U3D的有限状态机系统

或许广大程序员之前接触过游戏状态机，这已不是个新鲜的词汇了。其重要性我也不必多说了，但今天我要讲到的一个状态机框架或许您以前并未遇到过。所以，我觉得有必要将自己的心得分享一下。下面是一个链接：
http://wiki.unity3d.com/index.php/Finite_State_Machine。
接下来我所要讲的就是基于此状态机框架。首先声明一下，这个状态机框架并不是我写的（我现在还没这个能力呢！），我只是想分享从中得到的一点点感悟，仅此而已。好了，我们开始吧！


首先从此链接上映入眼帘的是两个脚本加一个例子，由于是全英文的，估计大部分人不愿意碰这玩意，没办法，这就是瓶颈。如果你想更进一步的必须得越过这道坎，这就是核心竞争力！不过现在你不读也行，因为我会一步一步为您解刨这个状态机系统的。我想我这是帮人还是害人呢？您认为呢？脚本如下：

 

using UnityEngine;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
public enum Transition
{
//定义了一个Transition(转换)类型的枚举变量，所以我们接下来要根据实际情况扩展此枚举变量。
    NullTransition = 0,
}

public enum StateID
{
//定义了一个StateId（状态ID）类型的枚举变量，所以我们接下来也要根据实际情况扩展此枚举变量。
    NullStateID = 0,
}

public abstract class FSMState//抽象类，我们必须继承它才可以在脚本中实例化并使用它
{
    protected Dictionary<Transition, StateID> map = new Dictionary<Transition, StateID>();
    /*这个成员变量是一个Dictionary类型，就相当于java中的Map类型，存储的是一个个的关联对。此刻我们存储的关联对类型就是上面我们定义的连个枚举类型。那么接下来我们猜也能才出来我们一定会向其添加关联对，可能还会移除此关联对。那么这个东西的用处我们现在还是很迷茫，不要紧，继续向下看吧！没问题的。*/
    protected StateID stateID;
    public StateID ID { get { return stateID; } }
    public void AddTransition(Transition trans, StateID id)//增加关联对（转换，状态ID）
    {
        // Check if anyone of the args is invalid
        if (trans == Transition.NullTransition)//如果增加的转换是个NullTransition（空转换），直接Debug.LogError，然后返回
        {
            Debug.LogError("FSMState ERROR: NullTransition is not allowed for a real transition");
            return;
        }
        if (id == StateID.NullStateID)//如果状态ID是NullStateID（空状态ID），怎么办？还是Debug.LoError，然后返回
        {
            Debug.LogError("FSMState ERROR: NullStateID is not allowed for a real ID");
            return;
        }
        if (map.ContainsKey(trans))//如果将要增加的关联对是之前就存在与关联容器中，也照样Debug.LogError，之后返回被调用处
        {
            Debug.LogError("FSMState ERROR: State " + stateID.ToString() + " already has transition " + trans.ToString() +
                       "Impossible to assign to another state");
            return;
        }
        map.Add(trans, id);//冲破了这些阻碍的话，终归可以添加此关联对了，下面的DeleteTransition函数就不用我写注释了吧！
    }
    public void DeleteTransition(Transition trans)//删除关联对函数，前提是里面要有这个关联对啊！
    {
        if (trans == Transition.NullTransition)
        {
            Debug.LogError("FSMState ERROR: NullTransition is not allowed");
            return;
        }
        if (map.ContainsKey(trans))
        {
            map.Remove(trans);
            return;
        }
        Debug.LogError("FSMState ERROR: Transition " + trans.ToString() + " passed to " + stateID.ToString() +
                       " was not on the state's transition list");
    }

    public StateID GetOutputState(Transition trans)//此函数由下面这个脚本FSMSystem.cs中的PerformTransition函数调用。是用来检索状态的。
    {
        if (map.ContainsKey(trans))
        {
            return map[trans];
        }
        return StateID.NullStateID;
    }
    public virtual void DoBeforeEntering() { }//从名字就可以看出它的作用是什么，但是我们得在FSMSystem.cs中得到答案。
    public virtual void DoBeforeLeaving() { }
    public abstract void Reason(GameObject player, GameObject npc);
    /*这个函数与下面这个函数是这个类中最重要的函数。Reason函数负责监听环境条件的改变并触发相应的事件转换。Act函数的作用在于表现当前状态下NPC的行为。我们得在这个抽象类的子类中覆写这两个方法。
        
*/    
    public abstract void Act(GameObject player, GameObject npc);

}

 

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

public class FSMSystem {

    private List<FSMState> states;//此类中植入一个类型为FSMState的List容器

    // The only way one can change the state of the FSM is by performing a transition
    //唯一你可以改变FSM中的状态的方法是事先一个转换，这样讲估计有点难以理解，不过我会通过例子来讲解的。


