【unity实战】Unity中使用A*寻路+有限状态机制作一个俯视角敌人AI

最终效果

前言

前面做过有限状态机制作一个敌人AI：【unity实战】在Unity中使用有限状态机制作一个敌人AI

之前做的是2d平台的，但是俯视角怎么做呢？俯视角可能要复杂一些，要考虑4个方向和躲避障碍物，这里我就用A寻路插件来实现，关于A寻路插件，之前我也简单用过一次，感兴趣可以去看看：【推荐100个unity插件之1】2d使用A*Pathfinding插件实现敌人AI，并自动躲避障碍物

A*寻路插件介绍

下载

A*官网下载地址：https://arongranberg.com/astar/download
我们下载免费版即可

导入AI插件

生成寻路网格

新建空物体，添加PathFinder组件，用在地图导航

点击生成寻路网格

节点的类型

我们可以修改节点的类型，我们选择四个方向就好了，这样算法更高效也能提升游戏性能

障碍物

同时我们把障碍物全部剔别除出去，这边有指定要剔除的图层，找到我们的围墙和障碍物，比如Wall

效果

寻路测试

添加测试敌人，添加对应寻路组件

然后选择2D游戏常用的Y轴方向，并取消重力改为None，目标设置为玩家

运行效果，敌人跟随玩家的时候，有一条绿线，那就是自动局路的路线

我们可以给敌人的速度设置快一点

A*只打印报错信息

代码控制寻路

不过实际使用我们只要它的寻路功能来追击玩家，并到达攻击范围后停下来攻击玩家，离开追击范围便放弃追击，这就需要我们通过代码来实现，特定的需求。

我们也不需要在敌人身上挂那么多脚本，我们只需要保留Seeker组件提供的寻路算法

其实官方文档有个简单的寻路demo供我们参考：
https://arongranberg.com/astar/documentation/4_2_17_c030646a/astaraics.html

注意，调用生成路径的函数是一个相对较耗时的操作，如果每帧都立刻生成路径可能会对性能造成负担，所以这里我们就用到计时器了，每0.5秒调用一次路径生成函数

动画配置

敌人状态机

定义状态类型枚举

namespace Enemy
{
    // 定义状态类型枚举
    public enum StateType
    {
        Idle, //待机
        Patrol, //巡逻
        Chase, //追击
        React, //反应
        Attack, //攻击
        Hit, //受击
        Death //死亡
    }
}

可序列化的参数类，存储了角色的各种状态参数和配置

namespace Enemy
{
    [Serializable]
    public class Parameter
    {
        [Header("属性")]
        public int health;              // TODO:测试 健康值
        [HideInInspector] public Animator animator;       // 角色动画控制器
        [HideInInspector] public AnimatorStateInfo animatorStateInfo;    // 动画状态信息
        [HideInInspector] public Rigidbody2D rb;

        [Header("移动")]
        public float moveSpeed;         // 移动速度
        public float chaseSpeed;        // 追击速度
        [HideInInspector] public float currentSpeed; // 当前速度

        [Header("巡逻")]
        public float idleTime;          // 空闲时间
        public Transform[] patrolPoints;   // 巡逻点数组

        [Header("追逐")]
        public LayerMask targetLayer;   // 目标层
        public int chaseDistance;//追逐的距离
        [HideInInspector] public Transform target; // 目标对象
       
        [Header("A*寻路")]
        [HideInInspector] public Seeker seeker;// 用于处理路径计算的 Seeker 组件。
        [HideInInspector] public Path path; // Seeker 计算出的路径
        [HideInInspector] public int currentWaypoint = 0; // 当前路径点的索引。
        [HideInInspector] public bool reachedEndOfPath; // 标志位，指示 AI 是否到达路径的末尾。
        [HideInInspector] public float nextWaypointDistance = 3f; // 到达路径点之前的距离。减速距离
        [HideInInspector] public float repathRate = 0.5f; // 重新计算路径的频率（秒）。
        [HideInInspector] public float lastRepath = float.NegativeInfinity; // 上次计算路径的时间。
        [HideInInspector] public bool isPathRefresh;//是否刷新

