在Unity中為即時戰略遊戲實現戰爭迷霧（下）

遊資網發表於2019-11-12
Unity遊戲
在上一篇文章中，遊戲開發工程師Ariel Coppes分享了《鋼鐵戰隊》中戰爭迷霧效果的實現方法，本文他將介紹新的一種實現方法。

新的戰爭迷霧及視野系統目標是實現下列功能：

  • 能夠隨時渲染每個玩家的戰爭迷霧，用於進行回放和除錯。
  • 能夠結合多個玩家的視野，用於提供友方視野、實現觀眾模式和觀看回放時使用。
  • 使用不同地形高度和其它元素來阻擋視野。
  • 優化開發，使視野在移動裝置上支援同時顯示50多個單位，並在60fps的狀態下執行。
  • 該效果應該類似《星際爭霸2》和《英雄聯盟》等遊戲。


下面是《星際爭霸2》的戰爭迷霧，是我希望實現的效果。

請注意：為了讓本文的內容更簡潔，在提到“單位”時，所指的是角色、建築等影響遊戲內戰爭迷霧的結構。

邏輯

首先，我們有一個概念叫UnitVision，即單位視野，用於表示可揭開迷霧的任何物件。UnitVision在程式碼中是一種資料結構。

  1. struct UnitVision
  2. {
  3.    // 表示視野系統中玩家分組的位掩碼。
  4.    int players;

  6.    // 使用世界座標的視野範圍。
  7.    float range;

  9.    // 使用世界座標的位置。
  10.    vector2 position;

  12.    // 用於阻擋視線。
  13.    short terrainHeight;
  14. }
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通常在遊戲中，每個單位都有一個單位視野，有的單位會有更多視野，例如：大型單位，而有的單位甚至沒有視野。

位掩碼用於指定玩家分組，例如：如果玩家0是0001，而玩家1是0010，那麼0011表示由玩家0和玩家1組成的分組。由於這是一個int型別數值，因此它最多支援sizeof(int)大小的玩家數量。

大多數時候，該分組僅包含一個玩家，但在部分情況下，例如：在通用特效或影片效果中，該分組需要被所有玩家看到，其中一種實現方法是使用帶有多個玩家的unitVision。

欄位terrainHeight儲存當前單位的高度，我們會使用該欄位來檢測單位是否會阻擋視野。如果該單位是地面單位，該值通常是該位置世界地形的高度，但也有一些特別情況。

例如：飛行單位或可改變單位高度的特殊技能，在計算被阻擋的視野時，要考慮到這些因素。遊戲要對該欄位進行相應的更新。

我們還有一個概念名叫VisionGrid，即視野網格，表示所有玩家的視野。下面是VisionGrid的資料結構。

  1. struct VisionGrid
  2. {
  3.     // 下列變數表示網格的寬度和高度，它們需要訪問陣列。
  4.     int width, height;

  6.     // 儲存寬度乘高度得到的大小結果，每個部分都有int型別數值和位碼，表示哪個玩家的視野中有該部分。
  7.     int[] values;

  9.    // 和values陣列類似，但它只儲存玩家是否在某段時間訪問該部分。
  10.     int[] visited;

  12.     void SetVisible(i, j, players) {
  13.         values[i + j * width] |= players;
  14.         visited[i + j * width] |= players;
  15.     }

  17.     void Clear() {
  18.         values.clear(0);
  19.     }

  21.     bool IsVisible(i, j, players) {
  22.         return (values[i + j * width] & players) > 0;
  23.     }

  25.     bool WasVisible(i, j, players) {
  26.         return (visited[i + j * width] & players) > 0;
  27.     }
  28. }
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請注意：陣列的大小為寬度乘以高度的結果。

網格越大，計算視野的速度越慢，但它會有更多資訊用於實現單位的行為或渲染更好的迷霧效果。網格越小，效果則會相反。我們必須在一開始就確定好二者的平衡，由此來構建遊戲。

下面是遊戲世界中網格的示例。

在Unity中為即時戰略遊戲實現戰爭迷霧（下）

在獲得世界位置的網格部分後，該結構會在values陣列儲存int類數值，提供哪個玩家視野內有該位置的資料資訊。例如：如果該部分儲存了0001，那麼它表示只有玩家0能夠看到該部分，如果該部分儲存了0011，那麼玩家0和玩家1都會看到該部分。

