unity3d自动寻路
在游戏开发过程中，实现角色的自动寻路并非易事。下面，我们将详细学习Unity3D自动寻路的具体过程。
自动寻路概述
自动寻路是游戏开发中的难点，属于AI（人工智能）范畴。一个游戏AI设计的优劣，可能直接影响游戏的命运。而自动寻路是AI的重要分支，其算法十分复杂。不过，Unity3D提供了一套成熟的组件来解决这一难题，接下来我们将深入了解Unity3D自带的自动寻路系统。
入门示例
在学习新知识时，我们可以先通过一个简单的例子激发兴趣。初次接触自动寻路时，建议先不要纠结操作背后的原理，以免走弯路。
步骤1：创建工程与场景
- 新建一个工程，命名为“NavMeshProject”。
- 制作场景：使用Cube创建一个地面，同时引入一个名为“Robot”的模型，并添加灯光，更换地面颜色以避免单调。
- 保存场景，命名为“TestNavgation1”。
步骤2：烘焙场景
- 打开Unity3D编辑器的菜单，选择“Window -> Navigation”，此时编辑器会出现一个“Navigation”窗口。
- 注意窗口右下角的“Bake”按钮。
- 在“Hierarchy”面板中选中地面（Plane），在“Navigation”面板的“Object”选项卡下找到“Navigation Static”复选框并勾选。
- 点击“Navigation”面板右下角的“Bake”按钮。此时，“Project”面板下会多出一个文件夹，其中包含一个子文件“NavMesh”，同时“Scene”窗口中的地面会发生变化。
步骤3：添加组件
为“Robot”添加“NavMeshAgent”组件。具体操作是在“Hierarchy”面板中选中“Robot”，然后在Unity3D菜单中选择“Component -> Navigation -> NavMeshAgent”。此时，“Robot”身上会出现一个类似胶囊体碰撞器的绿色线框包围体，可调节该组件中的“Height”、“BaseOffset”等参数。
步骤4：编写脚本
- 新建一个名为“Scripts”的文件夹。
- 编写两个脚本：
- NavMeshMove脚本：用于设置导航网格代理的目的地。
using UnityEngine; using System.Collections;
- NavMeshMove脚本：用于设置导航网格代理的目的地。
public class NavMeshMove : MonoBehaviour { public Transform[] NavMeshTransforms; // 导航网格的目的地组 private NavMeshAgent nma; // Robot的导航网格代理
void Start () {
if(NavMeshTransforms == null) {
return;
}
nma = gameObject.GetComponent
void Update () { if(nma.remainingDistance == 0) { // 当导航网格代理到达了目的地时，随机更换目的地 nma.SetDestination(NavMeshTransforms[Random.Range(0, NavMeshTransforms.Length)].position); } } }
- **NavNeshAnimation脚本**：用于为导航网格代理编写动画控制脚本。
using UnityEngine; using System.Collections;
public class NavNeshAnimation : MonoBehaviour { public float nAnimaitonSpeed = 4.0f; // 定义最大的跑步速度，一般为导航网格代理的速度 public float speedThreshold = 0.1f; // 定义动画从idle过渡的临界速度 private string loadAnimation = "load_Idle"; // 定义需要执行的协同函数名 private NavMeshAgent nma; // 定义导航网格代理
IEnumerator Start () {
nma = gameObject.GetComponent
IEnumerator load_Idle() { do { UpdateAnimationBlend(); yield return null; } while(nma.remainingDistance == 0); loadAnimation = "load_Run"; yield return null; }
IEnumerator load_Run() { do { UpdateAnimationBlend(); yield return null; } while (nma.remainingDistance != 0); loadAnimation = "load_Idle"; yield return null; }
void AnimationSetup() { animation["idle"].layer = 1; animation["run"].layer = 1; animation.SyncLayer(1); animation.CrossFade("idle", 0.1f, PlayMode.StopAll); }