    // Don't change the CurrentState directly  不要直接修改CurrentState的值。
    private StateID currentStateID ;
    public StateID CurrentStateID { get { return currentStateID; } }//记住，不要直接修改这个变量，之所以让他公有是因为得让其他脚本调用这个变量。
    private FSMState currentState;//记录当前状态
    public FSMState CurrentState { get { return currentState; } }//同上

    public FSMSystem()
    {
        states = new List<FSMState>();//实例化states。
    }

    public void AddState(FSMState s)//增加状态转换对
    {
        
        if (s == null)
        {
            Debug.LogError("FSM ERROR: Null reference is not allowed");
        }

        if (states.Count == 0)
/*第一次添加时必定执行这块代码，因为一开始states是空的，并且这块代码设置了第一次添加的状态是默认的当前状态。这一点读者一定要理解，不然对于后面的东西读者会非常困惑的，因为其他地方没有地方设置运行后默认的当前状态。*/
        {
            states.Add(s);
            currentState = s;
            currentStateID = s.ID;//这里实例化了这两个成员变量
            return;
        }

         foreach (FSMState state in states)//排除相同的状态
        {
            if (state.ID == s.ID)
            {
                Debug.LogError("FSM ERROR: Impossible to add state " + s.ID.ToString() +
                               " because state has already been added");
                return;
            }
        }
        states.Add(s);//这一句代码第一次不执行，因为第一次states是空的，执行到上面的if里面后立即返回了
    }

   
    public void DeleteState(StateID id)//跟据ID来从容器states中定向移除FSMState实例
    {
        if (id == StateID.NullStateID)
        {
            Debug.LogError("FSM ERROR: NullStateID is not allowed for a real state");
            return;
        }

       
        foreach (FSMState state in states)
        {
            if (state.ID == id)
            {
                states.Remove(state);
                return;
            }
        }
        Debug.LogError("FSM ERROR: Impossible to delete state " + id.ToString() + ". It was not on the list of states");
    }

    public void PerformTransition(Transition trans)//执行转换
    {
        
        if (trans == Transition.NullTransition)
        {
            Debug.LogError("FSM ERROR: NullTransition is not allowed for a real transition");
        }

        // Check if the currentState has the transition passed as argument
        StateID id = currentState.GetOutputState(trans);//这下我们得回到当初我所说讲到的FSMState.cs中的那个检索状态的函数。如果检索不出来，就返回NullStateId，即执行下面if语句。
        if (id == StateID.NullStateID)
        {
            Debug.LogError("FSM ERROR: State " + currentStateID.ToString() + " does not have a target state " +
                           " for transition " + trans.ToString());
            return;
        }

       
        currentStateID = id;//还是那句话，如果查到了有这个状态，那么我们就将其赋值给成员变量currentStateID。

        foreach (FSMState state in states)//遍历此状态容器
        {
            if (state.ID == currentStateID)
            {
                currentState.DoBeforeLeaving();//我们在转换之前或许要做点什么吧！，所以我们如有需要，得在FSMState实现类中覆写一下这个方法
                currentState = state;//好了，做完了转换之前的预备工作（DoBeforeLeaving），是时候该转换状态了
                currentState.DoBeforeEntering();//状态转换完成之后，有可能得先为新状态做点事吧，那么我们也得DoBeforeEntering函数
                break;
            }
        }
     
    } 
}

我想大家对此脚本已有了一定的理解了，但是估计还不知道怎么用吧！我给的链接上有一个Example例子，但是光看这个要想想熟练运用这个状态机系统确实得花一番心思。所以我来一步一步地解剖这个例子：

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

[RequireComponent(typeof(Rigidbody))]
public class NPCControl : MonoBehaviour
{
    public GameObject player;//主角
    public Transform[] path;//多个寻路点
    private FSMSystem fsm;//内置一个fsm

    public void SetTransition(Transition t) //转换状态
    {
         fsm.PerformTransition(t);
     }

    public void Start()
    {
        MakeFSM();//首先初始化状态机，执行MakeFSM函数
    }

    public void FixedUpdate()//作为驱动源
    {
        fsm.CurrentState.Reason(player, gameObject);//定期（默认是0.02秒，在Edit->rojectSetting->Time中可以发现）调用当前FSMState中的Reason函数，用以检测外界环境是否发生变化，并且根据发生的变化来执行某些事件
        fsm.CurrentState.Act(player, gameObject);//定期执行当前状态下的某些行为
    }

        // The NPC has two states: FollowPath and ChasePlayer
        // If it's on the first state and SawPlayer transition is fired, it changes to ChasePlayer
        // If it's on ChasePlayerState and LostPlayer transition is fired, it returns to FollowPath
    private void MakeFSM()
    {
        FollowPathState follow = new FollowPathState(path);//定义并实例化FSMState
        follow.AddTransition(Transition.SawPlayer, StateID.ChasingPlayer);//向其添加转换对
        