        [Header("攻击")]
        public Transform attackPoint;   // 攻击点的位置
        public float attackArea;        // 攻击范围

        [Header("受击")]
        [HideInInspector] public bool isHurt;  // 是否被击中、
        [HideInInspector] public bool isDead; // 是否死亡
    }
}

//抽象基类，定义了所有状态类的基本结构

namespace Enemy
{
    //抽象基类，定义了所有状态类的基本结构
    public abstract class IState
    {
        protected FSM manager;// 当前状态机
        protected Parameter parameter;// 参数
        public abstract void OnEnter();// 进入状态时的方法
        public abstract void OnUpdate();// 更新方法
        public abstract void OnFixedUpdate();// 固定更新方法
        public abstract void OnExit();// 退出状态时的方法
    }
}

有限状态机类

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

namespace Enemy
{
    // 有限状态机类
    public class FSM : MonoBehaviour
    {
        private IState currentState;        // 当前状态接口
        protected Dictionary<StateType, IState> states = new Dictionary<StateType, IState>();  // 状态字典，存储各种状态

        public Parameter parameter;     // 状态机参数

        protected virtual void Awake() { }

        protected virtual void OnEnable()
        {
            parameter.animator = transform.GetComponent<Animator>();  // 获取角色上的动画控制器组件
            parameter.seeker = GetComponent<Seeker>();//
            parameter.rb = GetComponent<Rigidbody2D>();

            TransitionState(StateType.Idle);    // 初始状态为Idle
            currentState.OnEnter();
        }

        void Update()
        {
            parameter.animatorStateInfo = parameter.animator.GetCurrentAnimatorStateInfo(0);// 获取当前动画状态信息
            GetPlayerTransform();

            currentState.OnUpdate();    // 每帧更新当前状态

            //TODO:用于测试 如果按下回车键，设置被击中状态为true
            if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Return))
            {
                parameter.isHurt = true;
            }
        }


        void FixedUpdate()
        {
            currentState.OnFixedUpdate();
        }

        // 状态转换方法
        public void TransitionState(StateType type)
        {
            if (currentState != null)
                currentState.OnExit();  // 如果当前状态不为空，调用退出方法

            currentState = states[type];    // 更新当前状态为指定类型的状态
            currentState.OnEnter();         // 调用新状态的进入方法
        }

        // 翻转角色朝向方法，使其朝向目标
        public void FlipTo(Transform target)
        {
            if (target != null)
            {
                if (transform.position.x > target.position.x)
                {
                    transform.localScale = new Vector3(-1, 1, 1);    // 如果角色在目标左侧，翻转角色朝向为左
                }
                else if (transform.position.x < target.position.x)
                {
                    transform.localScale = new Vector3(1, 1, 1);     // 如果角色在目标右侧，翻转角色朝向为右
                }
            }
        }

        // 查找玩家的方法
        public void GetPlayerTransform()
        {
            // 使用Physics2D.OverlapCircleAll获取位于指定距离内的所有Collider2D数组
            Collider2D[] chaseColliders = Physics2D.OverlapCircleAll(transform.position, parameter.chaseDistance, parameter.targetLayer);

            // 如果找到了玩家
            if (chaseColliders.Length > 0)
            {
                // 将第一个找到的玩家设为追踪目标
                parameter.target = chaseColliders[0].transform;
                // 计算与目标的距离
                // distance = Vector2.Distance(parameter.target.position, transform.position);
            }
            else
            {
                // 如果没有找到玩家，则目标置空
                parameter.target = null;
            }
        }

        #region A*寻路方法
        //每隔一段时间重新计算路径路径
        public void StartPath(Transform target)
        {
            if (Time.time > parameter.lastRepath + parameter.repathRate && parameter.seeker.IsDone())
            {
                parameter.lastRepath = Time.time;

                parameter.seeker.StartPath(transform.position, target.position, OnPathComplete);
            }
        }