void UpdateAnimationBlend() { Vector3 velocityXZ = new Vector3(nma.velocity.x, 0.0f, nma.velocity.z); float speed = velocityXZ.magnitude; animation["run"].speed = speed / nAnimaitonSpeed; if (speed > speedThreshold) { animation.CrossFade("run"); } else { animation.CrossFade("idle"); } } }
3. 将这两个脚本绑定到“Robot”身上。
4. 在“Hierarchy”面板中新建一个空的GameObject，重命名为“NavMeshPoint”，并新建5个Sphere作为它的子对象。
5. 将这5个Sphere放置在地面（Plane）的不同位置。
6. 选中“Robot”，在“Inspector”面板的“NavMeshMove”脚本上设置“NavMeshTransforms”的个数为5，并将5个Sphere分别拖拽到相应位置。
### 步骤5：运行工程
运行工程后，我们可以看到“Robot”会不断跑步，到达目标点后停下来，然后转身朝向下一个目标点，如此循环。这对于编写NPC的AI非常有帮助。
## 自动寻路相关组件
Unity中与自动寻路相关的组件主要有两个：NavMeshAgent（导航网格代理）和OffMeshLink（分离网格链接）。使用这两个组件时，必须先烘焙地形，生成NavMesh（导航网格），因为导航网格决定了带有导航网格代理的角色的活动范围。NavMeshAgent组件需附着在寻路角色（如怪物）身上，而OffMeshLink组件主要用于构造寻路角色的部分寻路路径。
### NavMeshAgent组件
NavMeshAgent组件是Unity3D寻路系统的核心组件。官方解释为：“The NavMeshAgent component is connection with pathfinding, and is the place to put information about how this agent navigates the NavMesh”，即该组件用于存放代理周游导航网格的路径信息。角色的移动依靠代理完成，每个需要自动寻路的角色都必须附着该组件，除非使用其他复杂的寻路算法。
#### 示例
1. 新建一个Scene，命名为“TestNavgation2”。
2. 使用Cube创建一个地面。
3. 在平面上创建一个Sphere，重命名为“Hero”，并为其添加“NavMeshAgent”组件（Unity菜单：Component -> Navigation -> NavMeshAgent），同时为“Hero”上色。
#### 属性解释
- **Radius**：导航代理的半径，可适当调节。
- **Speed**：导航网格代理寻路时的最大速率。
- **Acceleration**：加速度，即代理速度从0加速到“Speed”时的最大加速度。
- **Angular Speed**：最高的角速度。
- **Stopping distance**：制动距离，当代理距目的地的距离小于该值时开始减速。
- **Auto Traverse OffMesh Link**：自动移动并关闭OffMeshLinks，对利用程序操纵OffMeshLink很关键。
- **Auto Repath**：自动重新寻路，若现有路径失效，将获取新路径，一般勾选该选项。
- **Height**：导航代理的高度。
- **Base Offset**：基本偏移，可调整代理自身的包围盒。
- **Obstacle Avoidace Type**：代理躲避的水平，一般选择默认的“High Quality”。
- **NavMesh Walkable**：导航网格代理可以通过的网格层类型。
#### 常用变量和方法
- **重要变量**：
- **destination**：设置导航网格代理的目的地，如“nma.destination = Vector3类型的值”，等同于“nma.SetDestination( Vector3类型的值 )”。
- **stoppingDistance**：对应“Inspector”面板中的“Stopping Distance”。
- **velocity**：导航网格代理周游时的实时速度。
- **nextPosion**：下一个位置，在“Update”函数中打印该属性，结果与导航网格代理的路径一致。
- **steeringTarget（只读）**：导航网格代理在导航网格中周游时所经过的拐点，对制作寻路网游同步角色的Transform很重要。
- **desiredVelocity（只读）**：导航网格代理的期望速度，与当前速度不同。
- **remainingDistance( 只读 )**：导航网格代理离目的地的剩余距离，若为0则表示到达目的地。
- **isOnOffMeshLink**：判断导航网格代理当前位置是否位于OffMeshLink。
- **重要方法**：
- **SetDestination( Vector3 v )**：设置目的地，设置成功返回“true”，否则返回“false”。
- **ActivateCurrentOffMeshLink( bool activated )**：与OffMeshLink有关，“activated”为“true”时激活OffMeshLink。