ChasePlayerState chase = new ChasePlayerState();


        chase.AddTransition(Transition.LostPlayer, StateID.FollowingPath);
        //我画一张图，你们就明白了这句话了：

那个实心的箭头代表的代码就是上面圆角矩形里面的代码。看了之后我们因该明白了那两句代码的现实意义了吧！即定义转换，也就是floow状态可以与chase互相转换，如果我们填充的状态中出现了别的状态比如说：state0，此时状态floow就不能转换到state0了，同样state0也无法转换到floow。

***************************************************

 

 fsm = new FSMSystem();//实例化fsm
        fsm.AddState(follow);//将follow装载到fsm中
        fsm.AddState(chase);//将chase装载到fsm中
    }
}

public class FollowPathState : FSMState
/*继承抽象类FSMState，但是得注意一点：我们得在抽象类FSMState脚本中的两个枚举变量分别加入对应的枚举变量，比如在Transition中加入SawPlayer，LostPlayer；在StateID中加入ChasingPlayer，FollowingPath。*/
{
    private int currentWayPoint;
    private Transform[] waypoints;

    public FollowPathState(Transform[] wp) 
    { 
        waypoints = wp;
        currentWayPoint = 0;
        stateID = StateID.FollowingPath;
    }

    public override void Reason(GameObject player, GameObject npc)
    {
        // If the Player passes less than 15 meters away in front of the NPC
        RaycastHit hit;
        if (Physics.Raycast(npc.transform.position, npc.transform.forward, out hit, 15F))
        {
            if (hit.transform.gameObject.tag == "player")
                npc.GetComponent<NPCControl>().SetTransition(Transition.SawPlayer);//当射线射到的物体的标签为Player时，触发转换。
        }
    }

    public override void Act(GameObject player, GameObject npc)//当NPC当前状态为follow时不断执行以下行为。下面那个类的用法也是一样的。
    {
        // Follow the path of waypoints
                // Find the direction of the current way point 
        Vector3 vel = npc.rigidbody.velocity;
        Vector3 moveDir = waypoints[currentWayPoint].position - npc.transform.position;

        if (moveDir.magnitude < 1)
        {
            currentWayPoint++;
            if (currentWayPoint >= waypoints.Length)
            {
                currentWayPoint = 0;
            }
        }
        else
        {
            vel = moveDir.normalized * 10;

            // Rotate towards the waypoint
            npc.transform.rotation = Quaternion.Slerp(npc.transform.rotation,
                                                      Quaternion.LookRotation(moveDir),
                                                      5 * Time.deltaTime);
            npc.transform.eulerAngles = new Vector3(0, npc.transform.eulerAngles.y, 0);

        }

        // Apply the Velocity
        npc.rigidbody.velocity = vel;
    }

} // FollowPathState

public class ChasePlayerState : FSMState//同上。
{
    public ChasePlayerState()
    {
        stateID = StateID.ChasingPlayer;
    }

    public override void Reason(GameObject player, GameObject npc)
    {
        // If the player has gone 30 meters away from the NPC, fire LostPlayer transition
        if (Vector3.Distance(npc.transform.position, player.transform.position) >= 30)
            npc.GetComponent<NPCControl>().SetTransition(Transition.LostPlayer);
    }

    public override void Act(GameObject player, GameObject npc)
    {
        // Follow the path of waypoints
                // Find the direction of the player                 
        Vector3 vel = npc.rigidbody.velocity;
        Vector3 moveDir = player.transform.position - npc.transform.position;

        // Rotate towards the waypoint
        npc.transform.rotation = Quaternion.Slerp(npc.transform.rotation,
                                                  Quaternion.LookRotation(moveDir),
                                                  5 * Time.deltaTime);
        npc.transform.eulerAngles = new Vector3(0, npc.transform.eulerAngles.y, 0);

        vel = moveDir.normalized * 10;

        // Apply the new Velocity
        npc.rigidbody.velocity = vel;
    }

} 

我来总结一下，此状态机框架的用法如下：首先我们得填充抽象类FSMState中的两个枚举类型，然后针对具体情况继承此抽象类并设计脚本，且脚本中必须有一个FSMSystem类型成员变量（可以仿照上面的例子），并且要在Update或FIxedUpdate等函数中不断驱动此状态机运行。且首先我们得用一些FSMState实例来装载此状态机系统实例。而且我们得对每一个FSMState实例添加转换对，控制该状态转换的方向。最后在每个FSMState子类中覆写Reson与Act函数。其中Reson是监听外界条件变化的并且执行某些转换，而Act是表现当前状态行为的函数。

了解了这些，你还觉得自己不会用这个FSMSystem吗？多用用就好了，下次见！

原文链接：http://www.narkii.com/club/thread-272375-1.html