[Unity] Dreamteck Splines實現沿路徑移動功能

千松發表於2024-07-14
Unity

Dreamteck Splines實現沿路徑移動功能

最近有一個“讓物體沿固定路徑移動”的需求，因此接觸到了Dreamteck Splines外掛。

Dreamteck Splines可以很方便地繪製各種插值曲線，但在實現物體移動的時候卻遇到了很多坑，因此在這裡記錄一下。

1. 繪製路徑線

首先，讓我們在場景上建立一個空物體，並新增SplineComputer元件。

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由於我這是個2D專案，所以選擇在Z平面上繪製。

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之後編輯器中就會顯示出跟隨滑鼠的網格線，點選左鍵就可以逐點繪製Spline了。

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在右側選項中可以修改Spline的型別。預設型別是Catmull Rom，我們可以把它改成直線Linear。

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2. 獲取座標

SplineComputer類有兩類獲取座標點的方法：

  • GetPoint(int)
  • GetPoints()

這兩個方法用於獲取我們手動新增的座標點，也就是我們上圖中的那三個點。這明顯不符合我們“沿路徑移動”的需求。

而下面這三個方法才是返回Spline上的所有座標點

  • Evaluate(double)
  • EvaluatePosition(double)
  • EvaluatePositions()

其中，Evaluate和EvaluatePosition的區別在於，Evaluate返回的是SplineSample物件，包括了座標、朝向、顏色、百分比等資訊，而EvaluatePosition則是簡單地返回一個Vector3的座標。在只需要座標的情況下，推薦使用更加輕量化的EvaluatePosition。

3. 移動示例（踩坑）

EvaluatePosition(double)方法傳入一個0~1的值，就會返回Spline上對應的座標，因此我們可以用這個指令碼手動模擬物體的移動過程。

using Dreamteck.Splines;
using UnityEngine;

public class Move : MonoBehaviour
{
    [Range(0, 1)]
    public float Percent;
    public Transform Target;
    private SplineComputer spline;


    void Start()
    {
        spline = GetComponent<SplineComputer>();
    }

    void Update()
    {
        Target.position = spline.EvaluatePosition(Percent);
    }
}

將指令碼掛載到SplineComputer所在的物體上，拖動右側的滑動條即可移動目標物體。

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一切看似十分正常，直到我們又新增了一條長度不同的線段。

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可以明顯地看出，在後面這個較短的路徑中，物體的移動速度明顯變慢了。

當我們直接將進度設為0.5後，便能發現問題所在。

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目標物體移動並沒有移動到Spline的終點，而是移動到了我們設定的第二個控制點上。

這個問題在官方文件的3.3. Sample Mode中有對應的解答：

預設情況下，樣條曲線（Spline）在 [0-1] 的百分比範圍內進行計算（evaluated），涵蓋了所有座標點。

例如，一條由 3 個點組成的樣條曲線，計算百分比為 0.5 的座標點，將始終返回第二個點的位置，因為它位於中間。

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然而，如果第一個點和第二個點非常接近，而第三個點距離它們很遠，計算百分比為 0.5 的座標點不會返回樣條曲線的中間位置，它仍將返回第二個點。因為某些區域的取樣點比其他區域更密集。

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為了說明這一點，以下是顯示了取樣點密度的樣條曲線：每條垂直線表示一個取樣點（spline sample）。在這種情況下，點 1 和點 2 之間有 10 個取樣點，但點 2 和點 3 之間也只有 10 個取樣點。

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從中我們可以看出，問題的根源在於，Evaluate引數中的percent並不是指Spline長度的百分比，而是表示Spline取樣點的百分比。而取樣點的不均勻分佈，導致了取樣點百分比和長度百分比不一致的情況。

5 方法一：修改取樣模式（Sample Mode）

前面我們提到"取樣點的不均勻分佈，導致了取樣點百分比和長度百分比不一致的情況"。

反過來說，我們只需要讓取樣點能夠均勻分佈，就可以解決這一問題。

SplineComputer提供了三種取樣模式（Sample Mode）：

  • Default（預設）：兩點間的取樣點數量固定
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  • Uniform（均勻）：根據Spline長度，均勻分佈取樣點。但在Spline較長時會有更大的效能開銷。
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  • Optimized（最佳化）：與預設模式相同，但會執行最佳化操作刪除不必要的取樣點
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所以我們需要選擇Uniform模式，以實現均勻分佈取樣點的需求。

請注意，在Default和Optimized模式下，當移動控制點時，Spline僅更新受該點影響的區域中的取樣點。而在Uniform模式下，將重新計算整個Spline。在Optimized模式下，還提供了一個額外的滑塊來控制最佳化的角度閾值。

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這樣一來就能正確地勻速移動目標了

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但是！

除了效能開銷外，這個方法還會帶來一系列問題。

首先，它會導致線段脫離控制點：

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其次，它還有個很致命的BUG

Uniform模式下，如果你用CalculateLength方法獲取Spline的長度，那麼初始狀態下將會始終返回0。此時必須對他"進行一些操作"，比如移動控制點，修改其他引數等，讓他響應一次變化。之後CalculateLength才能正確返回數值。

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6 方法二：使用Travel函式（推薦）

為了避免上述問題，我們可以使用Travel函式計算某個長度在Spline上對應的取樣點百分比。

它的使用方法在官方文件的20.4. Converting World Units to Spline Percentages中有所提及。

假如我們要獲取Spline中心點的座標，只需要傳入Spline長度的一半，也就是spline.CalculateLength() / 2，然後Travel函式就會返回對應的percent。這時再呼叫EvaluatePosition(percent)即可得到中心點的座標。其他位置的座標也是同理，我們只需要給出對應的長度即可獲取座標。

這樣一來，我們就可以方便地實現沿路徑勻速移動的功能了。

using Dreamteck.Splines;
using UnityEngine;

public class Move : MonoBehaviour
{
    [Range(0, 1)]
    public double Percent;
    public float Speed;
    public Transform Target;
    private float distance;
    private SplineComputer spline;


    void Start()
    {
        spline = GetComponent<SplineComputer>();
        distance = 0;
    }

    void Update()
    {
        distance += Speed * Time.deltaTime;
        // 有需要的話可以用這個限制上限
        // distance = Math.Min(distance, spline.CalculateLength()); 
        Percent = spline.Travel(0, distance);
        Target.position = spline.EvaluatePosition(Percent);
        
        if (Percent == 1)
        {
            // do something
            Debug.Log("Done");
        }
    }
}

效果如下

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參考資料

Dreamteck Splines – User Manual

本文釋出於2024年7月14日

最後編輯於2024年7月14日

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