1987年Craig W.Reynolds发表一篇名为《鸟群、牧群、鱼群：分布式行为模式》的论文，描述了一种非常简单的、以面向对象思维模拟群体类行为的方法，称之为 Boids ，Boids 采用了三个核心的规则：
- 排斥性：避免与群体内邻近个体发生碰撞
- 同向性：趋向与邻近的个体采用相同的速度方向
- 凝聚向心性：向邻近个体的平均位置靠近
由此我们采用Unity来实现算法并演示，演示结果：
制作思路
每个boid对象，每帧都有2个关键的表：与该boid邻近的boids的表及与该boid最近的boids的表。根据两个表求得一些确定该boid位置、方向、速度的因素（例如其他boids的平均速度，其他boids的平均位置，该boid与其他boid的平均距离等），根据所提出的三规则，设置各影响因素的权重比例，最终所有影响因素加和成为确定的、该boid下一帧的方向、位置、速度。
Boid模型的创建与配置
- 创建空对象取名Boid，再创建其空对象子物体，取名Fuselage
- Fuselage->position(0,0,0)，Rotation(7.5,0,0)，Scale(0.5,0.5,2)
- 创建一个Cube作为Fuselage子物体，移除 Box Collider，并添加拖尾渲染器 TrailRenderer
- Cube->position(0,0,0)，Rotation(45,0,45)，Scale(1,1,1)
- Component->Effects->TrailRenderer，选择材质Defualt-Particle(Material)，Time值0.5，End Witdth值0.25
- 复制Fuselage创建另一个名为Wing的组件添加到Boid，两个都属于Boid的子物体
- 修改主相机位置到顶视图大范围
- 将boid设为预制体，boid 模型制作完毕
脚本配置
BoidSpawner.cs绑定于主相机Boid.cs绑定于预制体Boid上- 主相机检视面板中，设定
boidPrefab变量为预制体 boid
项目地址：Boids
/*-------BoidSpawner.cs-------*/
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
public class BoidSpawner : MonoBehaviour
{
//BoidSpawner 的单例模式，只允许存在BoidSpawner的一个实例，所以存放在静态变量S中
static public BoidSpawner S;
//配置参数，调整Boid对象的行为
public int numBoids = 100; //boid 的个数
public GameObject boidPrefab; //boid 在unity中的预制体
public float spawnRadius = 100f; //实例化 boid 的位置范围
public float spawnVelcoty = 10f; //boid 的速度
public float minVelocity = 0f;
public float maxVelocity = 30f;
public float nearDist = 30f; //判定为附近的 boid 的最小范围值
public float collisionDist = 5f; //判定为最近的 boid 的最小范围值(具有碰撞风险)
public float velocityMatchingAmt = 0.01f; //与 附近的boid 的平均速度 乘数(影响新速度)
public float flockCenteringAmt = 0.15f; //与 附近的boid 的平均三维间距 乘数(影响新速度)
public float collisionAvoidanceAmt = -0.5f; //与 最近的boid 的平均三维间距 乘数(影响新速度)
public float mouseAtrractionAmt = 0.01f; //当 鼠标光标距离 过大时，与其间距的 乘数(影响新速度)
public float mouseAvoidanceAmt = 0.75f; //当 鼠标光标距离 过小时，与其间距的 乘数(影响新速度)
public float mouseAvoiddanceDsit = 15f;
public float velocityLerpAmt = 0.25f; //线性插值法计算新速度的 乘数
public bool ______________;
public Vector3 mousePos; //鼠标光标位置
private void Start()
{
//设置单例变量S为BoidSpawner的当前实例
S = this;
//初始化NumBoids(当前为100)个Boids
for (int i = 0; i < numBoids; i++)
Instantiate(boidPrefab);
}
private void LateUpdate()
{
//读取鼠标光标位置
Vector3 mousePos2d = new Vector3(Input.mousePosition.x, Input.mousePosition.y, this.transform.position.y);
//从世界空间到屏幕空间变换位置
mousePos = this.GetComponent<Camera>().ScreenToWorldPoint(mousePos2d);
}
}
/*-------Boid.cs-------*/
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
public class Boid : MonoBehaviour
{
static public List<Boid> boids; //实例化Boid 的表
public Vector3 velocity; //当前速度
public Vector3 newVelocity; //下一帧中的速度
public Vector3 newPosition; //下一帧中的位置
public List<Boid> neighbors; //附近所有的 Boid 的表
public List<Boid> collisionRisks; //距离过近的所有 Boid 的表(具有碰撞风险，需要处理)
public Boid closest; //最近的 Boid
//初始化Boid
private void Awake()
{
//如果List变量boids未定义，则对其进行定义
if (boids == null)
boids = new List<Boid>();
//向Boids List 中添加Boid
boids.Add(this);
//为当前Boid实例提供一个随机的位置和速度
//实例化的boid位置在 半径为 1*spawnRadius 的球形范围内
Vector3 randPos = Random.insideUnitSphere * BoidSpawner.S.spawnRadius;
//只让Boid在xz平面上移动，并设定起始坐标
randPos.y = 0;
this.transform.position = randPos;
//Random.onUnitSphere 返回 一个半径为1的 球体表面的点
velocity = Random.onUnitSphere;
velocity *= BoidSpawner.S.spawnVelcoty;
//初始化两个List
neighbors = new List<Boid>();
collisionRisks = new List<Boid>();
//让this.transform成为Boid游戏对象的子对象
this.transform.parent = GameObject.Find("Boids").transform;
//给Boid设置一个随机的颜色
Color randColor = Color.black;
//设置颜色的颜色要 较深，非透明
while (randColor.r + randColor.g + randColor.b < 1.0f)
randColor = new Color(Random.value, Random.value, Random.value);
