[Unity3D]Unity3D游戏开发之从《魂斗罗》游戏说起(上)——目标追踪

       各位朋友，大家好，我是秦元培，欢迎大家关注我的博客，我的博客地址是blog.csdn.net/qinyuanpei。

       首先博主要自我反省，过了这么久才来更新博客，这段时间主要是在忙着写期末的作业，所以博主基本上没有空闲时间来研究技术，希望大家谅解啊。有时候，博主会不由自主地想，如果当初选择了计算机专业，此时此刻，我可能会有更多的时间来和大家分享我在学习过程中的感悟吧，有时候博主感觉自己很孤独，在身边找不到和自己志同道合对技术感兴趣的人，这可能是博主在大学里最大的遗憾了，一个人的成长环境很重要，当你无法改变身边的环境的时候，你只能努力地改变自己，每当博主对自己说这句话的时候，博主总是一个静静地像现在这样敲写代码，做自己喜欢的事情是幸福的事情。好了，闲话有空再叙，我们正式开始今天的内容。相信大多数的80后、90后一定对《魂斗罗》这款游戏感到熟悉吧，这款游戏可以说是FC时代引领射击类游戏潮流的一款经典之作，以致于其设计深刻影响到了像后来的《合金弹头》等游戏。这个世界上有很多经典的东西，即使时过境迁永远无法被超越。博主在移动平台上看到这款游戏后，果断下载重温了这款经典游戏。作为一名有追求的游戏设计人员，我们应该在玩游戏的过程中有所收获，积极寻找可以作为我们在技术领域研究的东西，博主的博客几乎都是这么写下来的，除非是有针对性地学习某些东西，所以呢，就有了这篇文章。

       好了，不卖关子了，大家在玩《魂斗罗》的时候一定知道游戏中有一种追踪弹吧，这种炮弹会随着玩家位置的改变而改变，就像我们在某些军事题材的电影中经常看到的镜头一样，我方战斗机将敌机目标锁定后发射炮弹，炮弹就会对敌机紧追不舍并最最终摧毁敌机。可是不管影视作品特效如何炫酷夺目，最终留给我们的就是华丽的特效背后蕴藏的原理。在游戏开发领域，这种技术称为追踪算法，它是属于AI的一个范畴。常见的追中算法主要有三种，即坐标追踪、视线追踪、拦截追踪。下面呢，我们来分别讲解这三种不同的追踪算法：

       一、坐标追踪

      坐标追踪是最简单、最基本的一种追踪算法，如图，

     其基本思路是根据追踪目标的坐标来改变追踪物体的坐标，使两者间距离缩短。举一个简单地例子，假设我们使用二维坐标mPosition来表示追踪物体的坐标，使用mTargetPos来表示追踪目标的坐标，则坐标追踪的算法可以简单表示成下面的代码：

if(mPosition.x<mTargetPos.x) mPosition.x+=Speed*Time.deltaTime;
if(mPosition.x>mTargetPos.x) mPosition.x-=Speed*Time.deltaTime;
if(mPosition.y<mTargetPos.y) mPosition.y+=Speed*Time.deltaTime;	
if(mPosition.y>mTargetPos.y) mPosition.y-=Speed*Time.deltaTime;
	

     二、视线追踪，主要是指每一时刻都追踪者会沿着被追逐者之间的直线方向运动。如图所示：

        由图易知，该算法的关键是求解两个位置间的连线。由向量的知识我们知道这条直线可以通过向量可以通过向量a-向量b得到。此时追踪者的速度应该满足约束条件：

        水平分速度Vx/垂直分速度Vy=c向量的水平分量/c向量的垂直向量。

         

        三、拦截追踪，拦截追踪是在前两种方法的基础上发展而来的一种方法，如果考虑的是追踪目标太远，如果两者者速度一样，或者相差不大，有可能很难追上。如图

        此时，对于追踪物体而言，它只需要知道追踪目标的位置、方向与速度，就会计算一个最佳的拦截位置，且所需要的时间最短。我们假设最佳拦截点是S2，由速度与位移的关系很容易知道 S2＝Sp＋t*V。其中t是追踪者追上猎物的时间。接下来问题变为一个简单的追击问题，求追击时间t。

       首先我们建立追踪者与猎物的速度向量Va与Vp，及位置向量Sa与Sp。  设速度差向量 Vd =Vp-Va 。称为靠拢速度。 设距离差向量 Sd ＝Sp-Sa 。称为靠拢距离。  于是，靠拢时间 t=|Sd|/|Vd| 。即路程除以速度等于时间。  套用公式S2＝Sp＋t*V 就得到了拦截点S2，剩下的过程就与视线追踪一样。

