3D 沙盒游戏之人物的点击行走移动

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所属分类:Web前端
摘要

在 3D 游戏中,都会有一个主人公。我们可以通过点击游戏中的其他位置,使游戏主人公向点击处移动。


前言

在 3D 游戏中,都会有一个主人公。我们可以通过点击游戏中的其他位置,使游戏主人公向点击处移动。

那当我们想要实现一个“点击地面,人物移动到点击处”的功能,需要什么前置条件,并且具体怎么实现呢?本文带大家一步步实现人物行走移动,同时进行状态改变的功能。

一、骨骼动画

骨骼动画(Skeleton animation 又称骨架动画,是一种计算机动画技术,它将三维模型分为两部分:用于绘制模型的蒙皮(Skin),以及用于控制动作的骨架。

一般在 3D 游戏中的主人公,它的跑步、走路、站立的动作,都是模型文件的自带骨骼动画。

骨骼动画权重
改变骨骼动画的权重,可以使得动画间的过渡更为自然。比如体测时,当你到达终点后,会逐渐减慢速度,跑步动作的幅度越来越小,然后变成走路,最后停止。

让我们看看一个俩动作权重渐变的例子:
3D 沙盒游戏之人物的点击行走移动

这个例子中,从休闲变到走路,休闲动画的权重从1到0递减,同时走路动画的权重从0到1递增。可以的点击👉 这个网站中 > Crossfading > from idle to walk 体验一下。

在本次 3D 沙盒游戏中,人物状态改变,主要是鼠标点击地面后,人物从休闲状态转为跑步状态,当人物到达目的地后,又变为休闲状态。我们先来看看这些状态改变是如何实现的。

首先,我们需要设计师提供一个拥有骨骼动画的模型,它有两个骨骼动画,一个为休闲(idle)状态,一个为跑步(run)状态。

1.1 思路

3D 沙盒游戏之人物的点击行走移动

1.2 动画初始化

先让我们将骨骼动画、动画名称、权重放到一个对象中存储起来,

idleAnimConfig = {   name: string;   anim: AnimationGroup;   weight: number; } 

那么如何判断是否正在行走呢?就需要一个当前动画的 flag,初始化时将 idle 设为当前动画

currentAnimConfig = idleAnimConfig 

1.3 动画权重改变

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如图,我们在人物状态改变时,需要将当前状态的动画权重递增,另一状态的动画权重递减(注意,权重值需要限制在[0, 1])。让我们看下伪代码,假设 deltaWeight 为正数

changeAnimWeight() {   // 当前动画 -> 递增   if (currentAnimConfig) {     setAnimationWeight(currentAnimConfig, deltaWeight)   }   // 其他动画 -> 递减,如站立动作切换到走路   if (currentAnimConfig !== idleAnimConfig) {     setAnimationWeight(idleAnimConfig, -deltaWeight)   }   // 其他动画 -> 递减,如走路动作切换到站立   if (currentAnimConfig !== runAnimConfig) {     setAnimationWeight(runAnimConfig, -deltaWeight)   } } 

然后在 render 的时候,进行状态切换

onRender() {   if (准备到达目的地) {     setCurAnimation(runAnimConfig)   } else {     setCurAnimation(idleAnimConfig)   }   changeAnimWeight() } 

1.4 缺少动画

如果 animationGroup 里只有一个 run 动画怎么办呢?
答案还是一样的,只要将 idle 动画的骨骼动画设为 null 即可,像这样:

idleAnimConfig = {   name: string;   anim: null;   weight: number; } 

这么做即使后来更换了具有两个动画的人物模型,也能复用。

动画状态切换实现效果

3D 沙盒游戏之人物的点击行走移动

二、行走移动

当我们平常写动画时,会用到 rAF 并递归调用渲染函数,实现一个逐帧渲染动画。当人物行走在平地上时,也可以利用逐帧移动,来实现一个位移的动画。例如 Babylon 已经封装好了 render 的事件 API,只要我们将渲染动画绑定 render 事件,就可以使用了。

