基于unity的飞行模拟设计

使用unity开发游戏真是非常方便。研究飞行模拟也有一段时日，尝试过物理和数学模拟。从效果上来看，物理模拟较为真实一点。但是操作不好。数学模拟的话，虽然牺牲了飞行效果，操控是非常方便的。

　　所谓的数学模拟，就是位移模拟，通过定义起飞速度，加速度等，模拟飞机的飞行过程，包括转向，飞行坠落等。

　　来看一下飞机的飞行状态：在地面上，飞机达到起飞速度时，可以拉起飞机，否则，一直在地面上；在空中：当飞机低于起飞速度，下降。大于起飞速度则能保持在空中。飞机不可能倒着飞行的，所以，飞机的速度状态就有：起飞速度，正常速度，最大速度。通过输入改变当前速度，然后通过判断速度所对应的状态处理。

　　飞机的转向：飞机的转向，有y轴的转向，控制飞机的左右飞行。x的转向，控制飞机的升降。左右飞行时，飞机自身需要以z轴旋转，来模拟飞机转弯的效果。

　　飞机的失速：当飞机在空中的速度低于起飞速度时，飞机下落。当着地时，下落的速度为0.

　　整理一下思路：可以通过射线检测的方式获取距离地面的高度,判断飞机是在空中还是地面。通过输入值来调整currentSpeed，通过与飞机的offSpeed，normalSpeed，maxSpeed比较，来判断飞机所处的状态。通过四元数方法，调整飞机的角度，保持飞机的平衡和转向时的偏转效果。

　　主要使用到的方法：

　　移动：transform.Translate(vector, Space.World);

　　旋转：transform.Rotate(vector, Space.World);

　　转角：transform.rotation = Quaternion.RotateTowards(transform.rotation,rotation, speed);

高度：Physics.Raycast(ray, out hit,1<<0);height
= hit.distance;

public abstract void MoveLR(float speed);//左右移动
public abstract void RoteUD(float speed);//上下旋转
public abstract void MoveFB(float speed);//速度控制
public abstract void RoteLR(float speed);//左右旋转

　　public abstract Balance(Quaternion r, float speed);//转角

　　public abstract void Operational();//飞行状态

接下来就是飞行方法的实现：

public override void MoveFB(float speed)//速度控制
{
IsRun = true;//主动控制打开
CurrentSpeed += speed*aircaft.Acc*Time.deltaTime;//加/减速
CurrentSpeed = Mathf.Clamp(CurrentSpeed, 0, aircaft.MaxSpeed);//控制速度在最大值范围内
}
public override void MoveLR(float speed)//水平移动飞机，飞机的侧飞
{
//左右移动
if ((IsSing) || IsOnGround) return;//如果在地面或者飞机处于特技状态
//IsLRB = false;
Vector3 vector = body.right;
vector.y = 0;

Move(speed * vector * aircaft.MoveLRSpeed * Time.deltaTime * CurrentSpeed/aircaft.MoveFBSpeed);//侧飞

Balance(Quaternion.Euler(body.eulerAngles.x, body.eulerAngles.y, -aircaft.AxisLR * speed), aircaft.RoteLRSpeed * Time.deltaTime);/旋转机身，实现侧飞的效果
//print("MoveLR" + speed);
}
public override void Operational()//飞机的状态控制
{
Altigraph();//测量高度

if (CurrentSpeed < aircaft.OffSpeed)//小于起飞速度
{ //落下
if (!IsOnGround)//在空中
{
Move(-Vector3.up * Time.deltaTime * 10 * (1 - CurrentSpeed / (aircaft.OffSpeed)));//失重下落
downSpeed = Mathf.Lerp(downSpeed, 0.1f, Time.deltaTime);
//print("downSpeed" + downSpeed);
RoteUD(downSpeed);//机身前倾实现下落效果

}
if (!rigidbody) rigidbody = GetComponent<Rigidbody>();
rigidbody.useGravity = IsOnGround;//如果飞机在地面，启用重力，否则不使用重力
}
else {
downSpeed = 0;
}
Balance();//保持飞机的平衡
if (!IsRun) {//保持飞机以正常速度飞行
if (CurrentSpeed > aircaft.MoveFBSpeed) CurrentSpeed = Mathf.Lerp(CurrentSpeed, aircaft.MoveFBSpeed,Time.deltaTime);

else if (CurrentSpeed > aircaft.OffSpeed && !IsOnGround) CurrentSpeed =Random.Range(aircaft.OffSpeed,aircaft.MoveFBSpeed);
else if (IsOnGround && CurrentSpeed < aircaft.OffSpeed) {
CurrentSpeed = Mathf.Lerp(CurrentSpeed,0,Time.deltaTime);

