Jak zrobić sztuczną inteligencję jelenia w Unity

Podczas tworzenia gier dodanie Sztucznej inteligencji oznacza napisanie kodu, który będzie kontrolował grę bez żadnego zewnętrznego wkładu.

Sztuczna inteligencja zwierząt w grach to gałąź sztucznej inteligencji, której celem jest przełożenie zachowań zwierząt na cyfrowe środowisko gry w celu stworzenia realistycznych wrażeń.

W tym samouczku pokażę, jak stworzyć prostą sztuczną inteligencję zwierzęcia (jeleń) w Unity, która będzie miała dwa stany: bezczynność i ucieczka.

Krok 1: Przygotuj scenę i model jelenia

Będziemy potrzebować poziomicy i modelu jelenia.

Na tym poziomie użyję prostego terenu z trawą i drzewami:

W przypadku modelu Jelenia po prostu połączyłem kilka kostek (ale możesz użyć tego model jelenia):

Przejdźmy teraz do części dotyczącej kodowania.

Krok 2: Skonfiguruj kontroler odtwarzacza

Zaczynamy od skonfigurowania kontrolera gracza, abyśmy mogli chodzić i testować sztuczną inteligencję:

Utwórz nowy skrypt, nazwij go SC_CharacterController i wklej w nim poniższy kod:

SC_CharacterController.cs

using UnityEngine;

[RequireComponent(typeof(CharacterController))]

public class SC_CharacterController : MonoBehaviour
{
    public float speed = 7.5f;
    public float jumpSpeed = 8.0f;
    public float gravity = 20.0f;
    public Camera playerCamera;
    public float lookSpeed = 2.0f;
    public float lookXLimit = 45.0f;

    CharacterController characterController;
    Vector3 moveDirection = Vector3.zero;
    Vector2 rotation = Vector2.zero;

    [HideInInspector]
    public bool canMove = true;

    void Start()
    {
        characterController = GetComponent<CharacterController>();
        rotation.y = transform.eulerAngles.y;
    }

    void Update()
    {
        if (characterController.isGrounded)
        {
            // We are grounded, so recalculate move direction based on axes
            Vector3 forward = transform.TransformDirection(Vector3.forward);
            Vector3 right = transform.TransformDirection(Vector3.right);
            float curSpeedX = speed * Input.GetAxis("Vertical");
            float curSpeedY = speed * Input.GetAxis("Horizontal");
            moveDirection = (forward * curSpeedX) + (right * curSpeedY);

            if (Input.GetButton("Jump"))
            {
                moveDirection.y = jumpSpeed;
            }
        }

        // Apply gravity. Gravity is multiplied by deltaTime twice (once here, and once below
        // when the moveDirection is multiplied by deltaTime). This is because gravity should be applied
        // as an acceleration (ms^-2)
        moveDirection.y -= gravity * Time.deltaTime;

        // Move the controller
        characterController.Move(moveDirection * Time.deltaTime);

        // Player and Camera rotation
        if (canMove)
        {
            rotation.y += Input.GetAxis("Mouse X") * lookSpeed;
            rotation.x += -Input.GetAxis("Mouse Y") * lookSpeed;
            rotation.x = Mathf.Clamp(rotation.x, -lookXLimit, lookXLimit);
            playerCamera.transform.localRotation = Quaternion.Euler(rotation.x, 0, 0);
            transform.eulerAngles = new Vector2(0, rotation.y);
        }
    }
}

Utwórz nowy obiekt GameObject i nadaj mu nazwę "Player" oraz zmień jego znacznik na "Player"
Utwórz nową kapsułę (GameObject -> Obiekt 3D -> Capsule), następnie uczyń ją obiektem podrzędnym obiektu "Player", zmień jego położenie na (0, 1, 0) i usuń jego komponent CapsuleCollider.
Przesuń kamerę główną do obiektu "Player" i zmień jej położenie na (0, 1,64, 0)
Dołącz skrypt SC_CharacterController do obiektu "Player" (zauważysz, że doda on także inny komponent o nazwie Character Controller. Ustaw jego środkową wartość na (0, 1, 0))
Przypisz kamerę główną do zmiennej "Player Camera" w SC_CharacterController, a następnie zapisz scenę

Kontroler odtwarzacza jest teraz gotowy.