        //寻路移动
        public void Move()
        {
            // 还没有路径可以跟随，所以不执行任何操作
            if (parameter.path == null) return;

            // 循环检查是否已经接近当前路径点，可以切换到下一个点
            // 使用循环是因为许多路径点可能非常接近，可能在同一帧内到达多个路径点
            parameter.reachedEndOfPath = false;
            // 当前路径点到代理的距离
            float distanceToWaypoint;
            while (true)
            {
                // 如果希望最大化性能，可以检查平方距离而不是实际距离，避免使用平方根计算，但这超出了本教程的范围
                distanceToWaypoint = Vector3.Distance(transform.position, parameter.path.vectorPath[parameter.currentWaypoint]);
                if (distanceToWaypoint < parameter.nextWaypointDistance)
                {
                    // 检查是否还有下一个路径点，或者是否已经到达路径的末尾
                    if (parameter.currentWaypoint + 1 < parameter.path.vectorPath.Count)
                    {
                        parameter.currentWaypoint++;
                    }
                    else
                    {
                        // 设置一个状态变量，表示代理已经到达路径的末尾
                        // 如果你的游戏需要，可以使用这个变量来触发一些特殊代码
                        parameter.reachedEndOfPath = true;
                        break;
                    }
                }
                else
                {
                    break;
                }
            }
            // 在接近路径末尾时平滑减速
            // 这个值会在代理接近路径的最后一个路径点时，从 1 平滑过渡到 0
            var speedFactor = parameter.reachedEndOfPath ? Mathf.Sqrt(distanceToWaypoint / parameter.nextWaypointDistance) : 1f;
            // 到下一个路径点的方向
            // 归一化，使其长度为1个世界单位
            Vector3 dir = (parameter.path.vectorPath[parameter.currentWaypoint] - transform.position).normalized;
            // 将方向乘以我们期望的速度，得到速度向量
            Vector3 velocity = dir * parameter.currentSpeed * speedFactor;
            // 移动到目标点
            // transform.position += velocity * Time.deltaTime;
            parameter.rb.velocity = velocity;
        }

        //路径计算完成时回调方法
        public void OnPathComplete(Path p)
        {
            Debug.Log("计算出一条路径。是否出现错误？" + p.error);

            // 路径池。为了避免不必要的内存分配，路径使用引用计数。
            // 调用 Claim 方法将引用计数加一，调用 Release 方法将其减一，
            // 当引用计数为零时，路径将被放入池中，其他脚本可以重用该路径。
            // ABPath.Construct 和 Seeker.StartPath 方法会尽可能从池中获取路径。详见路径池文档页面。
            p.Claim(this);
            if (!p.error)
            {
                if (parameter.path != null) parameter.path.Release(this);
                parameter.path = p;
                // 重置路径点计数器，以便开始移动到路径的第一个点
                parameter.currentWaypoint = 0;
            }
            else
            {
                p.Release(this);
            }
        }
        #endregion


        // 触发器进入事件，检测到玩家时设置目标为玩家
        private void OnTriggerEnter2D(Collider2D other)
        {
            if (other.CompareTag("Player"))
            {
                parameter.target = other.transform;
            }
        }

        // 触发器离开事件，玩家离开时清空目标
        private void OnTriggerExit2D(Collider2D other)
        {
            if (other.CompareTag("Player"))
            {
                parameter.target = null;
            }
        }

        // 开始路径刷新计时
        public void RefreshTiming()
        {
            StartCoroutine(nameof(DodgeOnCooldownCoroutine));
        }

        public IEnumerator DodgeOnCooldownCoroutine()
        {
            parameter.isPathRefresh = false;
            yield return new WaitForSeconds(0.5f);
            parameter.isPathRefresh = true;
        }

