前言

基于行为树的Moba技能系统系列文章总目录:https://www.lfzxb.top/nkgmoba-totaltabs/

一些游戏中简单的碰撞系统,可能就是手写几个圆形,矩形,扇形就够用了,但是Moba类游戏很多技能碰撞体是畸形的,比如派克的R,男枪的Q,R等都是不规则的,所以我们需要一个稳健的物理库来支持这些,自己处理碰撞体顶点数据,创建碰撞体到物理世界中,因为游戏类型原因,我选择了Box2D:https://github.com/erincatto/Box2D,对于FPS游戏,只有Bullet(3D物理库):https://github.com/bulletphysics/bullet3 可选,这里就不多说了。

由于碰撞系统本身需要和技能系统产生非常紧密的联系,所以涉及到的内容也会比较多,主要包括

Box2D物理库

Box2D介绍

Box2D是一款开源的基于C++开发的2D游戏物理引擎,本项目使用的是C#版本的:https://github.com/Zonciu/Box2DSharp

然后是Box2D使用的动态AABB树碰撞检测算法:

A dynamic AABB tree broad-phase, inspired by Nathanael Presson’s btDbvt. A dynamic tree arranges data in a binary tree to accelerate queries such as volume queries and ray casts. Leafs are proxies with an AABB. In the tree we expand the proxy AABB by b2_fatAABBFactor so that the proxy AABB is bigger than the client object. This allows the client object to move by small amounts without triggering a tree update.

Nodes are pooled and relocatable, so we use node indices rather than pointers.

The Dynamic tree is the cross between a classic avl binary tree and a quadtree. The end effect is a quadtree that that only splits each node in half, and the split line isn’t fixed (the two halves aren’t equal sized like a quad tree). AVL comes in because quadree with dynamic splits can degenerate to essentially a list (O(n) lookup speed). The AVL is used to rebalance subtrees so to ensure O lg(N) lookup speed.

Best of all the code is MIT so feel free to copy / derived / shamelessly-steal / etc.

对于Box2D具体的文档,我之前有写过几篇文章,其实都是从《BOX2D物理游戏编程初学者指南》上摘录的

Box2D基础知识点

Box2D进阶知识整合

Box2D性能测试

使用

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
//------------------------------------------------------------
// Author: 烟雨迷离半世殇
// Mail: 1778139321@qq.com
// Data: 2020年4月24日 18:17:11
//------------------------------------------------------------

using System;
using System.Diagnostics;

namespace ETModel
{
/// <summary>
/// 压测辅助类
/// </summary>
public class BenchmarkHelper
{
/// <summary>
/// 当前帧步进数
/// </summary>
public static long CurrentFrameCount = 1;

/// <summary>
/// 开始压测
/// </summary>
/// <param name="description">描述</param>
/// <param name="action">要压测的函数</param>
/// <param name="iterations">迭代次数</param>
/// <returns></returns>
public static double Profile(string description, Action action, int iterations = 100)
{
// clean up
GC.Collect();
GC.WaitForPendingFinalizers();
GC.Collect();
// from: http://stackoverflow.com/questions/1047218/benchmarking-small-code-samples-in-c-can-this-implementation-be-improved
//Process.GetCurrentProcess().PriorityClass = ProcessPriorityClass.High;
//Thread.CurrentThread.Priority = ThreadPriority.Highest;
// warm up
action();

var watch = new Stopwatch();

watch.Start();
for (int i = 0; i < iterations; i++)
{
action();
}

watch.Stop();

Log.Info(string.Format("[Profile] {0} took {1}ms (iters: {2} ; avg: {3}ms).", description,
watch.Elapsed.TotalMilliseconds, iterations, watch.Elapsed.TotalMilliseconds / iterations));
return watch.Elapsed.TotalMilliseconds;
}
}
}

测试创建1000个重叠圆形碰撞体

1
2
3
4
5
6
7
8
public void UnitTest_CreateCollision()
{
BodyDef bodyDef = new BodyDef { BodyType = BodyType.DynamicBody };
Body m_Body = Game.Scene.GetComponent<B2S_WorldComponent>().GetWorld().CreateBody(bodyDef);
CircleShape m_CircleShape = new CircleShape();
m_CircleShape.Radius = 5;
m_Body.CreateFixture(m_CircleShape, 5);
}
1
BenchmarkHelper.Profile("测试创建1000个碰撞体", UnitTest_CreateCollision, 999);

测试结果如下

img

1k碰撞体重叠在一起,进行了约50w次碰撞响应,耗时3000ms,平均每次碰撞计算需要耗时0.006ms,但是游戏中不可能会出现这种极端情况,如果4个碰撞体堆叠在一起,就要进行4 * (4 - 1) / 2 = 6次碰撞响应,如果依次零距离排开就只需要4 - 1 = 3次碰撞响应(这种情况依旧少见),以此类推,考虑到我们逻辑的处理,单个进程单帧纯碰撞检测耗时5ms的话,就是至少830个左右的碰撞体依次零距离排开,并且很多情况下我们游戏内的碰撞体是离散的,这个碰撞体最大数量还可以再大胆提升2~3倍,完全满足绝大多数游戏需求

Box2D碰撞与行为树交互

数据填写

技能编辑器中所有跨Canvas相关数据配置都只填写目标数据id(long)在Excel表中的id(int)

例如

image-20200927154939672

其中碰撞体碰撞关系数据载体Id,碰撞体身上的行为树Id填写的都是Excel表中的Id

*碰撞体碰撞关系数据载体Id

碰撞体身上的行为树Id

这样的好处是我们不用总是在编辑器中各个技能图跳来跳去修改Id,只在Excel中操作就行了

但是碰撞体数据节点Id填的就是碰撞体碰撞关系数据载体中的对应Id,而不是Excel中的,原因有二

  • 它是属于碰撞体碰撞关系数据载体中的数据节点,不用Excel更方便
  • 数据图中的数据Id含义一般不会更改

image-20200927164020220

潜规则

Box2D碰撞计算是当前帧创建的碰撞体,下一帧才参与碰撞计算,所以对于想要拿到碰撞到的对象数据的行为树,至少需要存在3帧

  1. 第一帧创建碰撞体A,并为其附加行为树ABT
  2. 第二帧碰撞回调把A碰撞到的对象们Id传入ABT黑板中
  3. 第三帧行为树处理这些对象数据

image-20200928222001389

碰撞系统架构设计

碰撞系统设计

Runtime Debug

因为整个碰撞系统都在服务端的缘故,客户端这边拿不到碰撞数据,但是在开发阶段我们需要对释放技能的碰撞体做检查,查看其是否按我们预期生成,所以需要做一个运行时的碰撞体Debug工具

原理也很简单,从服务器主动发起RPC调用,然后用Unity的LineRender渲染从服务器收到的碰撞体顶点数据即可