基於 Unity 引擎的遊戲開發進階之 敵人AI

殭屍 AI

殭屍 AI 能根據自身情況（生命值，中槍與否）和外部條件（周圍是否存在玩家），採取合理的行動。

AI 基礎

• 基本行為操控（靠近，遠離，追逐，逃避...）
• 尋路能力（從遊戲場景中一個位置移動到另一個位置，最短路徑）
• 感知能力（自身狀態如血量，聽覺和視覺等感知能力）
• 自主決策能力（根據自身狀態和外部條件作出合理的反應）

操控與尋路

使用 Unity 的 Navigation 導航系統，可以方便的操控殭屍的基本行為，使殭屍在運動過程中能夠自動尋路。

感知遊戲世界

模擬殭屍的視覺和聽覺的方法：

• 觸發器（Trigger）
• 向量計算（Vector）

這兩個方法實現難度差不多，向量計算的方法效率更高。

有限狀態機（Finite State Machine）

殭屍簡單的狀態機

稍微複雜的殭屍邏輯

• 殭屍的感知範圍內沒有玩家時->殭屍隨機遊盪
• 殭屍受到攻擊->殭屍向開槍時所在的方向進行搜索
• 殭屍感知到玩家->殭屍追蹤玩家
• 玩家進入殭屍攻擊範圍->殭屍攻擊玩家
• 玩家死亡或脫離殭屍感知範圍->殭屍回到隨機遊盪
• 殭屍生命值變為0->殭屍進入死亡狀態

這裡使用了教程中的截圖。

實現殭屍的感知能力

• 外部世界（聽覺，視覺）
• 自身情況（生命值，是否中槍）

使用觸發器 Triggle 感知的缺點

• 我們需要使用三維建模軟體，製作出錐體網格來模擬可視區域。這種方式較為麻煩，且不易維護；
• 物理計算，尤其是 MeshCollider 網格碰撞題的碰撞計算，開銷較大，會降低遊戲性能。

所以我們使用向量計算的方式來進行感知。

聽覺的模擬

殭屍的聽覺範圍可以視為一個球體，該球體的球心是殭屍。只要玩家位於該球體內部，我們就認為殭屍可以感知到玩家。

//計算玩家與殭屍之間的距離nfloat dist = Vector3.Distance (player.transform.position, zombieTransform.position);nn//如果玩家與殭屍的距離小於殭屍的聽覺距離，說明殭屍可以感覺到玩家nif (dist < SoundRange) {nt//緩存這個玩家ntnearbyPlayer = player.transform;n}n

視覺模擬

殭屍的視覺範圍使用殭屍眼睛正前方的一個圓錐體來模擬，只要玩家位於這個圓錐內部，且不被遮擋，我們就認為殭屍看見了玩家。

//如果玩家與殭屍的距離小於殭屍的視覺距離nif (dist < SightRange) {nt//計算玩家是否在殭屍的視角內ntVector3 direction = player.transform.position - zombieTransform.position;ntfloat degree = Vector3.Angle (direction, zombieTransform.forward);nntif (degree < SightAngle / 2 && degree > -SightAngle / 2) {ntRay ray = new Ray();tntray.origin = zombieEye.position;ttntray.direction = direction;ttntRaycastHit hitInfo;ttnt//判斷玩家和殭屍之間是否存在遮擋物ntif (Physics.Raycast (ray, out hitInfo, SightRange)) {nttif (hitInfo.transform == player.transform) {nttt//如果殭屍能夠看到玩家就緩存這個玩家ntttnearbyPlayer = player.transform;ntt}nt}n }n}n

1. 先判斷殭屍與玩家之間的距離是否小於殭屍的視覺距離
2. 計算從殭屍位置到玩家位置的向量和殭屍的 forward 向量之間的夾角，是否小於殭屍視覺圓錐夾角的一半
3. 判斷從殭屍所在位置到玩家所在位置之間是否有物體阻擋

獲取感知信息

如果感知到玩家，那麼將玩家對象的引用保存在 nearbyPlayer 欄位中，否則，將 nearbyPlayer 欄位設置為 null。

//計算玩家與殭屍之間的距離nfloat dist = Vector3.Distance (player.transform.position, zombieTransform.position);nn//如果玩家與殭屍的距離小於殭屍的聽覺距離nif (dist < SoundRange) {nt//緩存這個玩家ntnearbyPlayer = player.transform;n} else {ntnearbyPlayer = null;n}n

持續感知

void FixedUpdate()nt{ntt//以一定的時間間隔，進行感知nttif (senseTimer >= SensorInterval) {ntttsenseTimer = 0;ntttSenseNearbyPlayer ();ntt}nttsenseTimer += Time.deltaTime;nnt}n

//獲得當前緩存的附近玩家對象，如果附近沒有玩家則返回nullntpublic Transform getNearbyPlayer()nt{nttreturn nearbyPlayer;nt}n

