unity 脚步轨迹

在 Unity 开发中，我们可以实现脚步轨迹效果，其核心原理基于游戏中常用的 Motion Trail 技术。Motion Trail 的原理并不复杂，主要利用一个队列（Queue）来记录两个参考点在每一帧的位置。这种记录通常是有条件的，例如比较两个参考点与上一帧记录位置的距离，若超过某个阈值（threshold），则将当前位置信息加入队列；同时，在每一帧中还会检查队列中其他点的生命周期，若生命周期结束，则将该记录从队列中移除。

基本实现的伪代码

接下来，我们需要对队列中的“点”进行处理，为其添加构建三角面的索引（Index），并计算贴图的 UV 坐标，然后进行渲染，这样就能得到两点间的移动轨迹，再加上贴图，就能呈现出我们想要的效果。以下是具体的伪代码：

Update() {
float now = Time.time;
Vector3 P1 = m_CurPointA;
Vector3 P2 = m_CurPointB;
Vector3 preP1 = m_Queue[0].PointA;
Vector3 preP2 = m_Queue[0].PointB;

// 判断是否满足记录条件
if ((P1 - preP1).magnitude > 0.5f || (P2 - preP2).magnitude > 0.5f) {
m_Queue.push(P1, P2, now);
}

// 检查队列中元素的生命周期
while (m_Queue.count > 0 && now - m_Queue[m_Queue.count - 1].time > 1.0f) {
m_Queue.pop(m_Queue.count - 1);
}

// 生成三角形索引
trailMesh.triangles = new int[(m_Queue.count - 1) * 2 * 3];
for (int i = 0; i < m_Queue.count - 1; i++) {
trailMesh.triangles[i * 6 + 0] = i * 2;
trailMesh.triangles[i * 6 + 1] = i * 2 + 1;
trailMesh.triangles[i * 6 + 2] = i * 2 + 2;
trailMesh.triangles[i * 6 + 3] = i * 2 + 2;
trailMesh.triangles[i * 6 + 4] = i * 2 + 1;
trailMesh.triangles[i * 6 + 5] = i * 2 + 3;
}
}

进阶修饰

如果仅仅按照上述方法生成 Motion Trail，你可能会发现绘制出来的弧线有很多棱角，不够美观。要改善这一情况，可以使用曲线演算方法，这里我们选用 Catmull - Rom Spline 算法。该算法具有以下特点：

1. 通过控制点：Catmull - Rom 算法保证曲线一定通过控制点，这使得我们可以精确控制曲线的走向。
2. C1 连续性：Spline 具有 C1 连续性，意味着在切线的方向和长度上不会出现突变，保证了曲线的平滑过渡。
3. 计算简单：该算法的计算过程相对简单，不会给系统带来过多的性能负担。

数学表达式

Catmull - Rom Spline 的数学表达式如下： [q(t) = 0.5\times((2\times P_1)+(-P_0 + P_2)\times t+(2P_0 – 5P_1 + 4P_2 – P_3)\times t^2+(-P_0 + 3P_1 - 3P_2 + P_3)\times t^3)]

伪代码实现

以下是使用 Catmull - Rom Spline 算法的伪代码：

public static TrailSection Catmull_Rom(TrailSection p0, TrailSection p1, TrailSection p2, TrailSection p3, float t) {
TrailSection section = new TrailSection();
float t2 = t * t;
float t3 = t2 * t;
float a0 = -t3 + 2 * t2 - t;
float a1 = 3 * t3 - 5 * t2 + 2;
float a2 = -3 * t3 + 4 * t2 + t;
float a3 = t3 - t2;

section.pointS = (a0 * p0.pointS + a1 * p1.pointS + a2 * p2.pointS + a3 * p3.pointS) * 0.5f;
section.pointE = (a0 * p0.pointE + a1 * p1.pointE + a2 * p2.pointE + a3 * p3.pointE) * 0.5f;
section.time = (a0 * p0.time + a1 * p1.time + a2 * p2.time + a3 * p3.time) * 0.5f;

return section;
}

通过上述方法，我们可以在 Unity 中实现更加平滑美观的脚步轨迹效果。