//渲染 boid
Renderer[] rends = gameObject.GetComponentsInChildren<Renderer>();
foreach (Renderer r in rends)
r.material.color = randColor;
}
private void Update()
{
//获取到 当前boid 附近所有的Boids 的表
List<Boid> neighbors = GetNeighbors(this);
//使用当前位置和速度初始化新位置和新速度
newVelocity = velocity;
newPosition = this.transform.position;
//速度匹配
//取得于 当前Boid 的速度接近的 所有邻近Boid对象 的平均速度
Vector3 neighborVel = GetAverageVelocity(neighbors);
//将 新速度 += 邻近boid的平均速度*velocityMatchingAmt
newVelocity += neighborVel * BoidSpawner.S.velocityMatchingAmt;
/*
凝聚向心性：使 当前boid 向 邻近Boid对象 的中心 移动
*/
//取得于 当前Boid 的三位坐标接近的 所有邻近Boid对象 的平均三位间距
Vector3 neighborCenterOffset = GetAveragePosition(neighbors) - this.transform.position;
//将 新速度 += 邻近boid的平均间距*flockCenteringAmt
newVelocity += neighborCenterOffset * BoidSpawner.S.flockCenteringAmt;
/*
排斥性：避免撞到 邻近的Boid
*/
Vector3 dist;
if (collisionRisks.Count > 0) //处理 最近的boid 表
{
//取得 最近的所有boid 的平均位置
Vector3 collisionAveragePos = GetAveragePosition(collisionRisks);
dist = collisionAveragePos - this.transform.position;
//将 新速度 += 与最近boid的平均间距*flockCenteringAmt
newVelocity += dist * BoidSpawner.S.collisionAvoidanceAmt;
}
//跟随鼠标光标：无论距离多远都向鼠标光标移动
dist = BoidSpawner.S.mousePos - this.transform.position;
//若距离鼠标光标太远，则靠近；反之离开(修改新速度)
if (dist.magnitude > BoidSpawner.S.mouseAvoiddanceDsit)
newVelocity += dist * BoidSpawner.S.mouseAtrractionAmt;
else
newVelocity -= dist.normalized * BoidSpawner.S.mouseAvoidanceAmt;
//至此在Update()内 确定了 新速度和新位置，需要在后续LateUpdate()内应用
//一般都是Update()内确定参数，在LateUpdate()内实现移动
}
private void LateUpdate()
{
//使用线性插值法
//基于计算出的新速度 进而修改 当前速度
velocity = (1 - BoidSpawner.S.velocityLerpAmt) * velocity + BoidSpawner.S.velocityLerpAmt * newVelocity;
//确保 速度值 在上下限范围内(超过范围就设定为范围值)
if (velocity.magnitude > BoidSpawner.S.maxVelocity)
velocity = velocity.normalized * BoidSpawner.S.maxVelocity;
if (velocity.magnitude < BoidSpawner.S.minVelocity)
velocity = velocity.normalized * BoidSpawner.S.minVelocity;
//确定新位置(附加新方向)，相当于1s移动 velocity 的距离
newPosition = this.transform.position + velocity * Time.deltaTime;
//将所有对象限制在XZ平面
//修改当前boid的方向：从原有位置看向新位置newPosition
this.transform.LookAt(newPosition);
//position移动方式，移动到新位置
this.transform.position = newPosition;
}
//查找那些Boid距离当前Boid距离足够近，可以被当作附近对象
public List<Boid> GetNeighbors(Boid boi)
{
float closesDist = float.MaxValue; //最小间距，MaxValue 为浮点数的最大值
Vector3 delta; //当前 boid 与其他某个 boid 的三维间距
float dist; //三位间距转换为的 实数间距
neighbors.Clear(); //清理上次表的数据
collisionRisks.Clear(); //清理上次表的数据
//遍历目前所有的 boid，依据设定的范围值筛选出 附近的boid 与 最近的boid 于各自表中
foreach (Boid b in boids)
{
if (b == boi) //跳过自身
continue;
delta = b.transform.position - boi.transform.position; //遍历到的 b 与当前持有的 boi(都为boid) 的三维间距
dist = delta.magnitude; //实数间距
if (dist < closesDist)
{
closesDist = dist; //更新最小间距
closest = b; //更新最近的 boid 为 b
}
if (dist < BoidSpawner.S.nearDist) //处在附近的 boid 范围
neighbors.Add(b);
if (dist < BoidSpawner.S.collisionDist) //处在最近的 boid 范围(有碰撞风险)
collisionRisks.Add(b);
}
if (neighbors.Count == 0) //若没有其他满足邻近范围的boid，则将自身boid纳入附近的boid表中
neighbors.Add(closest);
return (neighbors);
}
//获取 List<Boid>当中 所有Boid 的平均位置
public Vector3 GetAveragePosition(List<Boid> someBoids)
{
Vector3 sum = Vector3.zero;
foreach (Boid b in someBoids)
sum += b.transform.position;
Vector3 center = sum / someBoids.Count;
return (center);
}
//获取 List<Boid> 当中 所有Boid 的平均速度
public Vector3 GetAverageVelocity(List<Boid> someBoids)
{
Vector3 sum = Vector3.zero;
foreach (Boid b in someBoids)
sum += b.velocity;
Vector3 avg = sum / someBoids.Count;
return (avg);
}
}参考
《游戏设计、原型与开发》 - Jeremy Gibson
原文地址：https://www.cnblogs.com/SouthBegonia/p/10975851.html
时间： 2024-10-13 06:59:11