使用Cinemachine设置3D格斗游戏的摄像机

本文由独立游戏开发者Matt DeLucas分享在Unity中使用Cinemachine实现《VR战士》、《铁拳》等3D格斗游戏的摄像机效果。

或许有人会有疑问：为什么使用Cinemachine摄像机？Cinemachine摄像机的一个优点是：可以快速融合其它摄像机视图。

如果我们有一个特别的摄像机动画，用于突出展现格斗游戏的技巧或超必杀，我们可以使用Cinemachine快速融合动画，在动画结束后返回到主摄像机，整个过程只要切换虚拟摄像机的优先级即可。

因此，我们使用Cinemachine摄像机要实现三个目标：

• 在环境中跟踪两个游戏角色。

• 摄像机要随着两个角色在场景中的移动方向而旋转。

• 摄像机要随着角色互相靠近和远离而进行移动。

下图是场景的最初画面，有一个红色战士和一个绿色战士两个游戏角色，它们会被Cinemachine摄像机跟踪。

跟踪角色

为了跟踪角色，我们点击Cinemachine > Create Target Group Camera，创建Cinemachine Target Group摄像机，这样会同时创建Cinemachine Virtual Camera和Cinemachine Target Group 。

Cinemachine Target Group可以跟踪多个Transform，下面是Cinemachine Target Group的设置。

我们将Position Mode设为Group Center，Rotation Mode设为Manual，Update Method设为Late Update。此后，我们将使用脚本来控制旋转。

我们在Target列表中将两个战士对象的Transform设置了相同的Weight权重值，Radius值设为1.7。最初，由于我们尝试把虚拟摄像机的Body设为Framing Transposer，因此Radius值非常重要。而现在，重要的是确保两个Transform的Radius值相同。

Cinemachine Virtual Camera组件设置如下图所示。

通过这样设置，我们让摄像机跟随（Follow）并观察（Look At）目标对象组。如果Body设为Framing Transposer，那么在摄像机旋转时会发生抖动现象，Framing Transposer更适合用于2D摄像机，所以我们需要将虚拟摄像机的Body选项设为Transposer。

我们设置的数值类似默认数值，只不过在每个轴把Damping值减小为0.5，并把Follow Offset设为（0, 2, -4.3333333）。这样可以使摄像机在运行时比目标对象的中心高2个单位，并远离-4.33333333个单位。

Aim设置为Same as Follow Target，这表示该组件会使用和目标对象Transform相同的Rotation设置。

完成设置后，摄像机设置只会跟随目标的中心位置。效果如下图所示。

现在，摄像机可以很好地跟踪两个角色的中心位置，但在红色战士远离绿色战士特定距离后，摄像机不会后退来让视图包含两个战士，而且在红色战士绕着对手移动时，摄像机也不会相应地旋转。

下面，我们将介绍如何设置摄像机，使其可以通过旋转和移动，更好地跟踪战士。

旋转并对齐摄像机

为了实现这个效果，我们没有使用Cinemachine内置工具，而是编写脚本。我们将MonoBehaviour脚本命名为Align3DCam，并将其附加给Target Group游戏对象，设置如下图所示。

 

上图中的TA和TB是被跟踪的两个Transform，也就是示例中的两个战士。

然后，在Virtual Camera中引用虚拟摄像机本身，它的Transposer组件也会被引用，但该引用会在Awake阶段设置。

Framing Normal设为法向量，它会根据虚拟摄像机上Transposer值的Follow Offset属性，在Awake阶段设置。

Distance表示两个被跟踪Transform之间的距离，该值会在检视窗口以调试为目的进行序列化。

Transposer Linear Slope和Transposer Linear Offset两个值表示简单的线性等式，即y = mx + b，x表示两个被跟踪Transform之间的距离，y表示沿着Framing Normal的虚拟摄像机偏移距离。

Framing helpers用于帮助确定Slope斜率值和Offset偏移值，并设置最小允许距离，使摄像机不会在两个战士贴着站时距离过近。

Align3DCam脚本的代码如下。

using Cinemachine;

using UnityEngine;

public class Align3DCam : MonoBehaviour

{

    [Tooltip("The transforms the camera attempts to align to.")]

    public Transform tA, tB;

    [Tooltip("The cinemachine camera that will be updated.")]

    public Cinemachine.CinemachineVirtualCamera virtualCamera;

    /// <summary>

    /// Cinemachine摄像机的Transposer组件

    /// </summary>

    private Cinemachine.CinemachineTransposer tranposer;

    /// <summary>

    /// 布尔值会根据是否提供虚拟摄像机而设置

    /// </summary>

    private bool hasVirtualCamera;

    [SerializeField(), Tooltip("The starting normal of the cinemachine transposer.")]

    private Vector3 framingNormal;

    [SerializeField(), Tooltip("The current distance between the two tracked transforms.")]

    float distance;

    [Tooltip("Slope Value (m) of the linear equation used to determine how far the camera should be based on the distance of the tracked transforms.")]

    public float transposerLinearSlope;

    [Tooltip("Offset Value (b) of the linear equation used to determine how far the camera should be based on the distance of the tracked transforms.")]

    public float transposerLinearOffset;

    [Header("Framing helpers")]

    [Tooltip("The minimum distance allowed between the two transforms before the camera stops moving in and out.")]

    public float minDistance;

    [Tooltip("The minimum distance the camera will be from the tracked transforms.")]

    public float minCamDist;

    [Tooltip("A secondary distance between the two transforms used for reference.")]

    public float secondaryDistance;