        // 在Scene视图中绘制攻击范围的辅助图形
        private void OnDrawGizmos()
        {
            //攻击范围
            Gizmos.DrawWireSphere(parameter.attackPoint.position, parameter.attackArea);

            //追击范围
            Gizmos.color = Color.yellow;
            Gizmos.DrawWireSphere(transform.position, parameter.chaseDistance);
        }
    }

}

各种状态脚本

待机状态

using UnityEngine;

namespace Enemy
{
    public class IdleState : IState
    {
        private float timer;        // 计时器

        public IdleState(FSM manager)
        {
            this.manager = manager;
            this.parameter = manager.parameter;
        }

        public override void OnEnter()
        {
            parameter.animator.Play("Idle");
        }

        public override void OnUpdate()
        {
            timer += Time.deltaTime;    // 计时器累加

            // 如果被击中了，转换到受击状态
            if (parameter.isHurt)
            {
                manager.TransitionState(StateType.Hit);
            }

            // 如果有目标且目标在追逐范围内，则转换到反应状态
            if (parameter.target)
            {
                manager.TransitionState(StateType.React);
            }

            // 如果达到空闲时间上限，则转换到巡逻状态
            if (timer >= parameter.idleTime)
            {
                manager.TransitionState(StateType.Patrol);
            }
        }

        public override void OnFixedUpdate()
        {

        }

        public override void OnExit()
        {
            timer = 0;    // 重置计时器
        }
    }
}

巡逻状态

using UnityEngine;

//巡逻状态
namespace Enemy
{
    public class PatrolState : IState
    {
        private int patrolPosition;    // 当前巡逻点索引
        public PatrolState(FSM manager)
        {
            this.manager = manager;
            this.parameter = manager.parameter;
        }

        public override void OnEnter()
        {
            parameter.animator.Play("Walk");
            parameter.currentSpeed = parameter.moveSpeed;
            GeneratePatrolPoint();
            manager.RefreshTiming();
        }

        public override void OnUpdate()
        {
            // 如果被击中了，转换到受击状态
            if (parameter.isHurt)
            {
                manager.TransitionState(StateType.Hit);
            }

            // 如果有目标且目标在追逐范围内，则转换到反应状态
            if (parameter.target)
            {
                manager.TransitionState(StateType.React);
            }

            //如果已经接近当前巡逻点，则转换到空闲状态
            if (Vector2.Distance(manager.transform.position, parameter.patrolPoints[patrolPosition].position) < .1f)
            {
                manager.TransitionState(StateType.Idle);
            }

            manager.StartPath(parameter.patrolPoints[patrolPosition]);

            // 如果速度接近静止（每一段时间检测，防止敌人互相卡住）
            if (parameter.rb.velocity.magnitude < 0.1f && parameter.isPathRefresh)
            {
                manager.RefreshTiming();
                GeneratePatrolPoint();
            }
        }

        public override void OnFixedUpdate()
        {
            // 朝向当前巡逻点
            manager.FlipTo(parameter.patrolPoints[patrolPosition]);

            //移动到当前巡逻点
            manager.Move();
        }

        public override void OnExit()
        {
            GeneratePatrolPoint();
        }

        //随机选择下一个巡逻点
        public void GeneratePatrolPoint()
        {
            while (true)
            {
                // 选择一个随机的巡逻点索引
                int i = Random.Range(0, parameter.patrolPoints.Length);

                // 确保新选择的巡逻点与当前不同
                if (patrolPosition != i)
                // if (parameter.targetPointIndex != i)
                {
                    // parameter.targetPointIndex = i;
                    patrolPosition = i;
                    break; // 退出循环
                }
            }

        }
    }
}

反应状态

//反应状态
namespace Enemy
{
    public class ReactState : IState
    {
        public ReactState(FSM manager)
        {
            this.manager = manager;
            this.parameter = manager.parameter;
        }

        public override void OnEnter()
        {
            parameter.animator.Play("React");
        }

        public override void OnUpdate()
        {
            // 如果被击中标志为true，转换到受击状态
            if (parameter.isHurt)
            {
                manager.TransitionState(StateType.Hit);
            }