該結構也會把玩家之前探索迷霧部分的時間儲存到visited陣列中，主要用於渲染功能，即渲染灰色迷霧，但該資料也可以用到遊戲邏輯中，例如：用於檢查玩家是否瞭解相關資訊。

如果位掩碼中的玩家能夠看到該位置，IsVisible(i, j, players)方法會返回True。

WasVisible(i, j, players)方法有類似的功能，但它會檢查visited陣列。

例如：如果玩家1和玩家2，即位碼中的0010和0100屬於同一陣營，如果玩家2希望知道敵人是否可見，以便展開進攻，則可以使用兩個玩家的位掩碼0110來呼叫isVisible方法。

計算視野

每次更新視野網格時，values陣列都會清空，然後重新計算。

下面是該演算法的虛擬碼。

  1. void CalculateVision()
  2. {
  3.    visionGrid.Clear()

  5.    for each unitVision in world {
  6.       for each gridEntry inside unitVision.range {
  7.          if (not IsBlocked(gridEntry)) {
  8.         // 設為可見時，會更新values陣列和visited陣列。
  9.             grid.SetVisible(gridEntry.i, gridEntry.j,
  10.                             unitVision.players)
  11.          }
  12.       }
  13.    }
  14. }
複製程式碼

為了在範圍內迭代網格部分，該指令碼首先會使用網格座標來計算視野的位置和範圍，相應的變數分別是gridPosition和gridRange，然後指令碼會圍繞gridPosition並以gridRange為半徑來繪製實心圓形。

在Unity中為即時戰略遊戲實現戰爭迷霧（下）


被阻擋的視野

為了檢測被阻擋的視野，我們有相同大小的另一個網格，它帶有地形的高度資訊。

下面是該資訊的資料結構。

  1. struct Terrain {
  2.     // 下列變數表示網格的寬度和高度，它們需要訪問陣列。
  3.     int width, height;

  5.     // 儲存寬度乘高度得到的大小結果，該陣列擁有網格部分的地形層級。
  6.     short[] height;

  8.     int GetHeight(i, j) {
  9.        return height[i + j * width];
  10.     }
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下面是網格在遊戲中的示例效果。

在Unity中為即時戰略遊戲實現戰爭迷霧（下）

在迭代unitVision範圍中視野的網格部分時，為了檢測該部分是否可見，我們的系統會檢查視野中心是否有障礙物。為此，它會從該部分的位置繪製一條直線，連線到中心的位置。

如果線條上的所有網格部分都在相同高度或較低高度，那麼該部分是可見的。下面是相應的示例，藍點表示進行計算的網格部分，白點表示連線中心的線條。

在Unity中為即時戰略遊戲實現戰爭迷霧（下）

如果線條上至少有一個部分的高度較大，那麼視線會被阻擋。

在下面的例子中，藍點表示我們希望瞭解是否可見的部分，白點表示線條上相同高度的部分，紅點表示地形較高的部分。

在Unity中為即時戰略遊戲實現戰爭迷霧（下）

在指令碼檢測到某個部分高於視野後，它不必繼續繪製連線視野中心的線條。下面是相應的虛擬碼。

  1. bool IsBlocked()
  2. {
  3.    for each entry in line to unitVision.position {
  4.       height = terrain.GetHeight(entry.position)
  5.       if (height > unitVision.height) {
  6.          return true;
  7.       }
  8.    }
  9.    return false;
  10. }
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優化

如果某個部分已經在迭代所有單位視野時標記為可見，則不必重新計算該部分。

減小網格的大小。

減少更新迷霧的頻率，我最近在玩《星際爭霸1》時發現，更新迷霧會有約1秒的延遲。

渲染

渲染戰爭迷霧時，我使用和網格相同大小的小型紋理FogTexture，通過使用Texture2D.SetPixels()方法，在該紋理上寫入相同大小的Color陣列。

在每一幀中，我會在每個VisionGrid部分進行迭代，通過使用values陣列和visited陣列，對陣列設定對應的顏色。

下面是這部分的虛擬碼。

  1. void Update()
  2. {
  3.    for i, j in grid {
  4.        colors[i + j * width] = black
  5.        if (visionGrid.IsVisible(i, j, activePlayers))
  6.            colors[pixel] = white
  7.        else if (visionGrid.WasVisible(i, j, activePlayers))
  8.            colors[pixel] = grey // 這裡用於處理之前的視野。
  9.    }
  10.    texture.SetPixels(colors)
  11. }
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欄位activePlayers包含玩家的位掩碼，用於渲染玩家的當前迷霧。通常，它只包含遊戲中主要玩家的迷霧，但是在部分情況下，例如：回放模式中，該欄位可以隨時改變，渲染不同玩家的視野。

