什么是有限状态机
有限状态机(Finite State Machine,简称FSM)是一种常用的计算机科学中的建模工具,用于描述由离散状态和状态之间的转换组成的系统。它主要由一个有限的状态集合、一个初始状态、一个输入事件集合、状态之间的转换以及与每个状态相关联的输出动作组成。
简单来说,有限状态机是一种表示系统状态的方法,它将系统看做一系列状态,而每个状态都有其对应的行为和转换条件。它的应用非常广泛,包括游戏、人工智能、自动控制等领域。
怎么应用到游戏中
在游戏中,可以将各种游戏对象和游戏系统抽象为状态和转移,使用有限状态机来描述它们之间的关系,来实现游戏的逻辑和行为。
在游戏开发中,有限状态机可以应用于各种场景,例如:
角色行为控制:游戏角色的行为通常会根据不同状态来变化,例如走、跑、跳、攻击等。通过使用有限状态机来描述角色的状态和状态之间的转移,可以实现角色行为的流畅切换和控制。
NPC 行为控制:游戏中的 NPC 通常需要有一定的 AI 行为,例如巡逻、追击、攻击等。通过使用有限状态机来描述 NPC 的行为状态和转移条件,可以实现 NPC 行为的智能控制。
游戏流程控制:游戏的各个流程可以看做状态,例如登录、主界面、游戏场景等。通过使用有限状态机来描述游戏的流程状态和转移条件,可以实现游戏流程的控制和管理。
特效控制:游戏中的特效通常需要有一定的生命周期和触发条件,通过使用有限状态机来描述特效的状态和转移条件,可以实现特效的生命周期和触发控制。
在实际应用中,可以使用一些第三方工具来创建和管理有限状态机,例如 Unity3D 引擎中的 State Machine 和 PlayMaker 插件。也可以自己手动实现一个简单的有限状态机,使用代码来描述状态和转移条件。
举个例子
假设你正在制作一个角色扮演游戏,角色有几种状态:站立、行走、奔跑、攻击和防御。这些状态之间有各种转换,例如从站立到行走,从行走到奔跑,从奔跑到攻击等等。
你可以使用有限状态机(FSM)来管理这些状态。每个状态是一个节点,节点之间的转换是边。当角色执行某个动作时,FSM将当前状态转换为新的状态。
例如,当玩家按下W键时,FSM将从当前状态(例如站立或行走)转换为行走状态。当玩家按下空格键时,FSM将从当前状态(例如行走或奔跑)转换为攻击状态。
使用FSM可以使游戏状态管理更加清晰和简单,便于控制角色的状态转换,提高游戏体验。
简单的
public enum CharacterState
{
Idle,
Walk,
Attack,
Dead
}
public class Character : MonoBehaviour
{
public CharacterState currentState;
private void Update()
{
switch (currentState)
{
case CharacterState.Idle:
// Do idle behavior
break;
case CharacterState.Walk:
// Do walk behavior
break;
case CharacterState.Attack:
// Do attack behavior
break;
case CharacterState.Dead:
// Do dead behavior
break;
default:
break;
}
}
public void ChangeState(CharacterState newState)
{
currentState = newState;
}
}
在这个例子中,我们定义了一个 CharacterState 枚举类型,其中包含了角色可能的状态:空闲、行走、攻击和死亡。在 Character 类中,我们使用一个 currentState 变量来记录当前状态。在 Update 函数中,我们根据当前状态执行相应的行为。在 ChangeState 函数中,我们可以根据需要改变状态。
使用有限状态机可以帮助我们将游戏角色的行为分离成离散的状态,使得我们更容易设计和维护游戏逻辑。
复杂一点的
public class AIController : MonoBehaviour
{
private enum AIState
{
Idle,
Patrol,
Chase,
Attack
}
private AIState currentState = AIState.Idle;
private Transform target;
private Vector3 lastKnownPosition;
public float patrolSpeed = 1f;
public float chaseSpeed = 2f;
public float attackRange = 1.5f;
public float sightRange = 5f;
private void Start()
{
// 初始化状态机
ChangeState(AIState.Idle);
}
private void Update()
{
// 检测目标是否可见
if (target != null && CanSeeTarget())
{
lastKnownPosition = target.position;
}
// 根据当前状态执行对应的行为
switch (currentState)
{
case AIState.Idle:
UpdateIdleState();
break;
case AIState.Patrol:
UpdatePatrolState();
break;
case AIState.Chase:
UpdateChaseState();
break;
case AIState.Attack:
UpdateAttackState();
break;
}
}
private void ChangeState(AIState newState)
{
currentState = newState;
// 进入新状态时执行对应的行为
switch (currentState)
{
case AIState.Idle:
// 停止移动,等待一段时间后切换到巡逻状态
StopMoving();
Invoke("StartPatrolling", Random.Range(1f, 5f));
break;
case AIState.Patrol:
// 开始巡逻
StartPatrolling();
break;
case AIState.Chase:
// 开始追击
StartChasing();
break;
case AIState.Attack:
// 开始攻击
StartAttacking();
break;
}
}
private void UpdateIdleState()
{
// 无行为,等待切换状态
}
private void UpdatePatrolState()
{
// 巡逻时,移动到指定位置或随机位置
if (IsAtDestination())
{
SetRandomDestination();
}
else
{
MoveTowardsDestination(patrolSpeed);
}
// 如果看到目标,切换到追击状态
if (CanSeeTarget())
{
ChangeState(AIState.Chase);
}
}
private void UpdateChaseState()
{
// 追击时,朝向目标并移动,如果目标跑出视野范围则记录最后的位置并切换到巡逻状态
if (CanSeeTarget())
{
lastKnownPosition = target.position;
MoveTowards(lastKnownPosition, chaseSpeed);
}
else if (CanRememberTarget())
{
MoveTowards(lastKnownPosition, chaseSpeed);
}
else
{
ChangeState(AIState.Patrol);
}
// 如果进入攻击范围,切换到攻击状态
if (IsInAttackRange())
{
ChangeState(AIState.Attack);
}
}
private void UpdateAttackState()
{
// 攻击时,朝向目标并攻击,如果
if (target != null && CanAttackTarget(target))
{
// 转向目标
Vector3 direction = (attackTarget.transform.position - transform.position).normalized;
Quaternion lookRotation = Quaternion.LookRotation(new Vector3(direction.x, 0, direction.z));
transform.rotation = Quaternion.Slerp(transform.rotation, lookRotation, Time.deltaTime * rotationSpeed);
// 攻击目标
if (Time.time > nextAttackTime)
{
nextAttackTime = Time.time + attackInterval;
attackTarget.TakeDamage(attackDamage);
}
}
else
{
// 没有攻击目标,进入巡逻状态
ChangeState(AIState.Patrol);
}
}
这是一个简单的状态机实现,主要是处理角色攻击状态。如果角色有攻击目标,就朝向目标并攻击,攻击间隔由 attackInterval 控制。如果没有攻击目标,则进入巡逻状态。
在这个状态机中,StateType.Attack 状态的实现就是上面这段代码。而其他状态的实现类似,只是处理的逻辑不同。例如 StateType.Patrol 状态可能会让角色随机巡逻,而 StateType.Idle 状态则是让角色保持静止等待指令。状态机的作用就是让这些不同的状态有机地切换,从而实现复杂的游戏逻辑。