前言
在 3D 游戏中，都会有一个主人公。我们可以通过点击游戏中的其他位置，使游戏主人公向点击处移动。
那当我们想要实现一个“点击地面，人物移动到点击处”的功能，需要什么前置条件，并且具体怎么实现呢？本文带大家一步步实现人物行走移动，同时进行状态改变的功能。
一、骨骼动画
骨骼动画（Skeleton animation 又称骨架动画，是一种计算机动画技术，它将三维模型分为两部分：用于绘制模型的蒙皮（Skin），以及用于控制动作的骨架。
一般在 3D 游戏中的主人公，它的跑步、走路、站立的动作，都是模型文件的自带骨骼动画。
骨骼动画权重
改变骨骼动画的权重，可以使得动画间的过渡更为自然。比如体测时，当你到达终点后，会逐渐减慢速度，跑步动作的幅度越来越小，然后变成走路，最后停止。
让我们看看一个俩动作权重渐变的例子：
这个例子中，从休闲变到走路，休闲动画的权重从1到0递减，同时走路动画的权重从0到1递增。可以的点击? 这个网站中 > Crossfading > from idle to walk 体验一下。
在本次 3D 沙盒游戏中，人物状态改变，主要是鼠标点击地面后，人物从休闲状态转为跑步状态，当人物到达目的地后，又变为休闲状态。我们先来看看这些状态改变是如何实现的。
首先，我们需要设计师提供一个拥有骨骼动画的模型，它有两个骨骼动画，一个为休闲（idle）状态，一个为跑步（run）状态。
1.1 思路
1.2 动画初始化
先让我们将骨骼动画、动画名称、权重放到一个对象中存储起来，
idleAnimConfig = {
name: string;
anim: AnimationGroup;
weight: number;
}
那么如何判断是否正在行走呢？就需要一个当前动画的 flag，初始化时将 idle 设为当前动画
currentAnimConfig = idleAnimConfig
1.3 动画权重改变
如图，我们在人物状态改变时，需要将当前状态的动画权重递增，另一状态的动画权重递减（注意，权重值需要限制在[0, 1]）。让我们看下伪代码，假设 deltaWeight 为正数
changeAnimWeight() {
// 当前动画 -> 递增
if (currentAnimConfig) {
setAnimationWeight(currentAnimConfig, deltaWeight)
}
// 其他动画 -> 递减，如站立动作切换到走路
if (currentAnimConfig !== idleAnimConfig) {
setAnimationWeight(idleAnimConfig, -deltaWeight)
}
// 其他动画 -> 递减，如走路动作切换到站立
if (currentAnimConfig !== runAnimConfig) {
setAnimationWeight(runAnimConfig, -deltaWeight)
}
}
然后在 render 的时候，进行状态切换
onRender() {
if (准备到达目的地) {
setCurAnimation(runAnimConfig)
} else {
setCurAnimation(idleAnimConfig)
}
changeAnimWeight()
}
1.4 缺少动画
如果 animationGroup 里只有一个 run 动画怎么办呢？
答案还是一样的，只要将 idle 动画的骨骼动画设为 null 即可，像这样：
idleAnimConfig = {
name: string;
anim: null;
weight: number;
}
这么做即使后来更换了具有两个动画的人物模型，也能复用。
动画状态切换实现效果
二、行走移动
当我们平常写动画时，会用到 rAF 并递归调用渲染函数，实现一个逐帧渲染动画。当人物行走在平地上时，也可以利用逐帧移动，来实现一个位移的动画。例如 Babylon 已经封装好了 render 的事件 API，只要我们将渲染动画绑定 render 事件，就可以使用了。
让我们看看具体思路：
2.1 移动
由上面的思路可以看出，我们移动的时候需要用到几个变量：
- 距终点的距离（distance）
- 移动的方向（direction）
那么就需要在点击的时候，获取到这些变量。distance 可以利用矩阵对应坐标相加减计算，direction 就是目标位置减初始位置的法向量
directToPath() {
// 将人物的位置设为初始位置
initVec = this.player.position
// 计算初始位置与终点的距离
distance = Distance(targetVec, initVec)
// 将终点位置与初始位置相减
targetVec = targetVec.subtract(initVec)
// 使用法向量计算出与终点的朝向
direction = Normalize(targetVec)
player.lookAt(targetVec)
}
onClick() {
// ...
directToPath()
}
在 render 的时候进行位移
onRender() {
if (distance > READY_ARRIVE) {
distance -= SPEED
// 人物朝 direction 方向移动 SPEED 距离
player.translate(direction, SPEED, Space.WORLD)
}
}
位移实现效果
2.2 结合动画
当我们的移动结合模型的骨骼动画
让我们看看伪代码：
onRender() {
if (distance > READY_ARRIVE) {
distance -= SPEED
// 人物朝 direction 方向移动 SPEED 距离
player.translate(direction, SPEED, Space.WORLD)
setCurAnimation(runAnimConfig)
} else {
setCurAnimation(idleAnimConfig)
}
changeAnimWeight()
}
位移及状态变化实现效果
三、人物避障
3.1 思路
人物行走避障，实际上就是从起点到终点，在这之中添加了中间点。如图
所以我们只要记录下当前起点到终点这个路径数组，每次都朝数组的第N个点行走，就能做到转向。下面我们来根据思路及伪代码进行步骤细化。
(1) 记录路径和初始化当前的路径索引
path = getPath(targetVec)
prePathIdx = 0
(2) 当到达当前中间点时，切换到下一个中间点。当走到最后一个，则停止
onRender() {
if (distance > READY_ARRIVE) {
// ...移动及动画权重切换...
} else {
switchPath()
// ...
}
// ...