- **CompleteOffMeshLink ()**：让导航网格代理完成在OffMeshLink上的周游。
- **Move( Vector3 v )**：让导航网格代理朝向量“v”的世界坐标系方向平移“v”的长度。
- **Stop()**：让导航网格代理停止寻路，可通过“Resume()”恢复寻路状态。
- **Resume()**：恢复寻路状态，角色将恢复到上次停止时的状态，目的地不变。
### 烘焙场景生成导航网格
Unity3D自带的寻路系统通过烘焙记录地形信息，并存储在NavMesh文件中。烘焙步骤如下：
1. 打开“Navigation”窗口（Window -> Navigation）。
2. 选中地面（Plane），勾选“Navigation Static”复选框。每个GameObject可标记为静态或非静态，不同的静态选项背后包含不同技术，如“Lightmap Static”用于生成光照贴图优化场景，“Occluder Static”和“Occludee Static”与遮挡剔除技术有关。导航网格代理在导航网格上周游，因此地面必须生成导航网格，需勾选“Navigation Static”属性框。
3. 勾选“OffMeshLink Generation”选项后，可不借助OffMeshLink组件生成OffMeshLink。OffMeshLink是自定义的样条线，每个OffMeshLink组件只能形成一条样条线。
#### 示例
1. 创建两个Plane，分别命名为“Plane1”和“Plane2”，在“Navigation”窗口勾选“Navigation Static”和“Off Mesh Link Generation”选项，并选择“Navigation Layer”为“Default”，然后点击“Bake”按钮。
2. 使用Cube创建一个围墙，在“Navigation”面板勾选“Navigation Static”，并将“Navigation Layer”下拉框选择为“Not Walkable”，使“Hero”绕过障碍物到达目的地。“Not Walkable”是导航网格层的内建层，也可自定义导航网格层。
3. 若烘焙后场景未出现OffMeshLink，可调整“Jump Distance”值（如调至4），再次烘焙。
4. 新建一个Cube，命名为“DS”，放置在指定位置，并编写脚本：
using UnityEngine; using System.Collections;
public class SetHeroDes : MonoBehaviour { public Transform ds; // 目的Cube的Transform private Vector3 origin; // 存储导航网格代理的初始位置 private NavMeshAgent nma; // 存储导航网格代理组件
void Start () {
nma = gameObject.GetComponent
void OnGUI() { if(GUILayout.Button("StartRun")) { nma.SetDestination(ds.position); // 设置导航网格代理的目的地 } if (GUILayout.Button("Resume")) { transform.position = origin; // 恢复导航网格代理的位置为初始位置 } } }
5. 将脚本绑定到“Hero”上，将“DS”拖拽到指定位置，运行工程后可看到“Hero”越过障碍物到达目的地。若去掉“Hero”中导航网格代理组件的“Auto Traverse Off Mesh”选项，“Hero”将无法越过沟壑到达目的地，因为该选项的作用是自动移动并关闭OffMeshLinks。
### OffMeshLink组件
#### 使用方法
1. 新建两个空的GameObject（或使用模型），分别命名为“StartPoint”和“EndPoint”。为便于识别，可使用Sphere并为其上色，将“StartPoint”放置在“Plane1”上，“EndPoint”放置在“Plane2”上。
2. 新建一个空的GameObject，命名为“SingleOffMeshLink”，将“StartPoint”和“EndPoint”作为其子物体。为“SingleOffMeshLink”添加“OffMeshLink”组件（Unity菜单栏：Component -> Navigation -> Off Mesh Link）。
3. 将“StartPoint”拖拽到“Start”上，“EndPoint”拖拽到“End”上。
4. 烘焙场景（去掉“Plane1”和“Plane2”在“Navigation”中的“OffMeshLink Generation”勾选，以自定义OffMeshLink），此时只会生成一条样条线。
#### 思考问题
最后留给读者两个问题：
1. 若打开两个平面的OffMeshLink，“Hero”会从自定义的OffMeshLink还是Plane自身生成的OffMeshLink上掠过？
2. 若去掉“Hero”身上的“Auto Traverse Off Mesh”勾选，是否会出现无法越过的问题？弄清楚这两个问题，这篇文章的目的也就达成了。后续文章将深入介绍导航网格层等相关知识，敬请期待。同时，建议读者先自行了解相关组件，与本文内容进行对比探讨。