在Unity中为即时战略游戏实现战争迷雾（下）
在上一篇文章中，游戏开发工程师Ariel Coppes分享了《钢铁战队》中战争迷雾效果的实现方法，本文他将介绍新的一种实现方法。
新的战争迷雾及视野系统目标是实现下列功能：
能够随时渲染每个玩家的战争迷雾，用于进行回放和调试。
能够结合多个玩家的视野，用于提供友方视野、实现观众模式和观看回放时使用。
使用不同地形高度和其它元素来阻挡视野。
优化开发，使视野在移动设备上支持同时显示50多个单位，并在60fps的状态下运行。
该效果应该类似《星际争霸2》和《英雄联盟》等游戏。
下面是《星际争霸2》的战争迷雾，是我希望实现的效果。
请注意：为了让本文的内容更简洁，在提到“单位”时，所指的是角色、建筑等影响游戏内战争迷雾的结构。
逻辑
首先，我们有一个概念叫UnitVision，即单位视野，用于表示可揭开迷雾的任何对象。UnitVision在代码中是一种数据结构。
struct UnitVision
{
// 表示视野系统中玩家分组的位掩码。
int players;
// 使用世界坐标的视野范围。
float range;
// 使用世界坐标的位置。
vector2 position;
// 用于阻挡视线。
short terrainHeight;
}
通常在游戏中，每个单位都有一个单位视野，有的单位会有更多视野，例如：大型单位，而有的单位甚至没有视野。
位掩码用于指定玩家分组，例如：如果玩家0是0001，而玩家1是0010，那么0011表示由玩家0和玩家1组成的分组。由于这是一个int类型数值，因此它最多支持sizeof(int)大小的玩家数量。
大多数时候，该分组仅包含一个玩家，但在部分情况下，例如：在通用特效或影片效果中，该分组需要被所有玩家看到，其中一种实现方法是使用带有多个玩家的unitVision。
字段terrainHeight存储当前单位的高度，我们会使用该字段来检测单位是否会阻挡视野。如果该单位是地面单位，该值通常是该位置世界地形的高度，但也有一些特别情况。
例如：飞行单位或可改变单位高度的特殊技能，在计算被阻挡的视野时，要考虑到这些因素。游戏要对该字段进行相应的更新。
我们还有一个概念名叫VisionGrid，即视野网格，表示所有玩家的视野。下面是VisionGrid的数据结构。
struct VisionGrid
{
// 下列变量表示网格的宽度和高度，它们需要访问数组。
int width, height;
// 存储宽度乘高度得到的大小结果，每个部分都有int类型数值和位码，表示哪个玩家的视野中有该部分。
int[] values;
// 和values数组类似，但它只存储玩家是否在某段时间访问该部分。
int[] visited;
void SetVisible(i, j, players) {
values[i + j * width] |= players;
visited[i + j * width] |= players;
}
void Clear() {
values.clear(0);
}
bool IsVisible(i, j, players) {
return (values[i + j * width] & players) > 0;
}
bool WasVisible(i, j, players) {
return (visited[i + j * width] & players) > 0;
}
}
请注意：数组的大小为宽度乘以高度的结果。
网格越大，计算视野的速度越慢，但它会有更多信息用于实现单位的行为或渲染更好的迷雾效果。网格越小，效果则会相反。我们必须在一开始就确定好二者的平衡，由此来构建游戏。
下面是游戏世界中网格的示例。
在获得世界位置的网格部分后，该结构会在values数组存储int类数值，提供哪个玩家视野内有该位置的数据信息。例如：如果该部分存储了0001，那么它表示只有玩家0能够看到该部分，如果该部分存储了0011，那么玩家0和玩家1都会看到该部分。
该结构也会把玩家之前探索迷雾部分的时间存储到visited数组中，主要用于渲染功能，即渲染灰色迷雾，但该数据也可以用到游戏逻辑中，例如：用于检查玩家是否了解相关信息。
如果位掩码中的玩家能够看到该位置，IsVisible(i, j, players)方法会返回True。
WasVisible(i, j, players)方法有类似的功能，但它会检查visited数组。
例如：如果玩家1和玩家2，即位码中的0010和0100属于同一阵营，如果玩家2希望知道敌人是否可见，以便展开进攻，则可以使用两个玩家的位掩码0110来调用isVisible方法。
计算视野
每次更新视野网格时，values数组都会清空，然后重新计算。
下面是该算法的伪代码。
void CalculateVision()
{
visionGrid.Clear()
for each unitVision in world {
for each gridEntry inside unitVision.range {
if (not IsBlocked(gridEntry)) {
// 设为可见时，会更新values数组和visited数组。
grid.SetVisible(gridEntry.i, gridEntry.j,
unitVision.players)
}
}
}
}
为了在范围内迭代网格部分，该脚本首先会使用网格坐标来计算视野的位置和范围，相应的变量分别是gridPosition和gridRange，然后脚本会围绕gridPosition并以gridRange为半径来绘制实心圆形。
被阻挡的视野
为了检测被阻挡的视野，我们有相同大小的另一个网格，它带有地形的高度信息。
下面是该信息的数据结构。
struct Terrain {
// 下列变量表示网格的宽度和高度，它们需要访问数组。
int width, height;
// 存储宽度乘高度得到的大小结果，该数组拥有网格部分的地形层级。
short[] height;
int GetHeight(i, j) {
return height[i + j * width];
}
