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Unity NavMesh 动态烘焙

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发表于 2022-3-31 09:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
最初的Unity导航系统很不完善,只能静态烘焙场景图的可行走区域,而且必须在本地保存场景的NavMesh数据,难以运行时动态计算;这使得鲜有开发者愿意再尝试Unity内置的导航功能,转向了AStar寻路算法的研究。

但实际上AStar算法真的适合大多数开发情况且性能较优么?

了解过AStar算法的都知道,它是基于格子来遍历计算行走权重的,算法复杂度其实是相对较高的,受到格子密度,地图大小和路线长度的的影响较大。

AStar更适合的是策略性寻路,该算法更有利于找出最短路径的最优解,能够达到足够的精确性。

而Unity的NavMesh是用的拐角点算法,随便找一个场景烘焙一下便可得知,例如:

image.png

烘焙出来的NavMesh区域只在障碍物边缘与平面边缘存在顶点,而不会像AStar一样均匀的布满整个平面;如果是一个无任何障碍物的平面,那就只会有平面边缘的几个顶点,算法效率是相对较高的,并不会因为地图变大而有明显算法复杂度上的变化。

相反,NavMesh的缺点也正是AStar的优点,那就是难以保证寻路的最优解,更多的时候是用于AI能够更快计算出绕过障碍物朝向目标前进的路径。

对于场景不变的静态地图来说,Unity最初的NavMesh已经能够满足需求,但如果地图随机生成或障碍物的位置随时变化,此时静态NavMesh一下子就捉襟见肘了。

好在随着Unity版本的更新,关于动态烘焙的方法也已经能有效实现,这样无论是以怎样千变万化的方式生成的随机地图,随机地图在游戏中如何构建重组,都能动态刷新出NavMesh的可行走区域。
using UnityEngine;using UnityEngine.AI;using System.Collections.Generic;// Tagging component for use with the LocalNavMeshBuilder// Supports mesh-filter and terrain - can be extended to physics and/or primitives[DefaultExecutionOrder(-200)]public class NavMeshSourceTag : MonoBehaviour{    // Global containers for all active mesh/terrain tags    public static List<MeshFilter> m_Meshes = new List<MeshFilter>();    public static List<Terrain> m_Terrains = new List<Terrain>();    void OnEnable()    {        var m = GetComponent<MeshFilter>();        if (m != null)        {            m_Meshes.Add(m);        }        var t = GetComponent<Terrain>();        if (t != null)        {            m_Terrains.Add(t);        }    }    void OnDisable()    {        var m = GetComponent<MeshFilter>();        if (m != null)        {            m_Meshes.Remove(m);        }        var t = GetComponent<Terrain>();        if (t != null)        {            m_Terrains.Remove(t);        }    }    // Collect all the navmesh build sources for enabled objects tagged by this component    public static void Collect(ref List<NavMeshBuildSource> sources)    {        sources.Clear();        for (var i = 0; i < m_Meshes.Count; ++i)        {            var mf = m_Meshes;            if (mf == null) continue;            var m = mf.sharedMesh;            if (m == null) continue;            var s = new NavMeshBuildSource();            s.shape = NavMeshBuildSourceShape.Mesh;            s.sourceObject = m;            s.transform = mf.transform.localToWorldMatrix;            s.area = 0;            sources.Add(s);        }        for (var i = 0; i < m_Terrains.Count; ++i)        {            var t = m_Terrains;            if (t == null) continue;            var s = new NavMeshBuildSource();            s.shape = NavMeshBuildSourceShape.Terrain;            s.sourceObject = t.terrainData;            // Terrain system only supports translation - so we pass translation only to back-end            s.transform = Matrix4x4.TRS(t.transform.position, Quaternion.identity, Vector3.one);            s.area = 0;            sources.Add(s);        }    }}
NavMeshSourceTag类是为了收集需要录入烘焙列表的模型网格数据和地形数据,用的是一个全局的静态数据列表来存储,需要挂载在场景的网格物件上,标记哪些物件的网格在生成数据时需要考虑在内。
当然了,如果一个物体是由多个网格拼接而成,读者只需要将OnEnable和OnDisable中的代码稍作修改,改为读取子物体中的所以MeshFilter和Terrain组件即可:
foreach (var m in GetComponentsInChildren<MeshFilter>())        {            if (m != null)            {                m_Meshes.Add(m);            }        }
将之前收集到的网格物件的源数据动态烘焙刷新生成NavMesh:
using UnityEngine;using UnityEngine.AI;using System.Collections;using System.Collections.Generic;using NavMeshBuilder = UnityEngine.AI.NavMeshBuilder;// Build and update a localized navmesh from the sources marked by NavMeshSourceTag[DefaultExecutionOrder(-102)]public class LocalNavMeshBuilder : MonoBehaviour{    // The center of the build    public Transform m_Tracked;    // The size of the build bounds    public Vector3 m_Size = new Vector3(80.0f, 20.0f, 80.0f);    NavMeshData m_NavMesh;    AsyncOperation m_Operation;    NavMeshDataInstance m_Instance;    List<NavMeshBuildSource> m_Sources = new List<NavMeshBuildSource>();    IEnumerator Start()    {        while (true)        {            UpdateNavMesh(true);            yield return m_Operation;        }    }    void OnEnable()    {        Bake();    }    void OnDisable()    {        //Unload navmesh and clear handle        m_Instance.Remove();    }    /// <summary>    /// 按范围动态更新NavMesh    /// </summary>    /// <param name="asyncUpdate">是否异步加载</param>    void UpdateNavMesh(bool asyncUpdate = false)    {        NavMeshSourceTag.Collect(ref m_Sources);        var defaultBuildSettings = NavMesh.GetSettingsByID(0);        var bounds = QuantizedBounds();        if (asyncUpdate)            m_Operation = NavMeshBuilder.UpdateNavMeshDataAsync(m_NavMesh, defaultBuildSettings, m_Sources, bounds);        else            NavMeshBuilder.UpdateNavMeshData(m_NavMesh, defaultBuildSettings, m_Sources, bounds);    }    static Vector3 Quantize(Vector3 v, Vector3 quant)    {        float x = quant.x * Mathf.Floor(v.x / quant.x);        float y = quant.y * Mathf.Floor(v.y / quant.y);        float z = quant.z * Mathf.Floor(v.z / quant.z);        return new Vector3(x, y, z);    }    Bounds QuantizedBounds()    {        // Quantize the bounds to update only when theres a 0.1% change in size        var center = m_Tracked ? m_Tracked.position : transform.position;        return new Bounds(Quantize(center, .001f * m_Size), m_Size);    }    //选择物体时在Scene中绘制Bound区域    void OnDrawGizmosSelected()    {        if (m_NavMesh)        {            Gizmos.color = Color.green;            Gizmos.DrawWireCube(m_NavMesh.sourceBounds.center, m_NavMesh.sourceBounds.size);        }        Gizmos.color = Color.yellow;        var bounds = QuantizedBounds();        Gizmos.DrawWireCube(bounds.center, bounds.size);        Gizmos.color = Color.green;        var center = m_Tracked ? m_Tracked.position : transform.position;        Gizmos.DrawWireCube(center, m_Size);    }    //动态烘焙NavMesh    public void Bake()    {        // Construct and add navmesh        m_NavMesh = new NavMeshData();        m_Instance = NavMesh.AddNavMeshData(m_NavMesh);        if (m_Tracked == null)            m_Tracked = transform;        UpdateNavMesh(false);    }}
有一个地方需要注意,因为NavMeshBuilder.UpdateNavMeshData(m_NavMesh, defaultBuildSettings, m_Sources, bounds); 刷新NavMeshData时需要读取模型的网格信息,此时需要将导入的模型读写打开,设置位置如下:

image.png

用法示例:
using UnityEngine;public class LocalNavMeshCtrl : MonoBehaviour{    public LocalNavMeshBuilder Bulider;    public float Offse;    void Awake()    {        EventManager.AddListener<EnterRoomEvent>(EnterRoomHanlder);    }    private void EnterRoomHanlder(EnterRoomEvent e)    {        if (Bulider != null)        {            var rooms = BattleUtils.MapMgr.Rooms;            if (rooms.ContainsKey(e.RoomIndex) && rooms[e.RoomIndex].RoomType == RoomType.Battle)            {                Bulider.m_Tracked = rooms[e.RoomIndex].transform;                var size = PTBattleMgr.CurRoomCtrl.Size;                Bulider.m_Size = new Vector3(size.x * 4 + Offse, 10, size.y * 4 + Offse);            }        }    }    private void OnDestroy()    {        EventManager.RemoveListener<EnterRoomEvent>(EnterRoomHanlder);    }}
例如进入某一房间或区域就按照该房间区域的大小进行NavMesh的动态烘焙,可以非常方便的改变烘焙的范围和中心点等,也可以考虑让该烘焙范围一直跟随玩家的Transform运动。

一个区域内的NavMesh动态烘焙完成后,很多AI可能需要在NavMesh中取随机点进行导航的目标点的设置或巡逻等,可以写一个扩展方法得到NavMesh的顶点数据,取任何一个三角内的点即可:
public static Vector3 GetNavMeshRandomPos(this GameObject obj)    {        NavMeshTriangulation navMeshData = NavMesh.CalculateTriangulation();        int t = Random.Range(0, navMeshData.indices.Length - 3);        Vector3 point = Vector3.Lerp(navMeshData.vertices[navMeshData.indices[t]], navMeshData.vertices[navMeshData.indices[t + 1]], Random.value);        point = Vector3.Lerp(point, navMeshData.vertices[navMeshData.indices[t + 2]], Random.value);        return point;    }

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