Unity开发一个FPS游戏之四

在前面的系列中，我已介绍了如何实现一个基本的FPS游戏，这里将继续进行完善，主要是增加更换武器以及更多动作动画的功能。

之前我是采用了网上一个免费的3D模型来构建角色，这个模型自带了一把AR自动步枪，并且自带了一些动作的动画，例如更换弹药，射击，瞄准等。我准备在这个模型的基础上进行扩展，增加AK47这个武器，以及重新制作并增加更多的动画，例如奔跑，走路等动画。

动画制作

设置关联骨骼

在Blender中导入网上下载的3D模型。导入后需要重新设置手的IK反向运动学骨骼，在姿态模式下，选择hand_IK的骨骼，然后按shift选择hand骨骼，然后shift-I来进行关联，设置IK骨骼约束的链长为3，即根控制骨骼是到upper_arm骨骼。现在点击hand_IK骨骼，按G键调整位置，可以看到整个手臂的骨骼会自动按照hand_IK的变化来运动。

调整模型大小

调整缩放比例，对于这个模型，我是把缩放比例调到0.6，可以通过Blender的测量工具进行测量。调整后的模型高度大致在2米。另外就是调整模型的朝向，因为Blender和Unity采用不同的坐标系，模型的朝向是相反的。

设置模型姿态

为了调整姿态，导入一个AK的模型，和枪械的相关骨骼进行关联。调整模型的骨骼，设置模型的多个相关动画。

稍微介绍一下在Blender中制作动画，需要进入姿态模式，然后移动骨骼，调整到合适的位置，然后按A全选，然后按I插入关键帧即可。

武器切换

要实现武器切换，有两个思路，一个是分别制作玩家和每一种武器对应的模型和动画，然后分别导出为不同的FBX文件。另一个思路是把玩家和武器分开来导出。可以看到第2种思路更合理，因为玩家的模型只需保留一个就可以，然后武器保存为不同的模型文件。但需要切换时就加载相应的武器模型即可。

当然这两种思路在制作模型动画时还是需要一起制作的，不然没法把武器的动作和玩家的动作很好的吻合在一起，我们只需要在导出时，把不需要的物体隐藏即可。

把制作好的玩家和武器的模型导入到Unity，并保存为Prefab。然后就可以进行代码改造了。

Animator定义

每个武器有自己的动画，然后玩家对应不同的武器也有不同的动画，要如何根据武器来进行动画的管理切换呢，我们可以用Unity的Animator override来进行处理。定义两个通用的Animator，分别对应Player和Weapon，在里面定义好状态的转换，例如以下是Player的Animator定义：

在以上的状态切换，我都是通过Trigger来触发的，没有用到Bool。因为我是在PlayerController脚本里面来维护状态。对于需要循环播放的动画，例如Sprint， Walk， Aim这些动画剪辑，我们需要在模型的Animation里面勾选Loop Time。

然后对于每一种武器，我们都定义一个Animator override，继承这个通用的Animator，只是覆盖相应状态的动画即可。对于Player也是需要定义多个Animator override来对应不同的武器，覆盖相应的动画。

之后在每一种武器的Prefab里面，增加一个Animator的组件，里面选择对应的Animator override。

代码重构

在之前的代码里面，武器的属性管理都是放在PlayerController里面的。现在既然要把玩家和武器分离，那么需要重构之前的代码，新增一个Weapon.cs的脚本文件，挂在武器上面。这个脚本除了管理相应的动作动画之外，其他和武器相关的属性也都移到这个脚本管理，不再放在原来的PlayerController脚本管理。代码如下：

public class Weapon : MonoBehaviour
{
    [Header("Bullet")]
    [SerializeField] GameObject bulletPrefab;
    [SerializeField] GameObject casingPrefab;
    public int bulletVolume = 30;
    public float bulletSpeed = 800f;