下面是网格在游戏中的示例效果。
在迭代unitVision范围中视野的网格部分时，为了检测该部分是否可见，我们的系统会检查视野中心是否有障碍物。为此，它会从该部分的位置绘制一条直线，连接到中心的位置。
如果线条上的所有网格部分都在相同高度或较低高度，那么该部分是可见的。下面是相应的示例，蓝点表示进行计算的网格部分，白点表示连接中心的线条。
如果线条上至少有一个部分的高度较大，那么视线会被阻挡。
在下面的例子中，蓝点表示我们希望了解是否可见的部分，白点表示线条上相同高度的部分，红点表示地形较高的部分。
在脚本检测到某个部分高于视野后，它不必继续绘制连接视野中心的线条。下面是相应的伪代码。
bool IsBlocked()
{
for each entry in line to unitVision.position {
height = terrain.GetHeight(entry.position)
if (height > unitVision.height) {
return true;
}
}
return false;
}
优化
如果某个部分已经在迭代所有单位视野时标记为可见，则不必重新计算该部分。
减小网格的大小。
减少更新迷雾的频率，我最近在玩《星际争霸1》时发现，更新迷雾会有约1秒的延迟。
渲染
渲染战争迷雾时，我使用和网格相同大小的小型纹理FogTexture，通过使用Texture2D.SetPixels()方法，在该纹理上写入相同大小的Color数组。
在每一帧中，我会在每个VisionGrid部分进行迭代，通过使用values数组和visited数组，对数组设置对应的颜色。
下面是这部分的伪代码。
void Update()
{
for i, j in grid {
colors[i + j * width] = black
if (visionGrid.IsVisible(i, j, activePlayers))
colors[pixel] = white
else if (visionGrid.WasVisible(i, j, activePlayers))
colors[pixel] = grey // 这里用于处理之前的视野。
}
texture.SetPixels(colors)
}
字段activePlayers包含玩家的位掩码，用于渲染玩家的当前迷雾。通常，它只包含游戏中主要玩家的迷雾，但是在部分情况下，例如：回放模式中，该字段可以随时改变，渲染不同玩家的视野。
如果有两个玩家处于同一阵营，两个玩家的位掩码可用于渲染二者的共享视野。
填补FogTexture纹理后，该纹理会使用带有后期处理滤镜的摄像机，在RenderTexture渲染纹理中进行渲染，滤镜会给纹理应用模糊效果，让迷雾的外观效果更好。
为了实现更好的结果，在应用后期处理特效时，这里使用的RenderTexture渲染纹理比FogTexture纹理大四倍。
获得RenderTexture渲染纹理后，我会使用自定义着色器在游戏中渲染它，该着色器会把图像看作Alpha遮罩，白色表示透明部分，黑色表示不透明部分，由于我在此不需要其它颜色通道，因此使用红色作为补充，这部分处理类似《钢铁战队》的相应过程。
画面效果如下图所示。
下图是该方法在Unity场景视图中的效果。
渲染流程如下图所示。
平缓过渡
在部分情况下，迷雾纹理会在不同帧数间大幅变化，例如：在新单位出现时，或是某个单位移动到高地时。
对于这类情况，我会给colors数组添加平缓过渡过程，这样数组中每个部分会及时从原有状态过渡到新状态，从而最小化变化幅度。
该过程非常简单，虽然该过程在处理纹理像素时会增加少量性能开销，但最终效果比我想象的更好，而且该过程也可以随时禁用。
最初我不确定是否要直接把像素写入纹理，因为我担心这项操作的速度很慢，但在移动设备上测试后，我发现速度很快，因此这并不是一个问题。
单位可见性
为了了解某个单位是否可见，该系统要检查包含单位的所有部分，大型单位会占用多个部分，如果至少有一个部分是可见的，那么该单位就是可见的。这个检查能够帮助我们了解某个单位是否可以被攻击。
下面是相应的伪代码。
bool IsVisible(players, unit)
{
// 这是某个玩家的单位。
if ((unit.players & players) > 0)
return true;
// 返回包含该单位的所有部分
entries = visionGrid.GetEntries(unit.position, unit.size)
for (entry in entries) {
if (visionGrid.IsVisible(entry, players))
return true;
}
return false;
}
哪些单位可见和渲染的迷雾有关，因此我们使用了相同的activePlayers字段来检查是否显示单位。
为了避免渲染单位，我使用了类似《钢铁战队》的方法，也就是使用了游戏对象的图层。
如果单位是可见的，那么我们会给该对象设置默认图层，如果单位不可见，那么我们会给它设置从游戏摄像机剔除的图层。
void UpdateVisibles() {
for (unit in units) {
unit.gameObject.layer = IsVisible(activePlayers, unit) : default ? hidden;
}
}
最终效果
下面是所有内容结合起来的效果。
小结
将整个游戏世界简化为网格，并开始对纹理进行思考后，我们可以轻松应用不同的图像算法，例如：绘制填充圆圈或线条，它们在进行优化时非常实用。此外，还有更多图像操作可以用于游戏逻辑和渲染。
《星际争霸2》有很多纹理方面的信息，不只是玩家的视野，还提供了API来访问纹理，该API也被用到了机器学习的实验中。我仍在开发更多相关功能，同时还计划尝试一些优化功能，例如：C# Job System。
给迷雾纹理使用模糊效果也存在缺点，例如：这会在不合适的时候展示一部分高地。我仍然会研究其它图像效果，寻找合适的方法。
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