作者注

应 indienova 邀请，转自本人的知乎专栏，此文为 AI 系列的第二篇。如有任何疑问欢迎各位朋友指出。

前言、AI行为综述

第一讲的内容过于简单，就当是熟悉一下 Unity 开发基础好了。这次正式发车。

作为一个称职的游戏AI，要具有以下自我修养，可以不包含全部：

1. 明白自己能干什么——目前所有可以做的行为，即可能性图 Possibility Map。
2. 认识到当前状况，对一般的 AI 来说，直接读取游戏数据即可；高级AI有视觉、听觉来感知到当前状况。
3. 理解目标，分解目标，决策具体行动并执行。寻路是一种典型的决策问题。
4. 了解环境，思考互动策略，比如推箱子、触发机关给玩家制造麻烦。
5. 群体交互。理解其他伙伴的信息和队伍的整体策略，做出配合、防止冲突。在复数敌人的游戏中多有体现，在足球游戏中更是体现得淋漓尽致。

AI 的层次有高有低，但是行为层次的高低与编程难度有时并不成正比。比如 AI 的视觉、听觉系统就属于高级行为，但是在 Unity 中实现并不难；而如果现在就写基本的可能性图系统，你会发现 NPC 的基本移动、攻击功能还没实现，最后只能写出伪代码而无法真正实现一个功能。

作为一篇想要尽可能浅显的文章，我们从视觉系统出发，把复杂问题解构，目的是让大家有一种“不过如此”的感觉。(￣y▽￣)~*

一、模拟视觉系统——原理和例子

人类的视觉系统有几个特点，比如：

1. 近的看得清，远的看不清。
2. 视角大约90度，视线正前方信息丰富（色彩和细节），视线外侧的部分只有轮廓和运动信息。
3. 注意力有限，当关注于某个具体的方位或者物体时，其它部分被忽略（比如魔术中的障眼法对绝大多数人有效）。

作为一个 AI，可以模拟这种视觉系统，有助于干掉玩家或者……取悦玩家ㄟ( ▔, ▔ )ㄏ 。

上图是潜入类游戏里程碑式的作品《盟军敢死队》，红圈标出的是一个敌方德国兵。这个游戏是俯视的，玩家具有上帝视角。玩家在游戏中可以随意查看敌人的视野范围（虽然这有点不符合实际），敌人的视野是一个巨大的三角形，视线角度约90度；视野分为两段，近处是亮绿色，远处是暗绿色，在亮绿色范围内一定会引起注意，而暗绿色的部分由于敌人看不太清楚，所以我方的人员只要趴下就不会引起注意。

由于敌人众多，视线错综复杂，这个游戏的难度颇高，后面几关我实在打不过去(╯‵□′)╯︵┻━┻ 。

不说老古董了，举个更有人气的例子：《合金装备》系列。

合金装备2中，室内场景更多一些，敌人视角也更窄，但是从技术面分析，敌人视野的实现方式和《盟军敢死队》并没有什么不同。上图中的主角正在利用墙角进行隐蔽，等待敌人转过去时伺机击杀他。

可以说所有潜入类游戏的AI都要依赖于视觉系统，在 Unity 中实现这个效果并不难，我们来尝试一下。

二、模拟视觉系统——实现

拿出前面一节做的小例子，换位思考一下——我们做的例子里的 Player 就是敌人。

1、先制造一点氛围，把主光源 Directional Light 的强度调低，让场景昏暗下来。

2、给 Player 加上一个探照灯。右键点击 Player，Light > Spotlight。

3、以上两步应该已经能看到效果了。下面调整一下探照灯的远近、角度范围、光线强度。让它和人物的视野大概一致。

4、开始写代码实现视野。我们用射线来模拟视野。先看最终效果，再来解释代码。

如图，我们要发射一系列射线，从角色身上开始，发射到远端，形成扇形分布。使用Debug.DrawLine函数显示的射线只会出现在编辑窗口里，而不出现在Game窗口。像我这样把两个窗口并列排布可以很方便的看到效果。

给 Player 脚本增加两个变量：

 public float viewRadius = 8.0f;      // 代表视野最远的距离
    public float viewAngleStep = 30;     // 射线数量，越大就越密集，效果更好但硬件耗费越大。

增加一个函数：void DrawFieldOfView()，并在Update函数的最后面一句调用它。函数内容如下：

 void DrawFieldOfView()
    {
        // 获得最左边那条射线的向量，相对正前方，角度是-45
        Vector3 forward_left = Quaternion.Euler(0, -45, 0) * transform.forward * viewRadius;
        // 依次处理每一条射线
        for (int i = 0; i <= viewAngleStep; i++)
        {
            // 每条射线都在forward_left的基础上偏转一点，最后一个正好偏转90度到视线最右侧
            Vector3 v = Quaternion.Euler(0, (90.0f/viewAngleStep) * i, 0) * forward_left;
            // Player位置加v，就是射线终点pos
            Vector3 pos = transform.position + v;
            // 从玩家位置到pos画线段，只会在编辑器里看到
            Debug.DrawLine(transform.position, pos, Color.red);
        }
    }