    [Header("Property")]
    [Tooltip("The shoot speed per minute")]
    public int shootSpeed = 400;
    public Vector3 aimOffset = Vector3.zero;

    [Tooltip("Audio clip played when reload.")]
    [SerializeField] AudioClip audioClipReload;
    [Tooltip("Audio clip played when fire.")]
    [SerializeField] AudioClip audioClipFire;
    public AudioSource audioSource;

    public string WeaponName;
    public AnimatorOverrideController PlayerAnimatorController;
    public string ClipFinishedName;

    private Transform _muzzle;
    private Transform _eject;
    public MuzzleEffect _muzzleEffect;
    private GameObject _bullet;
    private GameObject _casing;
    private int _currentBulletVolume;

    private Animator _animator;
    // Start is called before the first frame update
    void Awake()
    {
        _animator = GetComponent<Animator>();
        foreach (AnimationClip clip in _animator.runtimeAnimatorController.animationClips) {
            if (clip.name.Contains("Reload") || clip.name.Contains("Hide")) {
                AnimationEvent animationEndEvent = new AnimationEvent
                {
                    time = clip.length - 0.1f,
                    functionName = "EndAnimationHandler",
                    stringParameter = clip.name
                };
                clip.AddEvent(animationEndEvent);
            }
        }

        _muzzle = transform.Find("pose_controller/weapon/Muzzle");
        _eject = transform.Find("pose_controller/weapon/Eject");
        _muzzleEffect = GetComponent<MuzzleEffect>();
        _currentBulletVolume = bulletVolume;

        audioSource.clip = audioClipFire;
    }

    public void Shoot() {
        _bullet = Instantiate(bulletPrefab, _muzzle.position, _muzzle.rotation);
        _bullet.GetComponent<Rigidbody>().velocity = _muzzle.forward * bulletSpeed;
        _casing = Instantiate(casingPrefab, _eject.position, _eject.rotation);
        _muzzleEffect.Effect(_muzzle.position);
        audioSource.Play();
        _currentBulletVolume--;
    }

    public int GetCurrentBulletVolume() {
        return _currentBulletVolume;
    }

    public void Reload() {
        _currentBulletVolume = bulletVolume;
    }

    private void EndAnimationHandler(string name) {
        ClipFinishedName = name;
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        
    }
}

以上代码里面定义了武器对应的玩家的Animator override。另外就是添加了动画播放结束的事件处理，例如当武器切换时，需要等待旧武器的隐藏动画播放完毕后才能播放新武器的动画，因此需要通过事件来获知动画是否已播放完成。

之后就是修改PlayerController的脚本文件，代码改动如下：

public class PlayerController : MonoBehaviour
{
    ...
    [Header("Weapon")]
    [SerializeField] List<GameObject> weaponPrefabs;
    [SerializeField] GameObject playerPrefab;

    private int _weaponIndex = 0;
    private Animator _playerAnimator;
    private Animator _weaponAnimator;
    private GameObject _player;
    private GameObject _weapon;

    [Flags]
    private enum PlayerStatus {
        Idle,
        Walk,
        Sprint,
        Reload,
        Shoot,
        Aim,
        Switch
    }
    private PlayerStatus _playerStatus;

    private void Start()
    {
        ...
        InstantiateWeapon();
        _playerAnimator.SetTrigger("Idle");
        _weaponAnimator.SetTrigger("Idle");
        _playerStatus = PlayerStatus.Idle;
    }

    private void InstantiateWeapon() {
        _weapon = Instantiate(weaponPrefabs[_weaponIndex]);
        _weapon.transform.SetParent(transform.GetChild(0));
        _weapon.transform.localRotation = Quaternion.Euler(-90, 0, 0);
        _weaponAnimator = _weapon.GetComponent<Animator>();
        _weaponBehavior = _weapon.GetComponent<Weapon>();