      好了，在理解了追踪算法的基本原理以后，下面我们以一个最简单的例子来演示今天的内容。首先我们在Unity3D中建立一个简单地场景，如图所示：

       我们采取正交投影的方式来实现一个2D场景，场景中红色的方块为目标物体，绿色的方块为追踪物体。我们这里采取的是视线追踪的方法。我们首先来为追踪物体创建脚本Follow.cs。脚本定义如下：

using UnityEngine;
using System.Collections;

public class Follow : MonoBehaviour {

	//追踪的目标物体
	public Transform Target;
	//两个物体间的最小距离
	public float MinDistance=1F;
	//两个物体间的最大距离
	public float MaxDistance=5F;
	//定义追踪的速度
	public float Speed=0.25F;
	//定义追踪物体的坐标
	private Vector2 mPosition;
	//定义目标物体的坐标
	private Vector2 mTargetPos;
	//是否在追踪
	private bool isFollow=false;

	void Start () 
	{
		mPosition=new Vector2(transform.position.x,transform.position.y);
		mTargetPos=new Vector2(Target.transform.position.x,Target.position.y);
	}

	void Update () 
	{
	  //获取目标物体的位置
	  mTargetPos=new Vector2(Target.transform.position.x,Target.position.y);
	  //如果追踪物体与目标物体之间距离大于等于最大距离，则开始追踪
	  if(Vector2.Distance(mPosition,mTargetPos)>=MaxDistance)
	  {
			isFollow=true;
	  }
	  //如果追踪物体与目标物体之间距离小于等于最小距离，则停止追踪
	  if(Vector2.Distance(mPosition,mTargetPos)<=MinDistance)
	  {
			isFollow=false;
	  }
	  //如果开始追踪，则执行下面的代码
	  if(isFollow)
	  {
			//计算坐标值
			if(mPosition.x<mTargetPos.x) mPosition.x+=Speed*Time.deltaTime*Mathf.Abs(Mathf.Cos(getAngle()));
			if(mPosition.x>mTargetPos.x) mPosition.x-=Speed*Time.deltaTime*Mathf.Abs(Mathf.Cos(getAngle()));
			if(mPosition.y<mTargetPos.y) mPosition.y+=Speed*Time.deltaTime*Mathf.Abs(Mathf.Sin(getAngle()));
			if(mPosition.y>mTargetPos.y) mPosition.y-=Speed*Time.deltaTime*Mathf.Abs(Mathf.Sin(getAngle()));
			//改变追踪物体的坐标
			transform.position=new Vector3(mPosition.x,mPosition.y,0);
	  }
	}


	private float getAngle()
	{
		float angle=0;
		//获取水平方向与竖直方向的变化量
		float deltaX=mTargetPos.x-mPosition.x;
		float deltaY=mTargetPos.y-mPosition.y;
		//计算角度
		if(deltaX>0 && deltaY>0)
			angle= Mathf.Atan(deltaY/deltaX);
		if(deltaX<0 && deltaY>0)
			angle= Mathf.PI-Mathf.Atan(deltaY/deltaX);
		if(deltaX<0 && deltaY<0)
			angle= Mathf.PI+Mathf.Atan(deltaY/deltaX);
		if(deltaX>0 && deltaY<0)
			angle= 2*Mathf.PI-Mathf.Atan(deltaY/deltaX);
		if(deltaX==0)
		{
			angle=Mathf.PI/2;
		}
		if(deltaY==0)
		{
			angle=0;
		}
		return angle;
	}
}

      在这段脚本中，我们定义了一个getAngle()方法，该方法用于获取追踪物体与目标物体连线与X轴正方向所成的夹角。这里主要用到三角函数知识，大家可以再温习下以前学过的知识，无论是程序设计还是游戏开发，数学都应该是我们最应该掌握的东西。好了，通过角度计算，我们可以将速度分解到水平和垂直两个方向，从而保证视线追踪中的约束条件成立。如果我们将getAngle()方法从脚本中去除，则这就是最简单的坐标追踪，希望大家自己去探讨和研究啊，如果博主有时间的话，会将三种算法的代码都展示出来的，希望大家继续关注我的博客啊。呵呵。好了，接下来，我们来为追踪目标创建一个脚本，以便玩家可以控制追踪目标躲避追踪。脚本定义如下：

using UnityEngine;
using System.Collections;

public class Control : MonoBehaviour {

	//定义移动的速度
	public float Speed=0.25F;
	//定义当前位置
	private float mX,mY;
	void Start () 
	{
		mX=transform.position.x;
		mY=transform.position.y;
	}

	void Update () 
	{
	  if(Input.GetKey(KeyCode.A))
	  {
			mX-=Speed*Time.deltaTime;
	  }
	  if(Input.GetKey(KeyCode.D))
	  {
			mX+=Speed*Time.deltaTime;
	  }
	  if(Input.GetKey(KeyCode.W))
	  {
			mY+=Speed*Time.deltaTime;
	  }
	  if(Input.GetKey(KeyCode.S))
	  {
			mY-=Speed*Time.deltaTime;
	  }
	  transform.position=new Vector3(mX,mY,0);
	}
}

         好了，下面我们来测试一下程序运行的效果：

 

        不知道为什么录制的GIF动画看不到追踪物体，囧啊，不过博主可以负责任地对大家说，程序没什么问题，哈哈。

        好了，今天的内容就是这样了，希望大家喜欢，如果大家希望继续在《魂斗罗》游戏中寻找有趣的设计，请关注我的下一篇博客：Unity3D游戏开发之从《魂斗罗》游戏说起(下) 。再次感谢大家关注我的博客，谢谢。

每日箴言：你专注于一个方向，终会比别人走得远些。

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