    [Tooltip("A secondary distance the camera should be at when the tracked transforms are at the secondary distance.")]

    public float secondaryCamDistance;

    /// <summary>

    /// 用于确定Slope斜率值的函数

    /// </summary>

    [ContextMenu("Calculate Slope")]

    void CalculateSlopes()

    {

        if (virtualCamera == null)

            return;

        tranposer = virtualCamera.GetCinemachineComponent<CinemachineTransposer>();

        if (transposer == null)

            return;

        // 如果应用正在运行，不会更新最小值

        if (!Application.isPlaying)

        {

            // 获取此时Transform之间的距离

            minDistance = Vector3.Distance(tA.position, tB.position);

            distance = minDistance;

            // 获取跟随偏移向量的大小

            minCamDist = tranposer.m_FollowOffset.magnitude;

        }

        // 计算斜率值，计算公式为((y2-y1)/(x2-x1))

        transposerLinearSlope = (secondaryCamDistance - minCamDist) / (secondaryDistance - minDistance);

        // 通过b = y - mx计算偏移值

        transposerLinearOffset = minCamDist - (transposerLinearSlope * minDistance);

    }

    private void Awake()

    {

        // 确定虚拟摄像机是否存在并启用

        hasVirtualCamera = virtualCamera != null;

        if (hasVirtualCamera)

        {

            transposer = virtualCamera.GetCinemachineComponent<CinemachineTransposer>();

            if (transposer == null)

            {

                hasVirtualCamera = false;

            }

            else

            {

                // 通过Transposer的初始偏移值，设置framingNormal值。

                framingNormal = tranposer.m_FollowOffset;

                framingNormal.Normalize();

            }

        }

    }

    // Update方法会在每帧调用一次

    void LateUpdate()

    {

        // 获取两个跟踪Transform之间的距离

        Vector3 diff = tA.position - tB.position;

        distance = diff.magnitude;

        // Y值被移除，然后归一化处理向量。

        diff.y = 0f;

        diff.Normalize();

        // 根据跟踪Transform之间的距离和最小值，调整Transposer的跟随偏移值。

        if (hasVirtualCamera)

        {

            tranposer.m_FollowOffset = framingNormal * (Mathf.Max(minDistance, distance) *

                transposerLinearSlope + transposerLinearOffset);

        }

        // 如果两个Transform处于相同位置，不进行更新

        if (Mathf.Approximately(0f, diff.sqrMagnitude))

            return;

        // 创建一个Quaternion值，它会向着初始方向，然后旋转90度

        Quaternion q = Quaternion.LookRotation(diff, Vector3.up) * Quaternion.Euler(0, 90, 0);

        // 创建另一个Quaternion值，它会旋转180度

        Quaternion qA = q * Quaternion.Euler(0, 180, 0);

        // 确定当前方向和之前创建的两个方向之间的角度

        float angle = Quaternion.Angle(q, transform.rotation);

        float angleA = Quaternion.Angle(qA, transform.rotation);

        // Transform的Rotation值设为更靠近当前方向的值。

        if (angle < angleA)

            transform.rotation = q;

        else

            transform.rotation = qA;

    }

}

Align3DCam脚本主要完成两件事：

• 根据线性方程的结果偏移摄像机。

• 根据两个跟踪Transform之间的向量旋转摄像机。

斜率值在CalculateSlope方法中计算，该方法有ContextMenu属性，这表示它可以通过右键单击Align3DCam组件菜单来访问。

Calculate Slope会获取两个战士之间的当前距离和Cinemachine摄像机跟随偏移位置的大小，来设置最小距离和最小摄像机距离。两个Secondary的值会用于计算Transposer Linear Slope值和Transposer Linear Offset值。

为了得到合适的Secondary值，我们需要手动调整数值，直到获得理想的结果。如果在游戏运行时使用Calculate Slope，最小值不会被调整，因此我们可以测试不同的数值，在结束运行前复制组件信息，在结束后粘贴这些数值。

关于旋转角度，该方法会获取两个Transform之间的向量，该向量通过让TB位置和TA位置相减得到。然后，把该向量的y值设为0，并归一化处理该向量。

我们使用Quaternion.LookAt创建了一个Quaternion值，它会使用归一化的diff向量和Vector3.up，创建朝着该向量方向的旋转值。然后把该Quaternion值和90度旋转角相乘，得到观察两个角色的旋转值。

然而，这种设置设定的情况是：TA的对象总在屏幕左边，TB的对象总在屏幕右边。

如果两个对象换边，例如：其中一个战士跳过另一个战士，摄像机会进行旋转，并突然转换镜头，过程如下图所示。

为了解决这个问题，我们创建了另一个Quaternion值，它基于第一个Quaternion值，在Y轴旋转180度，也就是反方向的相同旋转角度。

然后，我们会获取两个Quaternion值和摄像机的当前旋转值之间的角度。我们会使用角度较小的旋转值。

现在，当红色战士跳过对手时，摄像机不会突然切换来保持红色战士一直在左边。

在使用合适的数值后，Cinemachine虚拟摄像机和目标对象组会得到下图的效果。

上图中，红色战士绕着绿色战士移动时，摄像机也会随之旋转。红色战士远离绿色战士时，摄像机会向后移动。战士跳过对手时，摄像机不会突然转换镜头。

小结

我们使用非常简单的设置实现了使用Cinemachine为格斗游戏设置3D摄像机。

本文的设置特别适用于早期原型，如果场景比较复杂的话，我们可能还要添加和物品之间的碰撞功能，或使用边界框来更好地捕捉战士。

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