            // 如果动画播放进度超过95%，转换到追逐状态
            if (parameter.animatorStateInfo.normalizedTime >= 0.95f)
            {
                manager.TransitionState(StateType.Chase);
            }
        }

        public override void OnFixedUpdate() { }

        public override void OnExit() { }
    }
}

追击状态

using UnityEngine;
//追击状态
namespace Enemy
{
    public class ChaseState : IState
    {
        // 构造函数
        public ChaseState(FSM manager)
        {
            this.manager = manager;
            this.parameter = manager.parameter;
        }

        public override void OnEnter()
        {
            parameter.animator.Play("Run");
            parameter.currentSpeed = parameter.chaseSpeed;
        }

        public override void OnUpdate()
        {
            // 如果被击中了，转换到受击状态
            if (parameter.isHurt)
            {
                manager.TransitionState(StateType.Hit);
            }

            // 如果目标不存在或者超出追逐范围，则转换到空闲状态
            if (parameter.target == null)
            {
                manager.TransitionState(StateType.Idle);
            }

            // 如果检测到攻击范围内有目标，则转换到攻击状态
            if (Physics2D.OverlapCircle(parameter.attackPoint.position, parameter.attackArea, parameter.targetLayer))
            {
                manager.TransitionState(StateType.Attack);
            }

            manager.StartPath(parameter.target);
        }


        public override void OnFixedUpdate()
        {
            manager.FlipTo(parameter.target);    // 面向目标
                                                 // 向目标位置移动
            if (parameter.target != null)
            {
                //移动到当前目标点
                manager.Move();
            }
        }

        public override void OnExit() { }
    }
}

攻击状态

namespace Enemy
{
    public class AttackState : IState
    {
        public AttackState(FSM manager)
        {
            this.manager = manager;
            this.parameter = manager.parameter;
        }
        public override void OnEnter()
        {
            parameter.animator.Play("Attack");
        }

        public override void OnUpdate()
        {
            if (parameter.isHurt)
            {
                manager.TransitionState(StateType.Hit);
            }
            if (parameter.animatorStateInfo.normalizedTime >= .95f)
            {
                manager.TransitionState(StateType.Chase);
            }
        }

        public override void OnFixedUpdate() { }

        public override void OnExit() { }
    }
}

受击状态

using UnityEngine;

namespace Enemy
{
    public class HitState : IState
    {
        public HitState(FSM manager)
        {
            this.manager = manager;
            this.parameter = manager.parameter;
        }

        public override void OnEnter()
        {
            parameter.animator.Play("Hit");
            parameter.health--;    // 减少角色生命值
        }

        public override void OnUpdate()
        {
            // 转换到死亡状态
            if (parameter.isDead)
            {
                manager.TransitionState(StateType.Death);
            }

            // 如果动画播放进度超过95%，重新寻找玩家目标并转换到追逐状态
            if (parameter.animatorStateInfo.normalizedTime >= 0.95f)
            {
                manager.TransitionState(StateType.Chase);    // 转换到追逐状态
            }
        }

        public override void OnFixedUpdate()
        {

        }

        public override void OnExit()
        {
            parameter.isHurt = false;    // 离开状态时重置受击标志
        }
    }
}

死亡状态

namespace Enemy
{

    public class DeathState : IState
    {
        public DeathState(FSM manager)
        {
            this.manager = manager;
            this.parameter = manager.parameter;
        }
        public override void OnEnter()
        {
            parameter.animator.Play("Dead");
        }

        public override void OnUpdate() { }
        
        public override void OnFixedUpdate() { }

        public override void OnExit() { }
    }
}

配置

可以给敌人刚体加一个2d物理材质，去除摩檫力，防止敌人和碰撞体粘在一起

效果

默认巡逻，发现敌人发起追击，靠近时发起攻击

玩家跑出追击范围，回到巡逻状态

完结

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