在Unity中為即時戰略遊戲實現戰爭迷霧（下）

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。


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。


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。


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。



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。


下面是網格在遊戲中的示例效果。


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。


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。


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。


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。


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。


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。


下圖是該方法在Unity場景檢視中的效果。


渲染流程如下圖所示。


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。


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。


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。

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