        _player = Instantiate(playerPrefab);
        _player.transform.SetParent(transform.GetChild(0));
        _player.transform.localPosition = new Vector3(0.1f, -1.15f, 0f);
        _player.transform.localRotation = Quaternion.Euler(0, 0, 0);
        _playerAnimator = _player.GetComponent<Animator>();
        
        _playerAnimator.runtimeAnimatorController = _weaponBehavior.PlayerAnimatorController;  
        ExecuteEvents.Execute<IGameMessage>(_gameManager, null, (x,y)=>x.ArmoMessage(_weaponBehavior.GetCurrentBulletVolume()));
        ExecuteEvents.Execute<IGameMessage>(_gameManager, null, (x,y)=>x.TotalArmoMessage(_weaponBehavior.bulletVolume));
    }

    private void PlayAnimation() {
        ...
        if (_input.switchWeapon) {
            StartCoroutine(SwitchWeapon());
        }
    }

    private IEnumerator SwitchWeapon() {
        _weaponBehavior.ClipFinishedName = "";
        _weaponAnimator.SetTrigger("Hide");
        _playerAnimator.SetTrigger("Hide");
        _input.switchWeapon = false;
        _playerStatus = PlayerStatus.Switch;
        yield return new WaitUntil(()=>_weaponBehavior.ClipFinishedName.Contains("Hide"));
        Destroy(_weapon);
        Destroy(_player);
        if (_weaponIndex >= weaponPrefabs.Count -1) {
            _weaponIndex = 0;
        } else {
            _weaponIndex += 1;
        }
        InstantiateWeapon();
        _weaponAnimator.SetTrigger("Take");
        _playerAnimator.SetTrigger("Take");
    }

以上的代码定义了一个Enum类型的状态值来管理当前的状态，定义了一个Weapon prefab列表来保存所有可以切换的武器。定义了一个根据不同的武器来初始化对应的武器和玩家Gameobject的InstantiateWeapon函数。还有就是当收到切换武器的键盘输入时，调用SwitchWeapon进行切换。切换的时候需要先播放现有武器和玩家的隐藏动画，然后等动画播放完毕后，销毁现有的武器和玩家对象，然后重新调用InstantiateWeapon来初始化，并且播放Take动画。

武器切换的效果如下：

switch_weapon

瞄准模式

现在流行的FPS游戏，提供了机械瞄准的功能，比一般的抵腰射击瞄准姿势能提高准确度。要实现瞄准功能，有两个思路，一个是在机械瞄准的位置设置另一个虚拟摄像机，然后当要切换为瞄准模式的时候进行摄像机切换。另一种是调整玩家和武器的位置到瞄准位置。可以看到第2个思路更符合实际情况。

首先是打开Assets/Input的PlayerInputAsset文件，增加一个名为Aim的Action，类型为Button。在这个Action下面增加一个绑定到鼠标右键。

编辑Scripts目录的Weapon.cs文件，增加一个Vector3 aimOffset的属性，因为对于不同的武器，其瞄准的位置时有差异的。

编辑Scripts目录里面的PlayerInputAsset.cs文件，增加以下代码：

public class PlayerInputAsset : MonoBehaviour
{
    ...
    public bool aim;

    public void OnAim(InputValue value) {
        aim = true;
    }
}

编辑Scripts目录的PlayerController文件，增加以下代码：

public class PlayerController : MonoBehaviour
{
    ...
    private CinemachineVirtualCamera _camera;
    private Vector3 _aimOffset = new Vector3(-0.131f, 0.066f, -0.3f);
    private Vector3 _weaponVelocity = Vector3.zero;
    private Vector3 _playerVelocity = Vector3.zero;
    private float _cameraVelocity = 0f;
    private Vector3 _weaponPosition;
    private Vector3 _weaponAimPosition;
    private Vector3 _playerPosition;
    private Vector3 _playerAimPosition;
    private bool _currentAimStatus = false;

