【Unity】第三人称射击游戏开发过程之瞄准状态设计（TPS.S.P1）
设计整体的结构与模式瞄准状态的设计瞄准相机瞄准状态瞄准时的鼠标移动速度限制瞄准点的处理角色在瞄准状态下的旋转瞄准时的移动速度限制总结代码这篇文章开始，我将逐渐的整理并开发第三人称射击游戏。在项目到达稳定之前，这个系列的任何一篇文章的任何一个部分都有可能改变。这也就意味着本系列文章仅作为自己的笔记。文章内容可以提供制作游戏的思路，但尚且存在可能的优化。
设计整体的结构与模式
以下是我的设计思路：
角色有两件武器，同时会存在无武器状态。武器可以在进入游戏前进行更换。手雷暂时不做设计。
枪械可以存在一个基类，然后不同的武器类型进行继承。不过是否这样我仍然在思考，优先使用一种类抽象出不同的枪械类型。
瞄准状态的设计
这个可以看看代码猴使用第三人称开发的视频，我将使用类似的思想进行设计。
我们做另一个渐进的VCamera。用代码控制这个的激活。每当按下瞄准，会将其激活，会自动进入瞄准的VM。在瞄准状态下，我们限制移动速度只能为行走，不允许跑步，并且移动将成为始终朝向瞄准方向下的前后左右。
瞄准相机
我们将之前的相机复制出来，重新命名为瞄准相机。调整FOV以及distance和offset，确定一个合适的相机大小与角度。这是我设置的一个机位。
我们在代码中引入Cinemachine的命名空间，将这个相机加进来。然后做一个DoAim的方法，将这个组件的游戏对象与输入系统中的aim属性同步。
当然，在动画状态机中也会设置相应的部分，做一个bool值的更新。
public CinemachineVirtualCamera _aimCamera;private void DoAim(){_aimCamera.gameObject.SetActive(_isAim);_anim.SetBool("Aiming", _isAim);}
在测试前，请确保在本系列第一篇中的Input系统中有做好映射，我们的逻辑一直都是input监测输入，然后Controller检测输入值。做好对应关系，就可以测试了。
瞄准状态
瞄准时的鼠标移动速度限制
我们创建一个float值表示速度倍率，这个值将与普通速度相乘，平时为1f，瞄准状态下的值会决定当前鼠标速度是普通状态下的几倍。对应的，创建一些基础的值，这将会方便我们后续的修正。最后在项目做到相对完整时，写一个Setting的代码，将所有的基础值写进去，然后写一个设置面板就可以了。
public float SpeedChangeRate = 10.0f;private float normalSensitivity=1f;[Tooltip("这是在基础鼠标移速下，瞄准速度的倍率")]public float aimSensitivity = 0.6f;[Tooltip("这是鼠标移动速度比例")]private float Sensitivity = 1f;
接下来，在CameraRotation的方法中，将赋值的部分乘上这个倍率。
_cinemachineTagertX += _inputsMassage.look.x * deltaTimeMultiplier * Sensitivity;_cinemachineTagertY += _inputsMassage.look.y * deltaTimeMultiplier * Sensitivity;
在DoAim中加入对这个值修改
private void DoAim(){_aimCamera.gameObject.SetActive(_isAim);_anim.SetBool("Aiming", _isAim);if(_isAim){Sensitivity = aimSensitivity;}else{Sensitivity = normalSensitivity;}}
瞄准点的处理
我们在这里要处理瞄准点的问题，这也是之后武器类的处理方式。
我们写一个Ray，然后通过Hitinfo来获取命中点。
我们使用相机的ScreenPointToRay方法创建一个射线，这个方法需要提供一个二维坐标来确定这条射线会射向哪里（可以理解为两点确定一条线，由于是从相机发出的，所以一点已经确定，只需要另一点确定方向）。
很多时候我们会选择用鼠标位置来决定，因为很多时候我们的鼠标会指向目标点。而在射击类游戏中，我们会把鼠标锁定在屏幕正中心，然后用准星瞄准。我们可以认为屏幕的中心点就是我们所需的另一个点。
Vector2 screenCenterPoint = new Vector2(Screen.width / 2f, Screen.height / 2f);Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(screenCenterPoint);
接下来我们获取瞄准信息。使用Physics.Raycast方法
Physics.Raycast(ray,out RaycastHit raycastHit,9999f,aimColliderMask)
其中，ray是射线，out会返回一个值，这里是检测到的信息，第三个数值是检测距离，第四个是检测哪些层级。大家对于这些有什么设置就自己做一做。我这里就不做演示了。
这个方法会返回一个bool值，用这个值做判断即可。
我们将一个球摆到碰撞点，这样以后就可以直接制作射击功能，然后配合IK等组件实现细致的动画。
注意：请删除目标点的碰撞器（如果是球之类的有碰撞器的）
[Tooltip("这是目标点")]public Transform aimDestinationPoint;private void AimPointUpdate(){Vector2 screenCenterPoint = new Vector2(Screen.width / 2f, Screen.height / 2f);Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(screenCenterPoint);if(Physics.Raycast(ray,out RaycastHit raycastHit,9999f,aimColliderMask)){aimDestinationPoint.position = raycastHit.point;}}
角色在瞄准状态下的旋转
这个我们仍在Move方法中的旋转部分去设置。之前是是直接转向，现在添加一个if来分开瞄准与否的旋转方式。
之前我们设置了瞄准点，它本身的X与Z坐标是我们应该朝向的方向。
我们新建一个变量，保存目前的瞄准点位置，然后将Y的影响剔除，然后就可以获得一个方向向量，我们此处仍然进行归一化获得方向向量。
最后，我们进行插值处理方向。此处也可以使用旋转。
Vector3 worldAimTarget = aimDestinationPoint.position;worldAimTarget.y = transform.position.y;Vector3 aimdirection = (worldAimTarget - transform.position).normalized;transform.forward = Vector3.Lerp(transform.forward, aimdirection, Time.deltaTime * 20f);
