UnityAI——操控行为编程的主要基类

本文内容位于AI模型中的运动层。变成种主要涉及到Vehicle、AILocomotion和Steering类，它们是实现操控行为的基础

一、将AI对象抽象成一个质点——Vehicle类

Vehicle包括position、mass、velocity等信息，而速度随着所施加力的变化而变化。由于是物理实体，因此还要加上max_force和max_speed两个信息

Velocity的位置的计算方法如下：

1. 确定每一帧的操控力（不得超过max_force）
2. 除以mass，得到加速度
3. 将加速度与原速度相加（不得超过max_speed）
4. 根据速度和这一帧的时间，得到位置的变化
5. 与原位置相加，得到新位置

在这个模型中，来自控制行为部分的控制信号只是一个向量——steering_force。当然也可以用更复杂的模型，本文不介绍。

在下面这个实现中，Vehicle是一个基类，其他所有可以动的游戏AI角色都由它派生而来。该实现封装了一些数据，用来描述被看作质点的"交通工具"。

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class Vehicle : MonoBehaviour
{
    private Steering[] steerings;//这个AI包含的操控行为列表
    public float maxSpeed = 10;
    public float maxForce = 100;    //能施加到这个角色身上的力的最大值
    public float sqrMaxSpeed;
    public float mass = 1;
    public Vector3 velocity;     
    public float damping= 0.9f    //转向时的速度
    public float computeInterval = 0.2f; //操控力的计算时间间隔，为了达到更高的帧率，操控力不需要每帧更新
    public bool isPlanar = true;   //是否在二维平面上，如果是，计算两个物体距离时，忽略y值的不同
    private Vector3 steeringForce;
    private Vector3 acceleration;
    private float timer;  //计时器

    void Start()
    {
        steeringForce = new Vector3(0, 0, 0);
        sqrMaxSpeed=maxSpeed*maxSpeed;
        timer = 0;
        steerings = GetComponent();
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        timer += timer.deltaTime;
        steeringForce = new Vector3(0, 0, 0);
        if(timer>computeInterval)
        {
            //将操控性为列表中的所有行为对应的操控力进行带权重的求和
            foreach(Steering s in steerings)
            {
                if (s.enabled)
                    steeringForce += s.Force() * s.weight;
            }
            steeringForce = Vector3.ClampMagnitude(steeringForce, maxForce);
            acceleration = steeringForce / mass;
            timer = 0;
        }
    }
}

二、控制AI角色移动——AILocomotion

AILocomotion类是Vehicle的派生类，它能真正控制AI角色的移动，包括计算每次移动的距离，播放动画等，下面是一个示例实现

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class AILocomotion : Vehicle
{
    private CharacterController controller;  //AI的角色控制器
    private Rigidbody theRigidbody;
    private Vector3 moveDistance;//AI角色每次的移动距离

    void Start()
    {
        controller = GetComponent();
        theRigidbody = GetComponent();
        moveDistance = new Vector3(0, 0, 0);
        base.Start();//调用基类的start函数，进行所需的初始化
    }

    //物理相关操作在FixedUpdate中更新
    void FixedUpdate()
    {
        velocity += acceleration * Time.fixedDelataTime;//计算速度
        if (velocity.sqrMagnitude > sqrMaxSpeed)   //限制最大速度
        velocity = velocity.normalized * maxSpeed;
        moveDistance = velocity * Time.fixedDeltaTime;
        if (isPlanar)  
        {
            velocity.y = 0;
            moveDistance.y = 0;
        }
        if (controller != null)//如果已经为AI角色添加角色控制器，那么利用角色控制器使其移动
            controller.SimpleMove(velocity);
        //如果角色既没角色控制器，也没Rigidbody
        //或有Rigidbody，但要由动力学的方式控制其移动
        else if (theRigidbody == null || !theRigidbody.isKinematic)
            transform.position += moveDistance;
        else //用Rigidbody控制角色的运动
            theRigidbody.MovePosition(theRigidbody.position+moveDistance);
        if(velocity.sqrMagnitude>0.00001)//更新朝向，如果速度大于一个阈值（为了防止抖动）
        {
            Vector3 newForward = Vector3.Slerp(transform.forward, velocity, damping * Time.deltaTime);
            if(isPlanar)
                newForward.y = 0;
            transform.forward = newForward;
        }
        //播放行走动画
        gameObject.animation.Play("walk");
    }
}

三、各种操控性味的基类——Steering类

Steering类是所有操控行为的基类，包括操控行为共有的变量和方法，操控AI角色的寻找、逃跑、追逐、躲避、徘徊、分离、队列、聚集等都可由此派生。这样，我们就可以在C#脚本中方便地使用上述派生类来编程了。

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class Steering : MonoBehaviour
{
    public float weight = 1;
    void Start()
    {
        
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        
    }
    public virtual Vector3 Force()
    {
        return new Vector3(0, 0, 0);
    }
}