Unity3D学习（五）：实现一个简单的视觉感知

前言

在很多第一人称或者第三人称射击游戏的单人模式中，玩家的乐趣往往来源于和各式各样的AI敌人的战斗。而战斗的爆发很多时候是因为这些AI在“看见”玩家后就会立即做出反应，比如开火、呼叫同伴、躲藏或者逃跑等。

所以这些AI到底是如何探测，或者说”看到“玩家位置的？

别人的例子

参考了知乎 给猫看的游戏AI实战（二）视觉感知初步 这篇文章。

这篇文章中，原作者让玩家站在敌人的角度来探测目标，它通过向正前方一定扇形区域发射一堆射线来探测目标的位置，如下图：

 这种方法虽然实现起来比较简单，但它主要有两个弊端：

1.同一时间内发射大量的射线，对游戏本身的优化来说很不好，容易造成卡顿。

2.如果要探测的物体比较小，甚至比两条射线之间的间隔还小，那么射线是无法探测到这个物体的。

另一种解决思路

原文的评论中，有人提到可以基于探测者自身构建一个球体来探测周围的物体。

因此我们可以用Unity自带的Sphere触发器或者Physics里的OverLaps来构建一个球体探测区域，如下图：

 这里我用的是Overlaps，代码如下:

玩家，即探测者

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

public class Player : MonoBehaviour {
    public float moveSpeed;    //移动速度
    public float EyeViewDistance; //视野距离
    public float viewAngle = 120f; //视野角度

    private Rigidbody rb;
    private Collider[] SpottedEnemies; //附近的敌人
    // Use this for initialization
    void Start () {
        rb = GetComponent<Rigidbody>();
    }


    private void FixedUpdate()
    {
        DetectEnemy();
    }

    // Update is called once per frame
    void Update ()
    {
        //AutoMove();
        MoveAndTurn();
        Debug.DrawLine(transform.position, transform.forward * 100, Color.red); //红色射线，面对的方向
    }


    void AutoMove()  //向面对的方向自动移动
    {
        transform.position += transform.forward * moveSpeed * Time.deltaTime;
    }

    void MoveAndTurn()  //玩家移动
    {
        Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);
        RaycastHit hitInfo = new RaycastHit();
        //shoot a ray from cam to mouse position which is only detected by gameobject with "Plane" layer.
        Physics.Raycast(ray, out hitInfo, 100, LayerMask.GetMask("Plane"));
        if (hitInfo.collider != null)
        {
            transform.LookAt(new Vector3(hitInfo.point.x, transform.position.y, hitInfo.point.z));
        }
        rb.velocity = new Vector3(Input.GetAxisRaw("Horizontal"), 0, Input.GetAxisRaw("Vertical")).normalized * moveSpeed;
    }

    void DetectEnemy()  //探测敌人
    {
        //OverlapSphere内的敌人
        SpottedEnemies = Physics.OverlapSphere(transform.position, EyeViewDistance, LayerMask.GetMask("Enemy"));
        for(int i = 0;i < SpottedEnemies.Length;i++) //检测每一个敌人是否在视野区中
        {
            Vector3 EnemyPosition = SpottedEnemies[i].transform.position; //敌人的位置

            //Debug.Log(transform.forward + " 面对的方向");
            //Debug.Log("夹角为:" + Vector3.Angle(transform.forward, EnemyPosition - transform.position));

            Debug.DrawRay(transform.position, EnemyPosition - transform.position, Color.yellow); //玩家位置到敌人位置的向量
            if (Vector3.Angle(transform.forward, EnemyPosition - transform.position) <= viewAngle/2)  //这个敌人是否在视野内
            {
                //如果在视野内
                RaycastHit info = new RaycastHit();
                int layermask = LayerMask.GetMask("Enemy", "Obstacles"); //指定射线碰撞的对象
                Physics.Raycast(transform.position, EnemyPosition - transform.position, out info,EyeViewDistance,layermask); //向敌人位置发射射线
                Debug.Log(info.collider.gameObject.name);
                if(info.collider == SpottedEnemies[i]) //如果途中无其他障碍物，那么射线就会碰撞到敌人
                {
                    DiscoveredEnemy(SpottedEnemies[i]);
                }
            }
        }
    }

    void DiscoveredEnemy(Collider Enemy) //发现敌人
    {
        //Do something
        Debug.Log("发现敌军:" + Enemy.gameObject.name);
        Enemy.GetComponent<Enemy>().BeDiscovered();
    }
}

SpottedEnemies是一个Collider数组，我用它来保存这一帧当中处于OverlapSphere形成的球体区域的所有敌人对象,（LayerMask可以让Overlaps的球体只和指定layer的对象发生交互）。然后计算玩家面对的方向和探测到的目标方向的夹角Vector3.Angle(transform.forward, EnemyPosition - transform.position),如下图：

forwar向量代表玩家面朝的方向,v1代表探测到的物体相对于玩家位置的方向，红色扇形区域代表玩家的视野范围。那么计算这两个向量的夹角，然后判断下这个夹角是否小于扇形区夹角的一半（即探测目标是否在玩家视野内）就行了。如果夹角小于视野夹角的一半，那么我们再向目标位置发射一根射线，然后看下射线碰撞到的物体是否是目标对象就行，因为如果玩家和目标之间有障碍物的话，那么射线是会被障碍物挡下来的（也就是说玩家的"视野"被障碍物"遮挡"了）。

Enemy,被探测的目标

这里设定被探测的目标脱离玩家视野一定时间后重新进入隐形状态。

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

public class Enemy : MonoBehaviour {
    public float HideCoolDown = 0.3f; //隐藏自己的冷却时间
    public float AppearTime;   //最后一次被发现的时刻
    private MeshRenderer mr;
    // Use this for initialization
    void Awake()
    {
        mr = GetComponent<MeshRenderer>();
    }

    private void Start()
    {
        mr.enabled = false;
    }

    // Update is called once per frame
    void Update ()
    {
        if (Time.time - AppearTime < HideCoolDown) 
            return;
        if (mr.enabled)
            mr.enabled = false;
    }

    public void BeDiscovered() //被发现了
    {
        mr.enabled = true;
        AppearTime = Time.time;
    }
}

最后实现的效果图如下:

这种方法就不用发射大量的射线，而且只会对进入球形探测区域且处于视野范围内的物体发射射线，并且也避免了小物体无法被探测的bug。

参考资料

知乎：U3d开发中大部分事件都是用数学进行计算判定的吗？ 最高票答案  作者：Meta42

猫看的游戏AI实战（二）视觉感知初步    作者：马遥