当然，如果我们像下方这段代码写，是会有bug的，原因在于这个判断是基于位移不为零，当位移为零，我们的角色不会旋转。
if (!_isAim){#region 在位移过程中的转向float rotation = Mathf.SmoothDampAngle(transform.eulerAngles.y, _targetRotation, ref _rotationVelocity,RotationSmoothTime);transform.rotation = Quaternion.Euler(0.0f, rotation, 0.0f);#endregion}else{#region 瞄准状态下的转向Vector3 worldAimTarget = aimDestinationPoint.position;worldAimTarget.y = transform.position.y;Vector3 aimdirection = (worldAimTarget - transform.position).normalized;transform.forward = Vector3.Lerp(transform.forward, aimdirection, Time.deltaTime * 20f);#endregion}
这里贴上修正过后的代码
if (_inputsMassage.move!=Vector2.zero){_targetRotation = Mathf.Atan2(currentInput.x, currentInput.z) * Mathf.Rad2Deg + _mainCamera.transform.eulerAngles.y;if (!_isAim){#region 在位移过程中的转向float rotation = Mathf.SmoothDampAngle(transform.eulerAngles.y, _targetRotation, ref _rotationVelocity,RotationSmoothTime);transform.rotation = Quaternion.Euler(0.0f, rotation, 0.0f);#endregion}}if(_isAim){#region 瞄准状态下的转向Vector3 worldAimTarget = aimDestinationPoint.position;worldAimTarget.y = transform.position.y;Vector3 aimdirection = (worldAimTarget - transform.position).normalized;transform.forward = Vector3.Lerp(transform.forward, aimdirection, Time.deltaTime * 20f);#endregion}
瞄准时的移动速度限制
这里可以和上方的瞄准状态的旋转一起判断。
不过我们对整个Move函数重新审视时，会发现这里还是与上方的下蹲状态类似，所有一起进行判断。
if (_isAim) targetSpeed = _aimMoveSpeed;
总结
此处很多关于IK的内容我没有说明，因为IK插件本身是要付费的。代码中会夹杂着关于IK和动画状态机的代码，相信需要做动画状态机和IK的同学能够看懂，不需要的只需要看我提到的那些代码，然后选择性剔除便可。
代码
using System.Collections;using System.Collections.Generic;using UnityEngine;using UnityEngine.InputSystem;using Cinemachine;using RootMotion.FinalIK;public class ThirdPlayerMoveController : MonoBehaviour{CharacterController _characterController;PlayerInput _playerInput;PlayerInputsMassage _inputsMassage;GameObject _mainCamera;Animator _anim;public PlayerActionState playerActionState = PlayerActionState.Idle;[Header("相机设置")]public GameObject _cinemachineFollowTarget;public CinemachineVirtualCamera _aimCamera;float _cinemachineTagertX;float _cinemachineTagertY;[Tooltip("相机仰角")]public float TopClamp = 70.0f;[Tooltip("相机俯角")]public float BottomClamp = -30.0f;[Tooltip("额外的度数覆盖摄像头。有用的微调相机位置时，锁定")]public float CameraAngleOverride = 0.0f;[Tooltip("瞄准IK")]public AimIK _playerAimIK;[Header("玩家设置")][Tooltip("这将决定普通行走时的速度")]public float walkSpeed = 1.5f;[Tooltip("这将决定跑步时的速度")]public float _runSpeed = 5.0f;private bool _isCrouch = false;[Tooltip("这将决定蹲下行走的速度")]public float _crouchSpeed = 1.0f;[Tooltip("这将决定瞄准状态下的速度")]public float _aimMoveSpeed = 1.0f;[Header("瞄准设置")][Tooltip("这是基础的鼠标移动速度")]public float SpeedChangeRate = 10.0f;private float normalSensitivity=1f;[Tooltip("这是在基础鼠标移速下，瞄准速度的倍率")]public float aimSensitivity = 0.6f;[Tooltip("这是鼠标移动速度比例")]private float Sensitivity = 1f;private bool _isAim = false;[Tooltip("这是目标点")]public Transform aimDestinationPoint;[Tooltip("射线检测时所能检测的目标层级")]public LayerMask