Unity基础：3D人物移动及朝向的开发逻辑

可以说是游戏开发中最基础，但做得不好又最容易被玩家诟病的模块。小生涉猎不深，写下此文仅方便自己记忆和入门，深知学艺不精，如有错误还请不吝赐教！

如今，几乎所有游戏都同时支持手柄及键鼠操作，这其实无形中就为我们明确了一个开发的基调：即最终的代码要支持多种设备的输入，就算玩家上一秒在用键鼠，下一秒在用手柄，甚至是手柄键鼠同时用（我第一次用手柄玩GTAV，发现手柄瞄准很难时就是手柄移动鼠标瞄准……），也要支持！于是对于游戏中人物的移动和朝向，应该使用一个统一的signal来驱动，而不是检测某个键位或摇杆的方向来驱动。对的，所以第一步是将键鼠/手柄的输入，转换成统一的信号。

注明一下，这里解决的人物移动和朝向问题，没有将摄像机镜头朝向囊括进来。

这里定义两个信号量，分别管理前后、左右方向。向前的话，则是1；向后则是0。同样的定义可以迁移到控制左右的信号量中。

//Turn Key to Signal, switch keyboard and joystick into same thing
targetDirectionUp = (Input.GetKey(KeyUp) ? 1.0f : 0) - (Input.GetKey(KeyDown) ? 1.0f : 0);
targetDirectionRight =  (Input.GetKey(KeyLeft) ? 1.0f : 0) - (Input.GetKey(KeyRight) ? 1.0f : 0);
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你可能会想问：诶这不是只有直来直去的前后左右四个方向吗？假如我用手柄精确地控制人物朝哪个方向移动，你这怎么办到？确实。但我们暂且放着这个问题，来思考下拿到这两个信号量后，我们要怎么驱动人物的移动和朝向？

对于移动，有两种思路：直接改变人物位置，或赋予人物一个带有方向的速度。举个例子，对于targetDirectionUp这个变量，它的值就是-1，0，1中的一个，既可以作为人物每个时间单位移动的距离，也可以作为人物移动的速度，逻辑是共通的。这里要注意的是，人物的位置position是一个三维向量，人物的速度velocity也是一个三维向量。那么现在问题变成了：这个三维向量应该是什么？在人物移动过程中应该怎么变化？

在untiy中，人物坐标系通常长这个样子：

也就是说，向前是z轴的正方形，向右是x轴的正方向。那一个很直观的思路出来了嘛：targetDirectionUp不为0我就加到z方向上嘛，targetDirectionRight不为0我就加到x方向上嘛。你问我同时按住↑和→怎么办？那就x轴z轴都加嘛！

OK，那么思路行得通的话，就来处理一下同时在前后和左右方向上移动的问题。我们来对人物做一个俯视图：

对于一个既不在z轴，也不在x轴方向上的信号量，通过API是能够得到它在z轴和x轴两个方向上的信号量的，那很容易想到的是对向量相加求一波噻，得到的结果向量就可以指示方向了，因此有如下代码：

finalDirection = targetDirectionUp * new Vector3(0, 0, 1) + targetDirectionUp * new Vector3(1, 0, 0);
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并且，将这个向量直接赋给人物的transform.forward，也就顺带解决了朝向的问题了！

到目前为止，思想已经捋清楚了，统一对代码进行整合优化一下下：

//Turn Key to Signal, switch keyboard and joystick into same thing
targetDirectionUp = (Input.GetKey(KeyUp) ? 1.0f : 0) - (Input.GetKey(KeyDown) ? 1.0f : 0);
targetDirectionRight = (Input.GetKey(KeyLeft) ? 1.0f : 0) - (Input.GetKey(KeyRight) ? 1.0f : 0);

//Role's forward direction
faceDirection = targetDirectionUp * transform.forward + targetDirectionRight * transform.right;

//distances per time unit
finalDirection = Mathf.Sqrt((targetDirectionUp * targetDirectionUp) + (targetDirectionRight * targetDirectionRight));
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重点关注在计算人物朝向向量时，我用transform.forward / right替换了上文中new出来了三维向量。不同之处在于new出来的向量是那么多就是那么多，人物怎么转怎么走都是那样；而transform.forward返回的是人物z轴正方向的单位向量，如果在你的代码逻辑中，人物朝向的旋转是会带动自身坐标系旋转的话，那么transform.forward得到的则不再是(0, 0, 1)，而是根据实际而改变的，谨记！

配合动画

除了在Animator中一个一个地创建静止、行走、跑步等动画，然后再各种创建每个动画间的切换条件外，有一个很好用的东西，叫Blend Tree，混合树。

它能做的事情，是根据parameters的线性变换，将两个动画混合在一起，达到“渐变”的效果。在Motion中设置好动画以及对应的触发门限（Threshold）后，Blend Tree就能够非常智能地生成令人舒适的动画切换效果。那么！现在问题变成了：该怎么实现这个控制Blend Tree的parameter的线性变化呢？

在之前的代码中，targetDirection得到的是离散的-1，0，1三个值，由此计算出来的朝向向量和单位移动距离都是离散的而非线性的。具体到游戏的表现中，人物会出现突然旋转到另一个朝向，走着走着突然停下来的现象，放到现在必被玩家逮着喷的。因此需要对targetDirection做一个平滑处理，使得它们的值是逐渐变化的而非突然改变。思路也不难，知道当前的信号量，根据玩家的输入也知道目标的信号量，在两者之间做一个线性过渡就好了，具体如下：

directionUp = Mathf.SmoothDamp(directionUp, targetDirectionUp, ref velocityDirectionUp, 0.1f);directionRight = Mathf.SmoothDamp(directionRight, targetDirectionRight, ref velocityDirectionRight, 0.1f);
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之后再将前面的targetDirection都替换为direction，就能够将离散的信息转换为线性的。

于是可以将前面计算出来的finalDirection（distances per time unit）赋给forward，随着线性增长，人物也会从idle平滑过渡到walk状态。除了动画外，对于人物实际的移动，则是将计算出来的朝向向量赋值给transform.forward，然后再在这个基础上去改变transform.position，就实现了本文最终希望解决的问题。

//Turn Key to Signal, switch keyboard and joystick into same thing
targetDirectionUp = (Input.GetKey(KeyUp) ? 1.0f : 0) - (Input.GetKey(KeyDown) ? 1.0f : 0);
targetDirection = (Input.GetKey(KeyLeft) ? 1.0f : 0) - (Input.GetKey(KeyRight) ? 1.0f : 0);

//smooth
directionUp = Mathf.SmoothDamp(directionUp, targetDirectionUp, ref velocityDirectionUp, 0.1f);directionRight = Mathf.SmoothDamp(directionRight, targetDirectionRight, ref velocityDirectionRight, 0.1f);
//Role's direction
faceDirection = directionUp * transform.forward - directionRight * transform.right;

//distances per time unit
finalDirection = Mathf.Sqrt((directionUp * directionUp) + (directionRight * directionRight));
//Animator
anim.setFloat("forward", finalDirection);

model.transform.forward = faceDirection;

model.transform.position += finalDirection * model.transform.forward * Time.fixedDeltaTime;
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