生命值感知和中槍感知

在 ZombieHealth 腳本的 TakeDamage 函數中，更新生命值，並記錄殭屍中槍時玩家所在的方向。

public void TakeDamage(int damage, Vector3 shootPosition){nttif (!IsAlive)ntttreturn;ntt//更新殭屍生命值nttcurrentHP -= damage;nttif (currentHP <= 0 ) currentHP = 0;nttif (IsAlive) {ttnttt//記錄殭屍的中槍狀態ntttgetDamaged = true;nttt//記錄殭屍受到攻擊時，玩家所在的方向ntttdamageDirection = shootPosition - transform.position;ntttdamageDirection.Normalize ();ttntt} n}n

實現殭屍的 AI

我們根據上面的 AI 狀態機圖編寫腳本。

殭屍狀態的定義

public enum FSMStatent{nttWander,tt//隨機遊盪狀態nttSeek,tt//搜索狀態nttChase,tt//追蹤狀態nttAttack,tt//攻擊狀態nttDead,tt//死亡狀態nt}n

更新狀態機

//定期更新殭屍狀態機的狀態，不斷更新狀態機ntvoid FixedUpdate()nt{nttFSMUpdate ();nt}nnt//殭屍狀態機更新函數ntvoid FSMUpdate()nt{ntt//根據殭屍當前的狀態調用相應的狀態處理函數nttswitch (currentState)ntt{nttcase FSMState.Wander: ntttUpdateWanderState();ntttbreak;nttcase FSMState.Seek:ntttUpdateSeekState();ntttbreak;nttcase FSMState.Chase:ntttUpdateChaseState();ntttbreak;nttcase FSMState.Attack:ntttUpdateAttackState();ntttbreak;nttcase FSMState.Dead:ntttUpdateDeadState ();ntttbreak;ntt}nt}n

遊盪狀態函數處理（UpdateWanderState）

//感知到周圍有活著的玩家，進入追蹤狀態ntttargetPlayer = zombieSensor.getNearbyPlayer ();nttif ( targetPlayer != null) {ntttcurrentState = FSMState.Chase;ntttagent.ResetPath ();ntttreturn;ntt}nntt//如果受到傷害，那麼進入搜索狀態nttif (zombieHealth.getDamaged) {ntttcurrentState = FSMState.Seek;ntttagent.ResetPath ();ntttreturn;ntt}n

如果既沒感知到，也沒有收到傷害，那麼就繼續進行遊盪。這裡是以殭屍為中心，wanderScope 為邊長的正方形區域內，隨機選擇一個位置，作為新的隨機遊盪目的地。

//如果沒有目標位置，那麼隨機選擇一個目標位置nttif (AgentDone () ) { //判斷殭屍是否到達上一次隨機遊盪的目的地ntttVector3 randomRange = new Vector3 ( (Random.value - 0.5f) * 2 * wanderScope, nttttttttttt0, (Random.value - 0.5f) * 2 * wanderScope);ntttVector3 nextDestination = zombieTransform.position + randomRange;ntttagent.destination = nextDestination;ntt} ntt//限制遊盪的速度nttsetMaxAgentSpeed(wanderSpeed);n

使用 AgentDone() 判斷導航是否結束：

//判斷殭屍是否在一次導航中到達了目的地ntprotected bool AgentDone()nt{n //有兩個條件，一個是導航代理的 pathPending 屬性變為 false。另一個條件是導航代理與目的地的剩餘距離 remainingDistance 小於其停止距離 stoppingDistance。nttreturn !agent.pathPending && agent.remainingDistance <= agent.stoppingDistance;nt}n

//統計殭屍在當前位置附近的停留時間nttcaculateStopTime();nntt// 如果在一個地方停留太久（各種原因導致殭屍卡住）ntt// 那麼選擇殭屍背後的一個位置當做下一個目標nttif(stopTime > 1.0f)ntt{ntttVector3 nextDestination = zombieTransform.position ntttt- zombieTransform.forward * (Random.value) * wanderScope;ntttagent.destination = nextDestination;ntt}n

當殭屍被擊中後，殭屍進行搜索狀態，向著玩家射擊所在方向進行搜索。搜索狀態下發現玩家會進入追蹤狀態，到達最大搜索距離會回到隨機遊盪狀態。

搜索狀態處理函數（UpdateSeekState）

//如果殭屍感知範圍內有玩家，進入追蹤狀態ntttargetPlayer = zombieSensor.getNearbyPlayer ();nttif ( targetPlayer != null) {ntttcurrentState = FSMState.Chase;ntttagent.ResetPath ();ntttreturn;ntt}ntt//如果殭屍受到攻擊，那麼向著玩家開槍時所在的方向進行搜索nttif (zombieHealth.getDamaged) {ntttVector3 seekDirection = zombieHealth.damageDirection;ntttagent.destination = zombieTransform.position ntttt+ seekDirection * seekDistance;nttt//將getDamaged設置為false，表示已經處理了這次攻擊ntttzombieHealth.getDamaged = false;tntt}nntt//如果到達搜索目標，或者卡在某個地方無法到達目標位置，那麼回到遊盪狀態nttif (AgentDone () || stopTime > 1.0f ) {ntttcurrentState = FSMState.Wander;ntttagent.ResetPath ();ntttreturn;ntt} ntt//減速度限制為奔跑速度nttsetMaxAgentSpeed(runSpeed);n