aimColliderMask;[Header("重力及下落")][Tooltip("重力加速度")]public float Gravity = -15.0f;[Tooltip("是否着地")]public bool Grounded = true;[Tooltip("检测半径")]public float GroundedRadius = 0.28f;[Tooltip("检测的层级")]public LayerMask GroundLayers;[Tooltip("地面宽容度")]public float GroundedOffset = -0.14f;[Tooltip("进入坠落所需时间")]public float FallTimeout = 0.15f;private float _fallTimeOutDelta;private float _verticalVelocity;private float _terminalVelocity = 53.0f;private float _currentSpeed;private float _targetRotation = 0.0f;[Tooltip("角色光滑旋转时间")]private float RotationSmoothTime = 0.12f;[Tooltip("在角色光滑旋转过程中的速度")]private float _rotationVelocity;private float _threshold = 0.01f;private bool IsCurrentDeviceMouse{get {return _playerInput.currentControlScheme == "KeyboardMouse"; }}private void Awake(){// get a reference to our main cameraif (_mainCamera == null){_mainCamera = GameObject.FindGameObjectWithTag("MainCamera");}}// Start is called before the first frame updatevoid Start(){_characterController = GetComponent<CharacterController>();_inputsMassage = GetComponent<PlayerInputsMassage>();_playerInput = GetComponent<PlayerInput>();_anim = GetComponentInChildren<Animator>();_playerAimIK = GetComponentInChildren<AimIK>();}private void Update(){PlayerStateJudge();DoGravity();GroundedCheack();Move();AimPointUpdate();DoAim();}private void LateUpdate(){CameraRotation();}/// <summary>/// 相机追踪点的控制/// </summary>private void CameraRotation(){if(_inputsMassage.look.sqrMagnitude>_threshold)//look值大于误差代表有输入{float deltaTimeMultiplier = IsCurrentDeviceMouse ? 1f : Time.deltaTime;_cinemachineTagertX += _inputsMassage.look.x * deltaTimeMultiplier * Sensitivity;_cinemachineTagertY += _inputsMassage.look.y * deltaTimeMultiplier * Sensitivity;}_cinemachineTagertX = ClampAngle(_cinemachineTagertX, float.MinValue, float.MaxValue);_cinemachineTagertY = ClampAngle(_cinemachineTagertY, BottomClamp, TopClamp);_cinemachineFollowTarget.transform.rotation = Quaternion.Euler((-_cinemachineTagertY - CameraAngleOverride) * Settings.mouseYmoveTimes,_cinemachineTagertX * Settings.mouseXmoveTimes, 0.0f);}private void Move(){_isCrouch = _inputsMassage.crouch;//在这里进行状态的判断//PlayerStateJudge(); //首先将移动速度赋予临时变量，考虑到有可能在其他地方使用，我们将其存储起来//_currentSpeed = walkSpeed;(转换为更加完善的速度控制)float targetSpeed = playerActionState switch{PlayerActionState.Idle => 0f,PlayerActionState.Walk => walkSpeed,PlayerActionState.Run => _runSpeed,_ => 0f};if (_isCrouch) targetSpeed = _crouchSpeed;if (_isAim) targetSpeed = _aimMoveSpeed;//玩家当前水平速度的参考float currentHorizontalSpeed = new Vector3(_characterController.velocity.x, 0.0f, _characterController.velocity.z).magnitude;//偏离度,保证目标速度与目前速度相差大才可以插值，避免小幅度的抽搐float speedOffset = 0.1f;//判断偏离度if (currentHorizontalSpeed < targetSpeed - speedOffset ||currentHorizontalSpeed > targetSpeed + speedOffset){_currentSpeed = Mathf.Lerp(currentHorizontalSpeed, targetSpeed ,Time.deltaTime * SpeedChangeRate);//四舍五入到小数点后3位_currentSpeed = Mathf.Round(_currentSpeed * 1000f) / 1000f;}else{_currentSpeed = targetSpeed;}//判断是否进行移动输入if (_inputsMassage.move == Vector2.zero) _currentSpeed = 0;var currentInput = new Vector3(_inputsMassage.move.x, 0, _inputsMassage.move.y).normalized;//单位向量的方向，或者说位移方向if (_inputsMassage.move!