    private void InstantiateWeapon() 
    {
        ...
        _weaponPosition = _weapon.transform.localPosition;
        _weaponAimPosition = _weaponPosition + _weaponBehavior.aimOffset;
        _playerPosition = _player.transform.localPosition;
        _playerAimPosition = _playerPosition + _weaponBehavior.aimOffset;
    }


    private void Aim() {
        if (_weapon.transform.localPosition == _weaponPosition) {
            _weapon.transform.Find("pose_controller/crosshair").gameObject.SetActive(false);
            _playerAnimator.SetTrigger("Aim");
            _weaponAnimator.SetTrigger("Aim");
        }
        if (_weapon.transform.localPosition == _weaponAimPosition) {
            _input.aim = false;
            _playerStatus = PlayerStatus.Aim;
        } else {
            _weapon.transform.localPosition = Vector3.SmoothDamp(_weapon.transform.localPosition, _weaponAimPosition, ref _weaponVelocity, 0.05f);
            _player.transform.localPosition = Vector3.SmoothDamp(_player.transform.localPosition, _playerAimPosition, ref _playerVelocity, 0.05f);
            _camera.m_Lens.FieldOfView = Mathf.SmoothDamp(_camera.m_Lens.FieldOfView, 35, ref _cameraVelocity, 0.05f);
        }
    }

    private void ExitAim() {
        if (_weapon.transform.localPosition == _weaponAimPosition) {
            _weapon.transform.Find("pose_controller/crosshair").gameObject.SetActive(true);
            _playerAnimator.SetTrigger("Idle");
            _weaponAnimator.SetTrigger("Idle");
        }
        if (_weapon.transform.localPosition == _weaponPosition) {
            _input.aim = false;
            _playerStatus = PlayerStatus.Idle;
        } else {
            _weapon.transform.localPosition = Vector3.SmoothDamp(_weapon.transform.localPosition, _weaponPosition, ref _weaponVelocity, 0.05f);
            _player.transform.localPosition = Vector3.SmoothDamp(_player.transform.localPosition, _playerPosition, ref _playerVelocity, 0.05f);
            _camera.m_Lens.FieldOfView = Mathf.SmoothDamp(_camera.m_Lens.FieldOfView, 40, ref _cameraVelocity, 0.05f);
        }
    }

    private void PlayAnimation() {
        ...
        if (_input.aim) {
            if (_playerStatus != PlayerStatus.Aim) {
                Aim();
            } else {
                ExitAim();
            }
        }
    }
}

解释一下代码，我们需要定义一个瞄准时的偏移值，然后保存武器和玩家瞄准时的位置。当玩家点击鼠标右键时，判断当前的状态是否瞄准，如否，则切换到瞄准模式，隐藏十字准星，通过SmoothDamp函数来逐步调节武器和玩家的位置到瞄准模式的位置，同时也逐步调节虚拟摄像机的光圈放大画面。如果当前状态已是瞄准模式，则采取相反的动作，调整玩家和武器的位置到正常位置。

当然我们还需要定义相应的瞄准模式的动画，当处于瞄准模式时，呼吸作用导致的武器上下起伏的幅度应该大幅减小。

另外当处于瞄准模式时，玩家前进或左右转向的速度应该大大降低。

最后完成的效果如下所示：

Aim

画面震动

当玩家进行射击时，由于武器后坐力的作用，我们可以设置画面震动，以达到更好的效果。当然对于玩家受到伤害或者爆炸时，也可以添加画面震动的效果。

在Player的GameObject下添加一个Cinemachine Impulse Source的组件，Impulse Channel设置为Everything，Raw signal选择Handheld_normal_strong，Amplitude Gain设置为0.05， Frequence Gain设置为100。

然后选择我们场景中的Virtual Camera，添加一个Cinemachine Impulse Listener的组件，Channel Mask设置为Everything。

最后在PlayerController里面，Shoot函数中增加一行代码_shootImpulse.GenerateImpulse();即可生成画面震动。