【Unity/Animator动画系统】多层动画状态机实现角色的基本移动

前言

最近打算做个Rougelike + RPG + 塔科夫 混搭风格的冒险游戏。暂且就当是一个有随机元素，有基地，死亡会掉落物品的近战塔科夫罢。

花了三天时间，整合了Mixamo的动画和模型资源，通过改动一点Unity自带的第三人称模板的控制器实现移动和动画控制，然后自己做了个动画状态机。写这篇主要是记录制作动画状态机时出现的问题状况和解决方案。

当下动画状态机实现了以下特性

• 基于人物速度的站立到奔跑的混合动画
• 基于人物朝向和速度的四方向混合动画（行走和蹲伏）
• 基于人物速度的跳跃和坠落的混合动画（站立跳跃和奔跑跳跃）
• 通过分层动画实现不同的武器装备和攻击动画

我自我认为这个动画状态机写的还算是比较简洁的，一开始接触Unity的动画系统，第一感觉就是这也不好复制，那也不好复制，一直在重复赋值，缺乏批量操作。现在呢，现在也这么觉得。

Unity状态机如果不维护好切换关系和划分层级，很快就会连的跟个蜘蛛网一样。我基于之前写过的角色状态机的经验，决定将动画状态机和角色状态机分一样的层，维护基本一致的转换关系，并且条件尽量只和角色自身属性有关，尽可能少的通过操作来判断转换条件。

在具体说明这个动画状态机前，先看一下Unity官方给的这个ThirdPersonController，这东西把所有东西都塞进了一个类中，东西全是挺全，就是写和扩展肯定是地狱级别的，我在添加控制的Animator的参数时，需要修改多处代码，十分甚至九分的麻烦，现在只是原型设计，后续肯定会把它重构成状态机结构的。

实现

顶层

先看一下状态机的拓扑图

顶层拓扑图维护了最高层的关系，即玩家从地面到空中的转换，引起这种变化的原因只有两个

• 玩家输入Jump操作
• 玩家悬空

而从空中状态返回到地面状态则只有一种原因，即玩家落地

地面状态

接下来再看看子状态机GroundState：

这一层主要维护所有的地面操作，包括正常的四方向混合和蹲下的四方向混合，二者之间通过玩家是否按下下蹲操作进行转换。

因为外层的状态机不会在条件满足时自动终止内部的操作，因此仍需要重复对二者进行判断是否离开地面或者玩家是否跳跃的条件进行判断，进而确定何时离开状态机。

四方向混合树

Idle/Walk/Run看名字就知道是个混合树。其内部长这样：

先通过方向混合得到四方向动画，再通过速度应用动画。这里只做了向前的奔跑操作，是我个人需求。在我的操作方式中，玩家默认是会自动朝向移动方向的（也是官方示例的默认功能），因此不需要其他的奔跑方向。但是我额外添加了一个瞄准操作，该操作会使玩家始终面向摄像机方向，此时玩家向前方以外的方向移动时，速度会被限制，无法奔跑，因此只需要其他方向的行走动画，也不需要其他方向的奔跑动画。

当然，四方向的移动效果并不好，如果有条件肯定是八个方向会更好，因为只有四方向对于斜向移动会导致插值出滑步。

下蹲和这个大同小异，由于下蹲时不能奔跑，速度恒定，因此也无需混合速度这一维数据。

这里再说一下如何获得图上的DirectionX和DirectionY参数。

计算动画所需参数

玩家速度和朝向一致时得到向量{0, 1}，相反得到{0, -1}，垂直且速度在朝向的右边得到{1, 0}，左边则是{-1, 0}。这个是最终得到的输入要求，通过这个要求我们就可以得到这样的函数：

private Vector2 GetXYDirectionRelativeControllerRotation()
{
    // 获取玩家控制器的前向方向（面向方向）
    Vector2 facingDirection = new Vector2(_controller.transform.forward.x, _controller.transform.forward.z);

    // 获取玩家的速度方向，并且进行归一化
    Vector2 velocityDirection = new Vector2(_controller.velocity.normalized.x, _controller.velocity.normalized.z);

    // 如果速度为零，返回 0 或者其他默认值，表示没有移动
    if (velocityDirection.sqrMagnitude == 0f)
    {
        return Vector2.zero; // 玩家没有移动时，角度为 0（可以自定义）
    }

    // 计算面向方向和速度方向之间的夹角
    float angle = Vector2.SignedAngle(facingDirection, velocityDirection);
    Quaternion quaternion = Quaternion.Euler(0, 0, angle);
    return (quaternion * Vector2.up).normalized;
}

计算两个向量的夹角，再按照两个夹角的角度去旋转一个(0, 1)向量。十分简单（也是踩了不少的坑）

这里是有问题的，通过这个获取的向量变化非常快，对于玩家角色而言就是很容易出现角色动画的跳变，因此需要在修改参数时额外进行一次插值，如下

Vector2 direction = GetXYDirectionRelativeControllerRotation();
Vector2 curDirection = new Vector2(_animator.GetFloat(_animIDDirectionX), _animator.GetFloat(_animIDDirectionY));
Vector2 smoothDirection = Vector2.Lerp(curDirection, direction, 10f * Time.deltaTime);
_animator.SetFloat(_animIDDirectionX, smoothDirection.x);
_animator.SetFloat(_animIDDirectionY, smoothDirection.y);

这样就可以获得比较好的方向混合效果了。

空中状态

下面是空中状态的拓扑图

空中拓扑实际上和官方的跳跃流程是差不多的，只是有两个比较明显的区别

• 区别一：使用Switch判断是玩家跳跃输入还是玩家悬空导致的进入该状态机
• 区别二：除Switch是空节点外，其余三个都是基于速度的混合树，用于混合从静止跳跃到奔跑跳跃的动画。

这个就比较常规了，但是因为涉及到不同动画片段的混合，尽量不要使用固定持续时间，尽量使用百分比持续时间，因为动画长短不一，容易导致在一个状态中绕不出去。退出时间也是同理。

分层动画

以上动画都工作在BaseLayer层，我的预期是用作下半身移动和空手时的移动操作。

接下来是WeaponLayer层，即玩家装备物品时会需要的层

这一层使用了AvatarMask进行蒙版，但在使用这玩意儿的时候遇到了个史诗级大坑。Mask的详细面板有两个条目，Humanoid和Transform，按照官方文档的说法，第一个可以大致选定蒙版的区域，手啊，躯干啊，头啊。第二个可以更加细致的调整哪些骨骼会收到影响。

我兴致勃勃的先用Humanoid进行蒙版，嗯，工作的很好。然后调整Transform让WeaponLayer只能影响到躯干的上半身。结果呢，是的，完全没有反应。

上网扒拉半天，得到的结果是：导入的骨骼网格体，如果使用Generic则可以使用Transform，使用Humanoid则可以使用Humanoid。搞了半天这个Mask的两个选项甚至不能同时用，而且和导入的骨骼设置有关。多有意思，我只好把骨骼改成Generic才能使用Transform。并且编辑这个Transform时，对号还得一个一个自己取消，也没个取消父级自动取消子级的。

是的，这就是Unity，随手一做就能发现一个6年前就有人在问的问题。

总之分层是可以工作了，这一层目前还没做多少东西，只是导了个武器和待机动作，更多东西等做出来过几天再发。