        continue; // do the body stage of the pipeline after Aim
    }
    c.MutateCameraState(ref state, deltaTime);
}
InvokePostPipelineStageCallback(this, stage, ref state, deltaTime);


if (stage == CinemachineCore.Stage.Aim)
{
    if (c == null)
        state.BlendHint |= CameraState.BlendHintValue.IgnoreLookAtTarget;
    // If we have saved a Body for after Aim, do it now
    if (postAimBody != null)
    {
        postAimBody.MutateCameraState(ref state, deltaTime);
        InvokePostPipelineStageCallback(this, CinemachineCore.Stage.Body, ref state, deltaTime);
    }
}

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适合读者

1、从事第三人称3D游戏研发的策划、程序、美术、分镜师以及独立制作人

2、希望提升游戏体验设计和实现能力，系统理解业务与技术如何结合的开发者

3、具备一定Unity引擎相机基础的同学

4、对镜头控制感兴趣的同学

5、重视3C和提升相机表现品质的群体

你将获得

1、主流游戏相机控制的实现思路和技巧

2、优化玩家体验的能力

3、优化产品品质和表现力的思路

4、运行视频以及Unity工程源码