执行游戏，已经可以看到效果了，截图在上面可以返回去对比一下。

5、上面的射线在遇到盒子后，会传过去。现在处理一下，让视线被物体、敌人阻挡，而不会穿透。

添加两个 Layer，一个是 Enemy 层，一个是 Obstacle 层。将那几个大方块设置为 Obstacle 层也就是障碍物层，敌人物体我们还没做。前面介绍鼠标点击地面的时候已经说明了添加、设置 Layer 的方法，不再赘述。

修改脚本，实际发出 Ray 与障碍物和敌人碰撞。

 void DrawFieldOfView()
    {
        // 获得最左边那条射线的向量，相对正前方，角度是-45
        Vector3 forward_left = Quaternion.Euler(0, -45, 0) * transform.forward * viewRadius;
        // 依次处理每一条射线
        for (int i = 0; i <= viewAngleStep; i++)
        {
            // 每条射线都在forward_left的基础上偏转一点，最后一个正好偏转90度到视线最右侧
            Vector3 v = Quaternion.Euler(0, (90.0f / viewAngleStep) * i, 0) * forward_left; ;

            // 创建射线
            Ray ray = new Ray(transform.position, v);
            RaycastHit hitt = new RaycastHit();
            // 射线只与两种层碰撞，注意名字和你添加的layer一致，其他层忽略
            int mask = LayerMask.GetMask("Obstacle", "Enemy");
            Physics.Raycast(ray, out hitt, viewRadius, mask);

            // Player位置加v，就是射线终点pos
            Vector3 pos = transform.position + v;
            if (hitt.transform != null)
            {
                // 如果碰撞到什么东西，射线终点就变为碰撞的点了
                pos = hitt.point;
            }
            // 从玩家位置到pos画线段，只会在编辑器里看到
            Debug.DrawLine(transform.position, pos, Color.red); ;

            // 如果真的碰撞到敌人，进一步处理
            if (hitt.transform!=null && hitt.transform.gameObject.layer == LayerMask.NameToLayer("Enemy"))
            {
                //OnEnemySpotted(hitt.transform.gameObject);
            }
        }
    }

成功的话应该是如下效果，视线被障碍物挡住了：

到这里效果已经有点像是盟军敢死队了……如果你觉得效果并不好，那只能先忍耐一下了。做游戏就是这样，我们看到的成品游戏都是深入优化的结果，无论程序还是美术都要做到80分才能得到好的结果。这里我们还是继续研究视野问题本身吧。

6、这个例子最后一大步是添加虚拟的敌人。其实我们控制的Player是敌人，准确来说现在要添几个虚拟的玩家，我们要去发现他们。别忘了，角色互换 (♥◠‿◠)ﾉ ʅ(‾◡◝)

如上图，添加几个敌人，可以在障碍前、障碍物后面都放一个，方便测试。注意圆柱体要有一定高度，也要粗一些。因为我们的射线是有高度的，我一开始放的圆柱体很矮，导致射线打不到它。另外如果圆柱太细，会从射线之间漏过去，也不好。

把这些敌人的 Layer 设置为 Enemy 层，以便和射线碰撞。

播放游戏。如图，确保射线与圆柱体也能碰撞。

7、还没完，我们要做出一种效果，让敌人被看到时才显形，平时没被发现时是隐形的。先给敌人添加脚本，内容如下：

 public class Enemy : MonoBehaviour {

    MeshRenderer meshRenderer;
    // 代表被发现时的帧数（这里用帧数代表时间）
    public int spottedFrame = -100;
    void Start () {
        meshRenderer = GetComponent();
    }
    void Update () {
        // 通过设置 spottedFrame，就可以实现隐藏或显现
        if (spottedFrame >= Time.frameCount-10)
        {
            meshRenderer.enabled = true;
        }
        else
        {
            meshRenderer.enabled = false;
        }
    }
}

如上图，敌人只有两个属性，meshRenderer 和 spottedFrame，看注释可以大致理解 spottedFrame 的用途，不理解没关系，我们先做完。修改 Player 的脚本，刚才 Update 最后面射线碰撞到敌人的部分我们注释掉了，把注释去掉并添加函数OnEnemySpotted

    // Player.cs的Update函数……省略上面的代码
            // 如果真的碰撞到敌人，进一步处理
            if (hitt.transform!=null && hitt.transform.gameObject.layer == LayerMask.NameToLayer("Enemy"))
            {
                OnEnemySpotted(hitt.transform.gameObject);
            }
        }
    }

    void OnEnemySpotted(GameObject enemy)
    {
        enemy.GetComponent().spottedFrame = Time.frameCount;
    }

对照这里 spottedFrame 的设置方法，理解一下。当敌人被发现的时候，他会保持显形10帧，一直在视线内就一直显形。一旦它离开视线，10帧之后他就会再次隐形。

8、完成！接下来测试和修正问题吧。

总结

本专栏受到一本书《Practical Game AI Programming》的影响，例子会讲的很浅显易懂。我觉得游戏教程就应该如此，新手能跟着一步一步学习，老手可以看个思路。希望我能和大家一起实践，对游戏AI有更系统更深入的理解，肯定可以超出那本书所讲的范畴。（有一句话偷偷说：AI是国产游戏的明显短板 (/ω＼)。）

注意本文最后的控制敌人隐形、显形的算法。AI实现时会有很多游戏特有的小算法，初学者学习时要注意思考哦。这些小算法属于编程的核心能力，而核心能力在AI编程中极其重要，这也是为什么国外的游戏制作团队会非常重视AI设计、重视培养AI设计师的原因。

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