追蹤狀態下，殭屍持續向玩家方向移動。如果殭屍和玩家的距離小於殭屍的攻擊距離，殭屍進入攻擊狀態。如果殭屍在追蹤狀態下丟失了玩家（玩家死亡，或者脫離了殭屍的感知範圍），那麼會進入隨機遊盪狀態。

追蹤狀態處理函數（UpdateChaseState）

//追蹤狀態處理函數ntvoid UpdateChaseState()nt{ntt//如果殭屍感知範圍內沒有玩家，進入遊盪狀態ntttargetPlayer = zombieSensor.getNearbyPlayer ();nttif (targetPlayer == null) {ntttcurrentState = FSMState.Wander;ntttagent.ResetPath ();ntttreturn;ntt}ntt//如果玩家與殭屍的距離，小於殭屍的攻擊距離，那麼進入攻擊狀態nttif (Vector3.Distance(targetPlayer.position, zombieTransform.position)<=attackRange) {ntttcurrentState = FSMState.Attack;ntttagent.ResetPath ();ntttreturn;ntt}nntt//設置移動目標為玩家nttagent.SetDestination (targetPlayer.position);n }n

攻擊狀態下，殭屍會攻擊玩家。如果殭屍在攻擊狀態下丟失了玩家，那麼進入隨機遊盪狀態。如果玩家脫離了攻擊範圍但是沒有脫離殭屍的感知範圍，那麼會進入追蹤狀態。

攻擊狀態處理函數（UpdateAttackState）

void UpdateAttackState()nt{ntt//如果殭屍感知範圍內沒有玩家，進入遊盪狀態ntttargetPlayer = zombieSensor.getNearbyPlayer ();nttif (targetPlayer == null) {ntttcurrentState = FSMState.Wander;ntttagent.ResetPath ();ntttanimator.SetBool ("isAttack", false);ntttreturn;ntt}ntt//如果玩家與殭屍的距離，大於殭屍的攻擊距離，那麼進入追蹤狀態nttif (Vector3.Distance(targetPlayer.position, zombieTransform.position)>attackRange) {ntttcurrentState = FSMState.Chase;ntttagent.ResetPath ();ntttanimator.SetBool ("isAttack", false);ntttreturn;ntt}n

//計算殭屍的正前方和玩家的夾角，只有玩家在殭屍前方才能攻擊ntttVector3 direction = targetPlayer.position - zombieTransform.position;ntttfloat degree = Vector3.Angle (direction, zombieTransform.forward);ntttif (degree < attackFieldOfView / 2 && degree > -attackFieldOfView / 2) {nttttanimator.SetBool ("isAttack", true);nttttif (attackTimer > attackInterval) {ntttttattackTimer = 0;ntttttif (zombieAttackAudio != null)ttttnttttttAudioSource.PlayClipAtPoint (zombieAttackAudio, zombieTransform.position);ntttttph.TakeDamage (attackDamage);ntttt}nttttattackTimer += Time.deltaTime;nttt} else {ntttt//如果玩家不在殭屍前方，殭屍需要轉向後才能攻擊nttttanimator.SetBool ("isAttack", false);nttttzombieTransform.LookAt(targetPlayer);nttt}n

當殭屍處於搜索，追蹤，攻擊，隨機遊盪等狀態時，如果生命值小於0的時候，會進入死亡狀態。判定代碼位於 FSMUpdate 函數中。

//如果殭屍處於非死亡狀態，但是生命值減為0，那麼進入死亡狀態nttif (currentState != FSMState.Dead && !zombieHealth.IsAlive) ntt{ntttcurrentState = FSMState.Dead;ntt}n

死亡狀態處理函數（UpdateDeadState）

void UpdateDeadState()nt{nttntt//如果殭屍初次進入死亡狀態，那麼需要禁用殭屍的一些組件(導航代理組件和碰撞體組件)nttif (firstInDead) {ntttfirstInDead = false;nntttagent.ResetPath ();ntttagent.enabled = false;ntttGetComponent<CapsuleCollider> ().enabled = false;n //播放死亡動畫ntttanimator.applyRootMotion = true;ntttanimator.SetTrigger ("toDie");n //開始統計死亡時間ntttdisappearTimer = 0;ntttdisappeared = false;n

//統計殭屍死亡後經過的時間，如果超過了屍體消失時間，那麼禁用該殭屍對象nttif (!disappeared) {nntttif ( disappearTimer > disappearTime) {nttttzombieTransform.gameObject.SetActive (false);nttttdisappeared = true;nttt}n //消失計時器不斷統計時間ntttdisappearTimer += Time.deltaTime;ntt}n

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