Krok 3: Zaprogramuj Deer AI

Przejdźmy teraz do części, w której programujemy sztuczną inteligencję Deer:

Utwórz nowy skrypt i nazwij go SC_DeerAI (ten skrypt będzie kontrolował ruch AI):

Otwórz SC_DeerAI i wykonaj poniższe kroki:

Na początku skryptu upewniamy się, że zostały uwzględnione wszystkie niezbędne klasy (konkretnie UnityEngine.AI):

using UnityEngine;
using UnityEngine.AI;
using System.Collections.Generic;

public class SC_DeerAI : MonoBehaviour
{

Dodajmy teraz wszystkie zmienne:

    public enum AIState { Idle, Walking, Eating, Running }
    public AIState currentState = AIState.Idle;
    public int awarenessArea = 15; //How far the deer should detect the enemy
    public float walkingSpeed = 3.5f;
    public float runningSpeed = 7f;
    public Animator animator;

    //Trigger collider that represents the awareness area
    SphereCollider c; 
    //NavMesh Agent
    NavMeshAgent agent;

    bool switchAction = false;
    float actionTimer = 0; //Timer duration till the next action
    Transform enemy;
    float range = 20; //How far the Deer have to run to resume the usual activities
    float multiplier = 1;
    bool reverseFlee = false; //In case the AI is stuck, send it to one of the original Idle points

    //Detect NavMesh edges to detect whether the AI is stuck
    Vector3 closestEdge;
    float distanceToEdge;
    float distance; //Squared distance to the enemy
    //How long the AI has been near the edge of NavMesh, if too long, send it to one of the random previousIdlePoints
    float timeStuck = 0;
    //Store previous idle points for reference
    List<Vector3> previousIdlePoints = new List<Vector3>();

Następnie inicjujemy wszystko w pustej przestrzeni Start():

    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        agent = GetComponent<NavMeshAgent>();
        agent.stoppingDistance = 0;
        agent.autoBraking = true;

        c = gameObject.AddComponent<SphereCollider>();
        c.isTrigger = true;
        c.radius = awarenessArea;

        //Initialize the AI state
        currentState = AIState.Idle;
        actionTimer = Random.Range(0.1f, 2.0f);
        SwitchAnimationState(currentState);
    }

(Jak widać, dodaliśmy Zderzacz Sfer, który jest oznaczony jako Wyzwalacz. Ten zderzacz będzie działał jako obszar świadomości, gdy wróg wejdzie do niego).

Rzeczywista logika AI odbywa się w void Update() z niektórymi funkcjami pomocniczymi:

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        //Wait for the next course of action
        if (actionTimer > 0)
        {
            actionTimer -= Time.deltaTime;
        }
        else
        {
            switchAction = true;
        }

        if (currentState == AIState.Idle)
        {
            if(switchAction)
            {
                if (enemy)
                {
                    //Run away
                    agent.SetDestination(RandomNavSphere(transform.position, Random.Range(1, 2.4f)));
                    currentState = AIState.Running;
                    SwitchAnimationState(currentState);
                }
                else
                {
                    //No enemies nearby, start eating
                    actionTimer = Random.Range(14, 22);

                    currentState = AIState.Eating;
                    SwitchAnimationState(currentState);

                    //Keep last 5 Idle positions for future reference
                    previousIdlePoints.Add(transform.position);
                    if (previousIdlePoints.Count > 5)
                    {
                        previousIdlePoints.RemoveAt(0);
                    }
                }
            }
        }
        else if (currentState == AIState.Walking)
        {
            //Set NavMesh Agent Speed
            agent.speed = walkingSpeed;

            // Check if we've reached the destination
            if (DoneReachingDestination())
            {
                currentState = AIState.Idle;
            }
        }
        else if (currentState == AIState.Eating)
        {
            if (switchAction)
            {
                //Wait for current animation to finish playing
                if(!animator || animator.GetCurrentAnimatorStateInfo(0).normalizedTime - Mathf.Floor(animator.GetCurrentAnimatorStateInfo(0).normalizedTime) > 0.99f)
                {
                    //Walk to another random destination
                    agent.destination = RandomNavSphere(transform.position, Random.Range(3, 7));
                    currentState = AIState.Walking;
                    SwitchAnimationState(currentState);
                }
            }
        }
        else if (currentState == AIState.Running)
        {
            //Set NavMesh Agent Speed
            agent.speed = runningSpeed;