如果有兩個玩家處於同一陣營，兩個玩家的位掩碼可用於渲染二者的共享視野。

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填補FogTexture紋理後，該紋理會使用帶有後期處理濾鏡的攝像機，在RenderTexture渲染紋理中進行渲染，濾鏡會給紋理應用模糊效果，讓迷霧的外觀效果更好。

為了實現更好的結果，在應用後期處理特效時，這裡使用的RenderTexture渲染紋理比FogTexture紋理大四倍。

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獲得RenderTexture渲染紋理後，我會使用自定義著色器在遊戲中渲染它，該著色器會把影象看作Alpha遮罩，白色表示透明部分，黑色表示不透明部分，由於我在此不需要其它顏色通道，因此使用紅色作為補充，這部分處理類似《鋼鐵戰隊》的相應過程。

畫面效果如下圖所示。

在Unity中為即時戰略遊戲實現戰爭迷霧（下）

下圖是該方法在Unity場景檢視中的效果。

在Unity中為即時戰略遊戲實現戰爭迷霧（下）

渲染流程如下圖所示。

在Unity中為即時戰略遊戲實現戰爭迷霧（下）

平緩過渡

在部分情況下，迷霧紋理會在不同幀數間大幅變化，例如：在新單位出現時，或是某個單位移動到高地時。

對於這類情況，我會給colors陣列新增平緩過渡過程，這樣陣列中每個部分會及時從原有狀態過渡到新狀態，從而最小化變化幅度。

該過程非常簡單，雖然該過程在處理紋理畫素時會增加少量效能開銷，但最終效果比我想象的更好，而且該過程也可以隨時禁用。

最初我不確定是否要直接把畫素寫入紋理，因為我擔心這項操作的速度很慢，但在移動裝置上測試後，我發現速度很快，因此這並不是一個問題。

單位可見性

為了瞭解某個單位是否可見，該系統要檢查包含單位的所有部分，大型單位會佔用多個部分，如果至少有一個部分是可見的，那麼該單位就是可見的。這個檢查能夠幫助我們瞭解某個單位是否可以被攻擊。

下面是相應的虛擬碼。

  1. bool IsVisible(players, unit)
  2. {
  3.   // 這是某個玩家的單位。
  4.   if ((unit.players & players) > 0)
  5.     return true;

  7. // 返回包含該單位的所有部分
  8.   entries = visionGrid.GetEntries(unit.position, unit.size)

  10.   for (entry in entries) {
  11.     if (visionGrid.IsVisible(entry, players))
  12.       return true;
  13.   }

  15.   return false;
  16. }
複製程式碼

哪些單位可見和渲染的迷霧有關，因此我們使用了相同的activePlayers欄位來檢查是否顯示單位。

為了避免渲染單位，我使用了類似《鋼鐵戰隊》的方法，也就是使用了遊戲物件的圖層。

如果單位是可見的，那麼我們會給該物件設定預設圖層，如果單位不可見，那麼我們會給它設定從遊戲攝像機剔除的圖層。

  1. void UpdateVisibles() {
  2.   for (unit in units) {
  3.     unit.gameObject.layer = IsVisible(activePlayers, unit) : default ? hidden;
  4.   }
  5. }
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小結

將整個遊戲世界簡化為網格，並開始對紋理進行思考後，我們可以輕鬆應用不同的影象演算法，例如：繪製填充圓圈或線條，它們在進行優化時非常實用。此外，還有更多影象操作可以用於遊戲邏輯和渲染。

《星際爭霸2》有很多紋理方面的資訊，不只是玩家的視野，還提供了API來訪問紋理，該API也被用到了機器學習的實驗中。我仍在開發更多相關功能，同時還計劃嘗試一些優化功能，例如：C# Job System。

給迷霧紋理使用模糊效果也存在缺點，例如：這會在不合適的時候展示一部分高地。我仍然會研究其它影象效果，尋找合適的方法。

相關閱讀：在Unity中為即時戰略遊戲實現戰爭迷霧（上）


作者：Ariel Coppes  
來源：Unity官方平臺
原地址：https://mp.weixin.qq.com/s/HfalFXTpknC-YYxuKalFwQ

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