让我们看看具体思路:
3D 沙盒游戏之人物的点击行走移动

2.1 移动

由上面的思路可以看出,我们移动的时候需要用到几个变量:

  • 距终点的距离(distance)
  • 移动的方向(direction)

那么就需要在点击的时候,获取到这些变量。distance 可以利用矩阵对应坐标相加减计算,direction 就是目标位置减初始位置的法向量

directToPath() {   // 将人物的位置设为初始位置   initVec = this.player.position   // 计算初始位置与终点的距离   distance = Distance(targetVec, initVec)   // 将终点位置与初始位置相减   targetVec = targetVec.subtract(initVec)   // 使用法向量计算出与终点的朝向   direction = Normalize(targetVec)   player.lookAt(targetVec) } onClick() {   // ...   directToPath() } 

在 render 的时候进行位移

onRender() {   if (distance > READY_ARRIVE) {     distance -= SPEED     // 人物朝 direction 方向移动 SPEED 距离     player.translate(direction, SPEED, Space.WORLD)   } } 

位移实现效果

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2.2 结合动画

当我们的移动结合模型的骨骼动画

3D 沙盒游戏之人物的点击行走移动

让我们看看伪代码:

onRender() {   if (distance > READY_ARRIVE) {     distance -= SPEED     // 人物朝 direction 方向移动 SPEED 距离     player.translate(direction, SPEED, Space.WORLD)     setCurAnimation(runAnimConfig)   } else {     setCurAnimation(idleAnimConfig)   }   changeAnimWeight() } 

位移及状态变化实现效果

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三、人物避障

3.1 思路

人物行走避障,实际上就是从起点到终点,在这之中添加了中间点。如图
3D 沙盒游戏之人物的点击行走移动

所以我们只要记录下当前起点到终点这个路径数组,每次都朝数组的第N个点行走,就能做到转向。下面我们来根据思路及伪代码进行步骤细化。

(1) 记录路径和初始化当前的路径索引

path = getPath(targetVec) prePathIdx = 0 

(2) 当到达当前中间点时,切换到下一个中间点。当走到最后一个,则停止

onRender() {   if (distance > READY_ARRIVE) {     // ...移动及动画权重切换...   } else {     switchPath()     // ...   }   // ... } switchPath() {   prePathIdx += 1   directToPath() } directToPath() {   const curPath = path[prePathIdx]   if (!curPath) return   // ...人物移动及转向... } 

3.2 接入实际避障算法

3.1 得知,人物的行走移动要接入避障算法,需要利用到该算法提供的路径规划数组。实际应用中,我们只需要把,伪代码里的getPath()方法,换成算法计算道路的方法即可。

3.2.1 RecastJSPlugin

下面我们使用 Babylon 自带的 Recast 插件 ,来具体说明一下如何接入避障算法。

方法 1

在 recast 中,可以通过 computePath 获取路径:

const closestPoint = this.navigationPlugin.getClosestPoint(pickedPoint) const path = this.navigationPlugin.computePath(   this._crowd.getAgentPosition(0),   closestPoint ) 

然后利用 3.1 的思路,通过路径索引切换进行移动。

方法 2

recast 首先会创建一个导航网格,然后通过添加 agent 让它们约束在这个导航网格中,而这些 agent 的集合,称为 crowd

并且 recast 自带了移动的 API —— agentGoto,此时可以不需要再去计算距离和方向,并且也不需要手动切换移动路径,让我们看看具体是怎么做的。

(1) 初始化插件,并设置 Web Worker 来获取网格数据以优化性能

initNav() {   navigationPlugin = new RecastJSPlugin()   // 设置Web Worker,在里面获取网格数据   navigationPlugin.setWorkerURL(WORKER_URL)   // 创建导航mesh   navigationPlugin.createNavMesh([     ground,     ...obstacleList, // 障碍物列表mesh   ], NAV_MESH_CONFIG, (navMeshData) => {     navigationPlugin.buildFromNavmeshData(navMeshData)   }   this.navigationPlugin = navigationPlugin } 