            //Run away
            if (enemy)
            {
                if (reverseFlee)
                {
                    if (DoneReachingDestination() && timeStuck < 0)
                    {
                        reverseFlee = false;
                    }
                    else
                    {
                        timeStuck -= Time.deltaTime;
                    }
                }
                else
                {
                    Vector3 runTo = transform.position + ((transform.position - enemy.position) * multiplier);
                    distance = (transform.position - enemy.position).sqrMagnitude;

                    //Find the closest NavMesh edge
                    NavMeshHit hit;
                    if (NavMesh.FindClosestEdge(transform.position, out hit, NavMesh.AllAreas))
                    {
                        closestEdge = hit.position;
                        distanceToEdge = hit.distance;
                        //Debug.DrawLine(transform.position, closestEdge, Color.red);
                    }

                    if (distanceToEdge < 1f)
                    {
                        if(timeStuck > 1.5f)
                        {
                            if(previousIdlePoints.Count > 0)
                            {
                                runTo = previousIdlePoints[Random.Range(0, previousIdlePoints.Count - 1)];
                                reverseFlee = true;
                            } 
                        }
                        else
                        {
                            timeStuck += Time.deltaTime;
                        }
                    }

                    if (distance < range * range)
                    {
                        agent.SetDestination(runTo);
                    }
                    else
                    {
                        enemy = null;
                    }
                }
                
                //Temporarily switch to Idle if the Agent stopped
                if(agent.velocity.sqrMagnitude < 0.1f * 0.1f)
                {
                    SwitchAnimationState(AIState.Idle);
                }
                else
                {
                    SwitchAnimationState(AIState.Running);
                }
            }
            else
            {
                //Check if we've reached the destination then stop running
                if (DoneReachingDestination())
                {
                    actionTimer = Random.Range(1.4f, 3.4f);
                    currentState = AIState.Eating;
                    SwitchAnimationState(AIState.Idle);
                }
            }
        }

        switchAction = false;
    }

    bool DoneReachingDestination()
    {
        if (!agent.pathPending)
        {
            if (agent.remainingDistance <= agent.stoppingDistance)
            {
                if (!agent.hasPath || agent.velocity.sqrMagnitude == 0f)
                {
                    //Done reaching the Destination
                    return true;
                }
            }
        }

        return false;
    }

    void SwitchAnimationState(AIState state)
    {
        //Animation control
        if (animator)
        {
            animator.SetBool("isEating", state == AIState.Eating);
            animator.SetBool("isRunning", state == AIState.Running);
            animator.SetBool("isWalking", state == AIState.Walking);
        }
    }

    Vector3 RandomNavSphere(Vector3 origin, float distance)
    {
        Vector3 randomDirection = Random.insideUnitSphere * distance;

        randomDirection += origin;

        NavMeshHit navHit;

        NavMesh.SamplePosition(randomDirection, out navHit, distance, NavMesh.AllAreas);

        return navHit.position;
    }

(Każdy Stan inicjuje wartości i cel Agenta NavMesh dla następnego stanu. Na przykład stan Bezczynności ma 2 możliwe wyniki: albo inicjuje stan Biegania, jeśli wróg jest obecny, albo stan Jedzenie, jeśli żaden Wróg nie przekroczył obszaru świadomości.

Stan chodzenia jest używany pomiędzy stanami jedzenia, aby przejść do nowego miejsca docelowego.

Stan działania oblicza kierunek w stosunku do pozycji wroga, aby uciec bezpośrednio od niej.

Jeśli AI utknie w kącie, wycofuje się do jednej z wcześniej zapisanych pozycji bezczynności. Wróg zostaje utracony, gdy sztuczna inteligencja znajdzie się wystarczająco daleko od wroga).

