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有限状态机#xff08;Finite State Machine#xff0c;简称FSM#xff09;是一种常用的计算机科学中的建模工具#xff0c;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…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 behaviorbreak;case CharacterState.Walk:// Do walk behaviorbreak;case CharacterState.Attack:// Do attack behaviorbreak;case CharacterState.Dead:// Do dead behaviorbreak;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。