(2) 初始化 crowd(crowd:约束在导航网格中 agent 的集合)

initCrowd() {   this.crowd = this.navigationPlugin.createCrowd(1, MAX_AGENT_RADIUS, this.scene)   const transform = new TransformNode('playerTrans')   this.crowd.addAgent(this.player.position, AGENTS_CONFIG, transform) } 

(3) 点击时利用 agentGoto API进行移动,pickedPoint 为点击点的三维坐标,由于 crowd 里只有一个对象,所以索引是 0

const closestPoint = this.navigationPlugin.getClosestPoint(pickedPoint) this.crowd.agentGoto(0, closestPoint) 

(4) 判断是否停止,未停止则改变人物朝向

那么如何改变人物的朝向呢,我们需要下一个中间点的位置,让人物看向它即可。
所以回到之前初始化的地方,创建一个 navigator

initCrowd() {   // ...   const navigator = MeshBuilder.CreateBox('navBall', {     size: 0.1,     height: 0.1,   }, this.scene)   navigator.isVisible = false   this.navigator = navigator   // ... } 

在 render 的时候,人物是否停止,可以通过当前 agent 的移动速度来进行判断。而改变方向,则是通过将 navigator 移动到下一个 path 的中间点,让人物看向它。

onRender () {   // 第一个agent对象的移动速度   const velocity = this.crowd.getAgentVelocity(0)   // 移动人物到agent的位置   this.player.position = this.crowd.getAgentPosition(0)   // 将navigator的位置移到下一个点   this.crowd.getAgentNextTargetPathToRef(0, this.navigator.position)   if (velocity.length() > 0) {     this.player.lookAt(this.navigator.position)     // ...   } else {     // ...   }  // ... } 

4. 避障实现效果

让我们看看最后的效果

3D 沙盒游戏之人物的点击行走移动

5. 遇到的问题

整个开发过程中,其实也不是非常顺利,总结了一些遇到的问题,可以给大家参考一下。

(1) 年兽移动时,有时会“无法刹车”,导致在终点时反复来回停不下来;
这是因为在这一帧里,由于年兽的加速度较小,无法使得短时间内将速度降为0。所以只能“走过头”再“走回来”直到速度降为0之后,停止在终点。
此时,只需要 hack 一下,将 agent 的 maxAcceleration 设为极大,让其有种匀速行走并立马停下的感觉。

export const AGENTS_CONFIG: IAgentParameters = {   maxAcceleration: 1000   // ... } 

(2) 障碍物的动态添加与移除

如果障碍物在该场景初始化后,位置发生了改变,此时再去销毁创建一次 navMesh 是很消耗性能的。

于是我们通过查找文档,看到还有动态添加障碍物的 API。再立马调了下文档中的Playground,发现是可以用的。但是当我们把障碍物放大了之后,穿模了👉 看看这里

于是在 Babylon 的论坛上提了这个问题,20分钟后就得到了 reply,这个速度👍。

原来是需要调整 NavMeshParametersch / cs / tileSize 参数,对项目做适配。

那如果想要自己实现避障,创建更快的navMesh,我们应该怎么做呢?可以看看这篇文章:3D 沙盒游戏之避障踩坑和实现之旅

总结

这篇文章,我们从骨骼动画的介绍及使用、模型的移动及状态改变、路径规划的适配三个方面,讲解了3D沙盒游戏中实现人物行走移动并进行状态改变的思路及步骤,希望新人阅读结束之后,能更快上手这个功能。

当然,本篇文章介绍的实现方式还仍有不足之处,比如移动可以加上加速度,让动作与移动速度匹配得更自然等。

如果还有什么合适的建议,也欢迎大家积极留言交流。

参考资料

  1. 骨骼动画 - 维基百科,自由的百科全书
  2. Grouping Animations | Babylon.js Documentation
  3. Advanced Animation Methods | Babylon.js Documentation
  4. Vector3 | Babylon.js Documentation
  5. Crowd Navigation System | Babylon.js Documentation
  6. Web Workers API
  7. Make crowd agent move at constant speed - Questions - Babylon.js

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