Na koniec dodajemy zdarzenie OnTriggerEnter, które będzie monitorować Zderzacz Sfer (znany również jako Obszar Świadomości) i zainicjuje stan Uruchomiony, gdy wróg zbliży się zbyt blisko:

    void OnTriggerEnter(Collider other)
    {
        //Make sure the Player instance has a tag "Player"
        if (!other.CompareTag("Player"))
            return;

        enemy = other.transform;

        actionTimer = Random.Range(0.24f, 0.8f);
        currentState = AIState.Idle;
        SwitchAnimationState(currentState);
    }

Gdy tylko gracz wejdzie w wyzwalacz, zostaje przypisana zmienna wroga i inicjowany jest stan bezczynności, po czym inicjowany jest stan Uruchomiony.

Poniżej znajduje się ostateczny skrypt SC_DeerAI.cs:

//You are free to use this script in Free or Commercial projects
//sharpcoderblog.com @2019

using UnityEngine;
using UnityEngine.AI;
using System.Collections.Generic;

public class SC_DeerAI : MonoBehaviour
{
    public enum AIState { Idle, Walking, Eating, Running }
    public AIState currentState = AIState.Idle;
    public int awarenessArea = 15; //How far the deer should detect the enemy
    public float walkingSpeed = 3.5f;
    public float runningSpeed = 7f;
    public Animator animator;

    //Trigger collider that represents the awareness area
    SphereCollider c; 
    //NavMesh Agent
    NavMeshAgent agent;

    bool switchAction = false;
    float actionTimer = 0; //Timer duration till the next action
    Transform enemy;
    float range = 20; //How far the Deer have to run to resume the usual activities
    float multiplier = 1;
    bool reverseFlee = false; //In case the AI is stuck, send it to one of the original Idle points

    //Detect NavMesh edges to detect whether the AI is stuck
    Vector3 closestEdge;
    float distanceToEdge;
    float distance; //Squared distance to the enemy
    //How long the AI has been near the edge of NavMesh, if too long, send it to one of the random previousIdlePoints
    float timeStuck = 0;
    //Store previous idle points for reference
    List<Vector3> previousIdlePoints = new List<Vector3>(); 

    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        agent = GetComponent<NavMeshAgent>();
        agent.stoppingDistance = 0;
        agent.autoBraking = true;

        c = gameObject.AddComponent<SphereCollider>();
        c.isTrigger = true;
        c.radius = awarenessArea;

        //Initialize the AI state
        currentState = AIState.Idle;
        actionTimer = Random.Range(0.1f, 2.0f);
        SwitchAnimationState(currentState);
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        //Wait for the next course of action
        if (actionTimer > 0)
        {
            actionTimer -= Time.deltaTime;
        }
        else
        {
            switchAction = true;
        }

        if (currentState == AIState.Idle)
        {
            if(switchAction)
            {
                if (enemy)
                {
                    //Run away
                    agent.SetDestination(RandomNavSphere(transform.position, Random.Range(1, 2.4f)));
                    currentState = AIState.Running;
                    SwitchAnimationState(currentState);
                }
                else
                {
                    //No enemies nearby, start eating
                    actionTimer = Random.Range(14, 22);

                    currentState = AIState.Eating;
                    SwitchAnimationState(currentState);

                    //Keep last 5 Idle positions for future reference
                    previousIdlePoints.Add(transform.position);
                    if (previousIdlePoints.Count > 5)
                    {
                        previousIdlePoints.RemoveAt(0);
                    }
                }
            }
        }
        else if (currentState == AIState.Walking)
        {
            //Set NavMesh Agent Speed
            agent.speed = walkingSpeed;

            // Check if we've reached the destination
            if (DoneReachingDestination())
            {
                currentState = AIState.Idle;
            }
        }
        else if (currentState == AIState.Eating)
        {
            if (switchAction)
            {
                //Wait for current animation to finish playing
                if(!animator || animator.GetCurrentAnimatorStateInfo(0).normalizedTime - Mathf.Floor(animator.GetCurrentAnimatorStateInfo(0).normalizedTime) > 0.99f)
                {
                    //Walk to another random destination
                    agent.destination = RandomNavSphere(transform.position, Random.Range(3, 7));
                    currentState = AIState.Walking;
                    SwitchAnimationState(currentState);
                }
            }
        }
        else if (currentState == AIState.Running)
        {
            //Set NavMesh Agent Speed
            agent.speed = runningSpeed;