}
}
Move(body.forward * CurrentSpeed * Time.deltaTime);//调用飞行方法

}
public override void RoteLR(float speed)//飞机的转向
{
//左右旋转
if ((IsSing) || IsOnGround) return;
IsLRB = false;
Rote(speed * Vector3.up * aircaft.RoteLRSpeed * Time.deltaTime * CurrentSpeed / aircaft.MoveFBSpeed);

Balance(Quaternion.Euler(body.eulerAngles.x, body.eulerAngles.y,-aircaft.AxisLR * speed), aircaft.RoteLRSpeed * Time.deltaTime);
//print("RoteLR" + speed);
}

public override void RoteUD(float speed)//飞机的转向
{
//上下旋转
//速度和角度
if ((IsSing) || IsOnGround && CurrentSpeed < aircaft.MoveFBSpeed / 3.6f) return;
if (CurrentSpeed < aircaft.MoveFBSpeed / 3.6f && speed<0) return;
IsFBB = false;
Balance(Quaternion.Euler(aircaft.AxisFB * speed, body.eulerAngles.y, body.eulerAngles.z), aircaft.RoteFBSpeed * Time.deltaTime * CurrentSpeed / aircaft.MoveFBSpeed);
//print("RoteUD" + speed);
}
public override void Balance()//飞机的平衡方法，当无输入事件时，飞机自动平衡
{
if (IsSing) return;
if (IsLRB)//z轴平衡（左右）
{
Balance(Quaternion.Euler(body.eulerAngles.x, body.eulerAngles.y, 0), aircaft.RoteLRSpeed * Time.deltaTime/1.2f );
}
if (IsFBB)//x轴平衡（上下）
{
Balance(Quaternion.Euler(0, body.eulerAngles.y, body.eulerAngles.z), aircaft.RoteFBSpeed * Time.deltaTime /1.3f);
}
IsLRB = true;//自动平衡打开
IsFBB = true;//自动平衡打开
}

都是非常简单的代码，关键是如何使用，以及逻辑的处理。

　　为了增加飞机飞行的效果，我还设计了飞机的特技飞行：90度转角的左右飞行，以及180度翻转飞行。当然也是使用了基础的公式完成的。左右90度特技飞行：飞机侧身90度，并大角度的转角转向飞机的左或右方。获取相对于飞机在世界坐标的左/右方向V，然后通过判断当前方向与V的角度，来判定是否完成特技飞行。180度转角飞行：飞机绕自身x轴180度旋转，然后恢复平衡。

　　因为特技飞行的完成需要一段时间，而这段时间是玩家不需要控制，系统完成后进入正常状态的，所以用到需要协程。

IEnumerator SLR(float speed) {
//90度转角飞行
speed = (speed > 0 ? 1 : -1);
Vector3 aim = body.right * (speed);
aim.y = 0;
while(Vector3.Dot(aim.normalized,body.forward.normalized)<0.99f){
Rote(speed * Vector3.up * aircaft.RoteLRSpeed * Time.deltaTime);

Balance(Quaternion.Euler(body.eulerAngles.x, body.eulerAngles.y, -85 * (speed )), aircaft.RoteLRSpeed * Time.deltaTime*3.8f);
Balance(Quaternion.Euler(0, body.eulerAngles.y, body.eulerAngles.z), aircaft.RoteFBSpeed * Time.deltaTime *1.8f);
yield return new WaitForFixedUpdate();
}
while ((body.eulerAngles.z > 15) && (body.eulerAngles.z < 180) || (body.eulerAngles.z < 345) && (body.eulerAngles.z > 270))
{
Balance(Quaternion.Euler(0, body.eulerAngles.y, body.eulerAngles.z), aircaft.RoteFBSpeed * Time.deltaTime);
Balance(Quaternion.Euler(body.eulerAngles.x, body.eulerAngles.y, 0), aircaft.RoteLRSpeed * Time.deltaTime * 3);
yield return new WaitForFixedUpdate();
}
IsSing = false;
}
public override void StuntUD(float axis)
{
if ((IsSing) || IsOnGround && CurrentSpeed < aircaft.MoveFBSpeed / 3.6f) return;

if (!IsSing)
{
IsSing = true;
StartCoroutine(SUD(axis));

}
}
IEnumerator SUD(float speed)
{
//180度翻转
speed = (speed > 0 ? 1 : -1);
Vector3 aim = -body.forward ;
aim.y = 0;
while (Vector3.Dot(aim.normalized, body.forward.normalized) < 0.8f)//飞机翻转
{
Vector3 v = body.right;
v.y= 0;
Rote(body.right * Time.deltaTime * -90 * speed);
Move(-Vector3.up * speed * Time.deltaTime * 10 * (CurrentSpeed / (aircaft.OffSpeed)));
//body.Rotate(Vector3.right * Time.deltaTime * -90,Space.Self);
//Balance(Quaternion.Euler(body.eulerAngles.x, body.eulerAngles.y, 0), aircaft.RoteLRSpeed * Time.deltaTime*5);
yield return new WaitForFixedUpdate();
}
while ((body.eulerAngles.z > 15) && (body.eulerAngles.z < 180) || (body.eulerAngles.z < 345) && (body.eulerAngles.z >270))//翻转后飞机完成平衡
{
Balance(Quaternion.Euler(0, body.eulerAngles.y, body.eulerAngles.z), aircaft.RoteFBSpeed * Time.deltaTime );
Balance(Quaternion.Euler(body.eulerAngles.x, body.eulerAngles.y, 0), aircaft.RoteLRSpeed * Time.deltaTime*3);
yield return new WaitForFixedUpdate();
}
IsSing = false;
}