=Vector2.zero){_targetRotation = Mathf.Atan2(currentInput.x, currentInput.z) * Mathf.Rad2Deg + _mainCamera.transform.eulerAngles.y;if (!_isAim){#region 在位移过程中的转向float rotation = Mathf.SmoothDampAngle(transform.eulerAngles.y, _targetRotation, ref _rotationVelocity,RotationSmoothTime);transform.rotation = Quaternion.Euler(0.0f, rotation, 0.0f);#endregion}}if(_isAim){#region 瞄准状态下的转向Vector3 worldAimTarget = aimDestinationPoint.position;worldAimTarget.y = transform.position.y;Vector3 aimdirection = (worldAimTarget - transform.position).normalized;transform.forward = Vector3.Lerp(transform.forward, aimdirection, Time.deltaTime * 20f);#endregion}Vector3 targetDir = Quaternion.Euler(0.0f, _targetRotation, 0.0f) * Vector3.forward;_characterController.Move(targetDir.normalized * (_currentSpeed * Time.deltaTime)+ new Vector3(0.0f, _verticalVelocity, 0.0f) * Time.deltaTime);//TODO:这里的Move可以执行垂直方向的速度，直接加上垂直的Vector就可以_anim.SetFloat("Speed", _currentSpeed);_anim.SetBool("Crouch", _isCrouch);}/// <summary>/// 重力/// </summary>private void DoGravity(){if(Grounded){//重置坠落计时器_fallTimeOutDelta = FallTimeout;//落地后我们停止垂直速度累加if(_verticalVelocity<0.0f){_verticalVelocity = -2f;}}else{//此if用于决定是否是下落动画if(_fallTimeOutDelta>=0.0f){_fallTimeOutDelta -= Time.deltaTime;}else{//下落动画}}if(_verticalVelocity<_terminalVelocity){_verticalVelocity += Gravity * Time.deltaTime;}}private void DoAim(){_aimCamera.gameObject.SetActive(_isAim);_anim.SetBool("Aiming", _isAim);if(_isAim){Sensitivity = aimSensitivity;}else{Sensitivity = normalSensitivity;}}/// <summary>/// 限制角度/// </summary>/// <param name="lfAngle"></param>/// <param name="lfMin"></param>/// <param name="lfMax"></param>/// <returns></returns>private static float ClampAngle(float lfAngle, float lfMin, float lfMax){if (lfAngle < -360f) lfAngle += 360f;if (lfAngle > 360f) lfAngle -= 360f;return Mathf.Clamp(lfAngle, lfMin, lfMax);}/// <summary>/// 对玩家状态进行判断/// </summary>private void PlayerStateJudge(){playerActionState = PlayerActionState.Idle;if (_inputsMassage.move!=Vector2.zero){playerActionState = PlayerActionState.Walk;if (_inputsMassage.run)playerActionState = PlayerActionState.Run;}_isAim = _inputsMassage.aim;_playerAimIK.enabled = _isAim;}/// <summary>/// 地面检测/// </summary>private void GroundedCheack(){Vector3 spherePosition = new Vector3(transform.position.x, transform.position.y - GroundedOffset, transform.position.z);Grounded = Physics.CheckSphere(spherePosition, GroundedRadius, GroundLayers, QueryTriggerInteraction.Ignore);}/// <summary>///校准十字中心与目标点/// </summary>private void AimPointUpdate(){Vector2 screenCenterPoint = new Vector2(Screen.width / 2f, Screen.height / 2f);Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(screenCenterPoint);if(Physics.Raycast(ray,out RaycastHit raycastHit,9999f,aimColliderMask)){aimDestinationPoint.position = raycastHit.point;}}}