}
switchPath() {
prePathIdx += 1
directToPath()
}
directToPath() {
const curPath = path[prePathIdx]
if (!curPath) return
// ...人物移动及转向...
}
3.2 接入实际避障算法
由 3.1 得知，人物的行走移动要接入避障算法，需要利用到该算法提供的路径规划数组。实际应用中，我们只需要把，伪代码里的getPath()方法，换成算法计算道路的方法即可。
3.2.1 RecastJSPlugin
下面我们使用 Babylon 自带的 Recast 插件 ，来具体说明一下如何接入避障算法。
方法 1
在 recast 中，可以通过 computePath 获取路径：
const closestPoint = this.navigationPlugin.getClosestPoint(pickedPoint)
const path = this.navigationPlugin.computePath(
this._crowd.getAgentPosition(0),
closestPoint
)
然后利用 3.1 的思路，通过路径索引切换进行移动。
方法 2
recast 首先会创建一个导航网格，然后通过添加 agent 让它们约束在这个导航网格中，而这些 agent 的集合，称为 crowd。
并且 recast 自带了移动的 API —— agentGoto，此时可以不需要再去计算距离和方向，并且也不需要手动切换移动路径，让我们看看具体是怎么做的。
(1) 初始化插件，并设置 Web Worker 来获取网格数据以优化性能
initNav() {
navigationPlugin = new RecastJSPlugin()
// 设置Web Worker，在里面获取网格数据
navigationPlugin.setWorkerURL(WORKER_URL)
// 创建导航mesh
navigationPlugin.createNavMesh([
ground,
...obstacleList, // 障碍物列表mesh
], NAV_MESH_CONFIG, (navMeshData) => {
navigationPlugin.buildFromNavmeshData(navMeshData)
}
this.navigationPlugin = navigationPlugin
}
(2) 初始化 crowd（crowd：约束在导航网格中 agent 的集合）
initCrowd() {
this.crowd = this.navigationPlugin.createCrowd(1, MAX_AGENT_RADIUS, this.scene)
const transform = new TransformNode('playerTrans')
this.crowd.addAgent(this.player.position, AGENTS_CONFIG, transform)
}
(3) 点击时利用 agentGoto API进行移动，pickedPoint 为点击点的三维坐标，由于 crowd 里只有一个对象，所以索引是 0
const closestPoint = this.navigationPlugin.getClosestPoint(pickedPoint)
this.crowd.agentGoto(0, closestPoint)
(4) 判断是否停止，未停止则改变人物朝向
那么如何改变人物的朝向呢，我们需要下一个中间点的位置，让人物看向它即可。
所以回到之前初始化的地方，创建一个 navigator。
initCrowd() {
// ...
const navigator = MeshBuilder.CreateBox('navBall', {
size: 0.1,
height: 0.1,
}, this.scene)
navigator.isVisible = false
this.navigator = navigator
// ...
}
在 render 的时候，人物是否停止，可以通过当前 agent 的移动速度来进行判断。而改变方向，则是通过将 navigator 移动到下一个 path 的中间点，让人物看向它。
onRender () {
// 第一个agent对象的移动速度
const velocity = this.crowd.getAgentVelocity(0)
// 移动人物到agent的位置
this.player.position = this.crowd.getAgentPosition(0)
// 将navigator的位置移到下一个点
this.crowd.getAgentNextTargetPathToRef(0, this.navigator.position)
if (velocity.length() > 0) {
this.player.lookAt(this.navigator.position)
// ...
} else {
// ...
}
// ...
}
4. 避障实现效果
让我们看看最后的效果
5. 遇到的问题
整个开发过程中，其实也不是非常顺利，总结了一些遇到的问题，可以给大家参考一下。
(1) 年兽移动时，有时会“无法刹车”，导致在终点时反复来回停不下来；
这是因为在这一帧里，由于年兽的加速度较小，无法使得短时间内将速度降为0。所以只能“走过头”再“走回来”直到速度降为0之后，停止在终点。
此时，只需要 hack 一下，将 agent 的 maxAcceleration 设为极大，让其有种匀速行走并立马停下的感觉。
export const AGENTS_CONFIG: IAgentParameters = {
maxAcceleration: 1000
// ...
}
(2) 障碍物的动态添加与移除
如果障碍物在该场景初始化后，位置发生了改变，此时再去销毁创建一次 navMesh 是很消耗性能的。
于是我们通过查找文档，看到还有动态添加障碍物的 API。再立马调了下文档中的Playground，发现是可以用的。但是当我们把障碍物放大了之后，穿模了? 看看这里。
于是在 Babylon 的论坛上提了这个问题，20分钟后就得到了 reply，这个速度?。
原来是需要调整 NavMeshParameters 的 ch / cs / tileSize 参数，对项目做适配。
那如果想要自己实现避障，创建更快的navMesh，我们应该怎么做呢？可以看看这篇文章：3D 沙盒游戏之避障踩坑和实现之旅
总结
这篇文章，我们从骨骼动画的介绍及使用、模型的移动及状态改变、路径规划的适配三个方面，讲解了3D沙盒游戏中实现人物行走移动并进行状态改变的思路及步骤，希望新人阅读结束之后，能更快上手这个功能。
当然，本篇文章介绍的实现方式还仍有不足之处，比如移动可以加上加速度，让动作与移动速度匹配得更自然等。
如果还有什么合适的建议，也欢迎大家积极留言交流。
参考资料
- 骨骼动画 - 维基百科，自由的百科全书
- Grouping Animations | Babylon.js Documentation
- Advanced Animation Methods | Babylon.js Documentation
- Vector3 | Babylon.js Documentation
- Crowd Navigation System | Babylon.js Documentation
- Web Workers API
- Make crowd agent move at constant speed - Questions - Babylon.js
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