以上是飞机的飞行模拟思路以及基本算法实现。玩家操作的代码就是输入检测之类的，然后再调用一下飞行接口就行了，我就不提供了。

　　接下来的问题就是AI飞行了，由电脑逻辑控制的AI飞行。如上图，是由计算机控制的飞行。这个AI就一个核心方法，就是飞到目标点。要实现这个功能也很简单，就是计算一下目标点的距离，角度等。然后根据距离以及当前状态控制加减速度，通过角度控制转向。主要使用到Vector.Dot(v1,v2);,然后就是各种情况下的判断和飞行方法的调用。例如当目标在飞机的后方时，可以调用180度翻转，来锁定目标。

　　好，我们简单的分析一下如何去写这个AI，获取目标Point，计算距离差，高度差，角度差。通过高度差，控制飞机的升降，距离差控制速度，角度差控制转向。

　　嗯，下面就是实现的代码。

public void MoveToPoint(Vector3 point, float stopDistance) {

Vector3 hPoint = point;
hPoint.y = flight.body.position.y;
hDistence = Vector3.Distance(hPoint, flight.body.position);//水平距离
distence = Vector3.Distance(point, flight.body.position);//距离
dHeight = point.y - flight.body.position.y;//高度差
vector = (point - flight.body.position).normalized;
dUDAgle = Vector3.Dot(vector, flight.body.TransformDirection(Vector3.up).normalized);
//获取目标点与当前位置的距离，高度差，判断目标相对于当前位置的前/后，左/右
dFBAgle = Vector3.Dot(vector, (flight.body.TransformDirection(Vector3.forward)).normalized);//判断目标点相对于当前位置的前后
//print(forward);
dLRAgle = Vector3.Dot(vector, (flight.body.TransformDirection(Vector3.right)).normalized);//判断目标点相对于当前位置的左右

//获取这个信息后，接下来就是移动到目标点
//先判断什么？正前方到目标点的角度，如果这个角度在一定范围内，则可以进行移动
//
float axisFB = 0;
if (dFBAgle > objectAI.Precision)
{
//方向偏移在正常范围内
//根据距离判断是否加/减速度
//

if (distence > objectAI.RunDistance * stopDistance || (flight.CurrentSpeed < flight.aircaft.OffSpeed && !IsLand))
{
axisFB = Random.Range(0f, 1f);
}
else if (distence > objectAI.FreeDistance * stopDistance && !IsLand)
{
axisFB = Random.Range(-0.5f, 0.5f);
}
else if (distence < objectAI.SlowDistance * stopDistance && IsLand)
{
axisFB = Random.Range(-1f, 0f);
}

}
else {
//方向偏移不在正常范围
//判断距离是否达到停止距离
//判断高度是否在误差之内
//调整左右和前后，来
if (distence < stopDistance)
{
//到达目标点附近，但是角度偏差过大，判断目标的左右，进行旋转
axisFB = Random.Range(0.5f, 1f);
flight.RoteLR(dLRAgle);
}
else {

//if (Mathf.Abs(dLRAgle) < 0.05f) dLRAgle = 0;
if (dFBAgle < -0.75f)
{
flight.StuntUD(flight.Height>100?-1:1);
}
else if (dFBAgle < -0.25f) {
flight.StuntLR(dLRAgle);
}

flight.RoteLR(dLRAgle);
if (!IsLand) {
if (Mathf.Abs(dHeight) > 5) {

flight.RoteUD(-dUDAgle);
}
if(flight.IsOnGround){
flight.RoteUD(-1);
}
}

if(flight.CurrentSpeed<flight.aircaft.MoveFBSpeed)
axisFB = Random.Range(0.5f, 1f);
}
}
//flight.RoteLR(dLRAgle);
if (Mathf.Abs(axisFB) > 0.01f)
flight.MoveFB(axisFB);
}

好了，今天的飞行模拟就介绍到这了。预告一下，下一篇文章阿亮将探讨导弹算法的实现（预计目标点位置，而非通过获取目标的当前位置）

本文的链接：http://www.cnblogs.com/jqg-aliang/p/4598515.html。转载请申明出处，谢谢！