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在Unity中为即时战略游戏实现战争迷雾(下)
Published 8 days ago
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本文将在Unity中为即时战略游戏实现战争迷雾的一种新方法。
在上一篇文章中,游戏开发工程师Ariel Coppes分享了《钢铁战队》中战争迷雾效果的实现方法,本文他将介绍新的一种实现方法。
新的战争迷雾及视野系统目标是实现下列功能:
  • 能够随时渲染每个玩家的战争迷雾,用于进行回放和调试。
  • 能够结合多个玩家的视野,用于提供友方视野、实现观众模式和观看回放时使用。
  • 使用不同地形高度和其它元素来阻挡视野。
  • 优化开发,使视野在移动设备上支持同时显示50多个单位,并在60fps的状态下运行。
  • 该效果应该类似《星际争霸2》和《英雄联盟》等游戏。
下面是《星际争霸2》的战争迷雾,是我希望实现的效果。
请注意:为了让本文的内容更简洁,在提到“单位”时,所指的是角色、建筑等影响游戏内战争迷雾的结构。

逻辑

首先,我们有一个概念叫UnitVision,即单位视野,用于表示可揭开迷雾的任何对象。UnitVision在代码中是一种数据结构。
struct UnitVision { // 表示视野系统中玩家分组的位掩码。 int players; // 使用世界坐标的视野范围。 float range; // 使用世界坐标的位置。 vector2 position; // 用于阻挡视线。 short terrainHeight; }
通常在游戏中,每个单位都有一个单位视野,有的单位会有更多视野,例如:大型单位,而有的单位甚至没有视野。
位掩码用于指定玩家分组,例如:如果玩家0是0001,而玩家1是0010,那么0011表示由玩家0和玩家1组成的分组。由于这是一个int类型数值,因此它最多支持sizeof(int)大小的玩家数量。
大多数时候,该分组仅包含一个玩家,但在部分情况下,例如:在通用特效或影片效果中,该分组需要被所有玩家看到,其中一种实现方法是使用带有多个玩家的unitVision。
字段terrainHeight存储当前单位的高度,我们会使用该字段来检测单位是否会阻挡视野。如果该单位是地面单位,该值通常是该位置世界地形的高度,但也有一些特别情况。
例如:飞行单位或可改变单位高度的特殊技能,在计算被阻挡的视野时,要考虑到这些因素。游戏要对该字段进行相应的更新。
我们还有一个概念名叫VisionGrid,即视野网格,表示所有玩家的视野。下面是VisionGrid的数据结构。
struct VisionGrid { // 下列变量表示网格的宽度和高度,它们需要访问数组。 int width, height; // 存储宽度乘高度得到的大小结果,每个部分都有int类型数值和位码,表示哪个玩家的视野中有该部分。 int[] values; // 和values数组类似,但它只存储玩家是否在某段时间访问该部分。 int[] visited; void SetVisible(i, j, players) { values[i + j * width] |= players; visited[i + j * width] |= players; } void Clear() { values.clear(0); } bool IsVisible(i, j, players) { return (values[i + j * width] & players) > 0; } bool WasVisible(i, j, players) { return (visited[i + j * width] & players) > 0; } }
请注意:数组的大小为宽度乘以高度的结果。
网格越大,计算视野的速度越慢,但它会有更多信息用于实现单位的行为或渲染更好的迷雾效果。网格越小,效果则会相反。我们必须在一开始就确定好二者的平衡,由此来构建游戏。
下面是游戏世界中网格的示例。
在获得世界位置的网格部分后,该结构会在values数组存储int类数值,提供哪个玩家视野内有该位置的数据信息。例如:如果该部分存储了0001,那么它表示只有玩家0能够看到该部分,如果该部分存储了0011,那么玩家0和玩家1都会看到该部分。
该结构也会把玩家之前探索迷雾部分的时间存储到visited数组中,主要用于渲染功能,即渲染灰色迷雾,但该数据也可以用到游戏逻辑中,例如:用于检查玩家是否了解相关信息。
如果位掩码中的玩家能够看到该位置,IsVisible(i, j, players)方法会返回True。
WasVisible(i, j, players)方法有类似的功能,但它会检查visited数组。
例如:如果玩家1和玩家2,即位码中的0010和0100属于同一阵营,如果玩家2希望知道敌人是否可见,以便展开进攻,则可以使用两个玩家的位掩码0110来调用isVisible方法。

计算视野

每次更新视野网格时,values数组都会清空,然后重新计算。
下面是该算法的伪代码。
void CalculateVision() { visionGrid.Clear() for each unitVision in world { for each gridEntry inside unitVision.range { if (not IsBlocked(gridEntry)) { // 设为可见时,会更新values数组和visited数组。 grid.SetVisible(gridEntry.i, gridEntry.j, unitVision.players) } } } }
为了在范围内迭代网格部分,该脚本首先会使用网格坐标来计算视野的位置和范围,相应的变量分别是gridPosition和gridRange,然后脚本会围绕gridPosition并以gridRange为半径来绘制实心圆形。

被阻挡的视野

为了检测被阻挡的视野,我们有相同大小的另一个网格,它带有地形的高度信息。
下面是该信息的数据结构。
struct Terrain { // 下列变量表示网格的宽度和高度,它们需要访问数组。 int width, height; // 存储宽度乘高度得到的大小结果,该数组拥有网格部分的地形层级。 short[] height; int GetHeight(i, j) { return height[i + j * width]; }
下面是网格在游戏中的示例效果。
在迭代unitVision范围中视野的网格部分时,为了检测该部分是否可见,我们的系统会检查视野中心是否有障碍物。为此,它会从该部分的位置绘制一条直线,连接到中心的位置。
如果线条上的所有网格部分都在相同高度或较低高度,那么该部分是可见的。下面是相应的示例,蓝点表示进行计算的网格部分,白点表示连接中心的线条。
如果线条上至少有一个部分的高度较大,那么视线会被阻挡。
在下面的例子中,蓝点表示我们希望了解是否可见的部分,白点表示线条上相同高度的部分,红点表示地形较高的部分。
在脚本检测到某个部分高于视野后,它不必继续绘制连接视野中心的线条。下面是相应的伪代码。
bool IsBlocked() { for each entry in line to unitVision.position { height = terrain.GetHeight(entry.position) if (height > unitVision.height) { return true; } } return false; }

优化

  • 如果某个部分已经在迭代所有单位视野时标记为可见,则不必重新计算该部分。
  • 减小网格的大小。
  • 减少更新迷雾的频率,我最近在玩《星际争霸1》时发现,更新迷雾会有约1秒的延迟。

渲染

渲染战争迷雾时,我使用和网格相同大小的小型纹理FogTexture,通过使用Texture2D.SetPixels()方法,在该纹理上写入相同大小的Color数组。
在每一帧中,我会在每个VisionGrid部分进行迭代,通过使用values数组和visited数组,对数组设置对应的颜色。
下面是这部分的伪代码。
void Update() { for i, j in grid { colors[i + j * width] = black if (visionGrid.IsVisible(i, j, activePlayers)) colors[pixel] = white else if (visionGrid.WasVisible(i, j, activePlayers)) colors[pixel] = grey // 这里用于处理之前的视野。 } texture.SetPixels(colors) }
字段activePlayers包含玩家的位掩码,用于渲染玩家的当前迷雾。通常,它只包含游戏中主要玩家的迷雾,但是在部分情况下,例如:回放模式中,该字段可以随时改变,渲染不同玩家的视野。
如果有两个玩家处于同一阵营,两个玩家的位掩码可用于渲染二者的共享视野。
填补FogTexture纹理后,该纹理会使用带有后期处理滤镜的摄像机,在RenderTexture渲染纹理中进行渲染,滤镜会给纹理应用模糊效果,让迷雾的外观效果更好。
为了实现更好的结果,在应用后期处理特效时,这里使用的RenderTexture渲染纹理比FogTexture纹理大四倍。
获得RenderTexture渲染纹理后,我会使用自定义着色器在游戏中渲染它,该着色器会把图像看作Alpha遮罩,白色表示透明部分,黑色表示不透明部分,由于我在此不需要其它颜色通道,因此使用红色作为补充,这部分处理类似《钢铁战队》的相应过程。
画面效果如下图所示。
下图是该方法在Unity场景视图中的效果。
渲染流程如下图所示。

平缓过渡

在部分情况下,迷雾纹理会在不同帧数间大幅变化,例如:在新单位出现时,或是某个单位移动到高地时。
对于这类情况,我会给colors数组添加平缓过渡过程,这样数组中每个部分会及时从原有状态过渡到新状态,从而最小化变化幅度。
该过程非常简单,虽然该过程在处理纹理像素时会增加少量性能开销,但最终效果比我想象的更好,而且该过程也可以随时禁用。
最初我不确定是否要直接把像素写入纹理,因为我担心这项操作的速度很慢,但在移动设备上测试后,我发现速度很快,因此这并不是一个问题。

单位可见性

为了了解某个单位是否可见,该系统要检查包含单位的所有部分,大型单位会占用多个部分,如果至少有一个部分是可见的,那么该单位就是可见的。这个检查能够帮助我们了解某个单位是否可以被攻击。
下面是相应的伪代码。
bool IsVisible(players, unit) { // 这是某个玩家的单位。 if ((unit.players & players) > 0) return true; // 返回包含该单位的所有部分 entries = visionGrid.GetEntries(unit.position, unit.size) for (entry in entries) { if (visionGrid.IsVisible(entry, players)) return true; } return false; }
哪些单位可见和渲染的迷雾有关,因此我们使用了相同的activePlayers字段来检查是否显示单位。
为了避免渲染单位,我使用了类似《钢铁战队》的方法,也就是使用了游戏对象的图层。
如果单位是可见的,那么我们会给该对象设置默认图层,如果单位不可见,那么我们会给它设置从游戏摄像机剔除的图层。
void UpdateVisibles() { for (unit in units) { unit.gameObject.layer = IsVisible(activePlayers, unit) : default ? hidden; } }

最终效果

下面是所有内容结合起来的效果。

小结

将整个游戏世界简化为网格,并开始对纹理进行思考后,我们可以轻松应用不同的图像算法,例如:绘制填充圆圈或线条,它们在进行优化时非常实用。此外,还有更多图像操作可以用于游戏逻辑和渲染。
《星际争霸2》有很多纹理方面的信息,不只是玩家的视野,还提供了API来访问纹理,该API也被用到了机器学习的实验中。我仍在开发更多相关功能,同时还计划尝试一些优化功能,例如:C# Job System。
给迷雾纹理使用模糊效果也存在缺点,例如:这会在不合适的时候展示一部分高地。我仍然会研究其它图像效果,寻找合适的方法。
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文章来源:gemserk.com
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Unity开发者原创
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Comments
Chuheng
4 days ago
厉害厉害,牛逼牛逼,我脑子会了手还没会😵
0
LXF
6 days ago
厉害厉害 一看就会,一做就懵
1
l
long
7 days ago
不错
0