            //Run away
            if (enemy)
            {
                if (reverseFlee)
                {
                    if (DoneReachingDestination() && timeStuck < 0)
                    {
                        reverseFlee = false;
                    }
                    else
                    {
                        timeStuck -= Time.deltaTime;
                    }
                }
                else
                {
                    Vector3 runTo = transform.position + ((transform.position - enemy.position) * multiplier);
                    distance = (transform.position - enemy.position).sqrMagnitude;

                    //Find the closest NavMesh edge
                    NavMeshHit hit;
                    if (NavMesh.FindClosestEdge(transform.position, out hit, NavMesh.AllAreas))
                    {
                        closestEdge = hit.position;
                        distanceToEdge = hit.distance;
                        //Debug.DrawLine(transform.position, closestEdge, Color.red);
                    }

                    if (distanceToEdge < 1f)
                    {
                        if(timeStuck > 1.5f)
                        {
                            if(previousIdlePoints.Count > 0)
                            {
                                runTo = previousIdlePoints[Random.Range(0, previousIdlePoints.Count - 1)];
                                reverseFlee = true;
                            } 
                        }
                        else
                        {
                            timeStuck += Time.deltaTime;
                        }
                    }

                    if (distance < range * range)
                    {
                        agent.SetDestination(runTo);
                    }
                    else
                    {
                        enemy = null;
                    }
                }
                
                //Temporarily switch to Idle if the Agent stopped
                if(agent.velocity.sqrMagnitude < 0.1f * 0.1f)
                {
                    SwitchAnimationState(AIState.Idle);
                }
                else
                {
                    SwitchAnimationState(AIState.Running);
                }
            }
            else
            {
                //Check if we've reached the destination then stop running
                if (DoneReachingDestination())
                {
                    actionTimer = Random.Range(1.4f, 3.4f);
                    currentState = AIState.Eating;
                    SwitchAnimationState(AIState.Idle);
                }
            }
        }

        switchAction = false;
    }

    bool DoneReachingDestination()
    {
        if (!agent.pathPending)
        {
            if (agent.remainingDistance <= agent.stoppingDistance)
            {
                if (!agent.hasPath || agent.velocity.sqrMagnitude == 0f)
                {
                    //Done reaching the Destination
                    return true;
                }
            }
        }

        return false;
    }

    void SwitchAnimationState(AIState state)
    {
        //Animation control
        if (animator)
        {
            animator.SetBool("isEating", state == AIState.Eating);
            animator.SetBool("isRunning", state == AIState.Running);
            animator.SetBool("isWalking", state == AIState.Walking);
        }
    }

    Vector3 RandomNavSphere(Vector3 origin, float distance)
    {
        Vector3 randomDirection = Random.insideUnitSphere * distance;

        randomDirection += origin;

        NavMeshHit navHit;

        NavMesh.SamplePosition(randomDirection, out navHit, distance, NavMesh.AllAreas);

        return navHit.position;
    }

    void OnTriggerEnter(Collider other)
    {
        //Make sure the Player instance has a tag "Player"
        if (!other.CompareTag("Player"))
            return;

        enemy = other.transform;

        actionTimer = Random.Range(0.24f, 0.8f);
        currentState = AIState.Idle;
        SwitchAnimationState(currentState);
    }
}

Umieść Deer model w Scenie i dołącz do niego NavMesh Agent, skrypt SC_DeerAI i komponent Animator:

SC_DeerAI ma tylko jedną zmienną, którą należy przypisać, a mianowicie "Animator".

Komponent animatora wymaga kontrolera z 4 animacjami: animacją bezczynności, animacją chodzenia, animacją jedzenia i animacją biegania oraz trzema parametrami bool: isEating, isRunning i isWalking:

Możesz dowiedzieć się, jak skonfigurować prosty kontroler Animator, klikając tutaj

Po przypisaniu wszystkiego pozostaje jeszcze ostatnia rzecz do zrobienia, czyli upieczenie NavMesh.

Wybierz wszystkie obiekty sceny, które będą statyczne (np. teren, drzewa itp.) i oznacz je jako "Navigation Static":

Przejdź do okna nawigacji (Okno -> AI -> Nawigacja) i kliknij zakładkę "Bake", a następnie kliknij przycisk "Bake". Po upieczeniu NavMesh powinien wyglądać mniej więcej tak: