Unity中FSM有限状态机

什么是FSM

FSM 即有限状态机，它是一个状态管理系统，表示一个对象的几种状态在指定条件下转移行为，即随着条件的不断改变内部状态不断地切换。

FSM用处或者使用背景

通常使用FSM去实现一些简单的AI逻辑，对于游戏中的每个对象都可以在其生命周期中分出一些状态，比如一个小兵，他可能在休息，或者巡逻，当敌人出现时，他的状态可能切换为追逐敌人或者攻击敌人，当某些条件成立时，状态机从当前状态转移到下一状态，在不同状态下有不同的任务，所以要使用有限状态机去实现。

FSM使用的必要性

当需要实现角色的状态时以及状态间的切换时，相信第一时间想到的应该是if-else，但是如果状态的切换条件表达式过于复杂，if-else就显得臃肿麻烦了。再加上所有条件的判断全在一起，状态一多也容易出现Bug，扩展也不好，使用if-else就会相当臃肿，所以在这种条件下，有限状态机的使用很有必要，当然如果相对简单的状态切换，使用有限状态机就没必要了，需要根据个人需求。

FSM使用注意点

FSM有两个重要的概念：状态和转移，转移是切换条件，必须有一个初始状态，并保存当前状态，以及注意每种状态的转移的必要条件。

FSM优点

使整个状态切换逻辑比较清晰，增强代码的可扩展性，也便于后期维护。

具体实现代码

下面就实现一下FSM,使用怪物AI的例子

1.创建状态基类FSMstate  ，此类负责处理一个状态的周期，状态的进入前，状态中，离开状态等。以及状态切换条件的增删。具体如下：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
/// <summary>
/// 状态ID
/// </summary>
public enum StateID
{
NoneStateID,
Parol,//巡逻状态
Chase,//追逐状态
}
/// <summary>
/// 状态切换条件
/// </summary>
public enum Transition
{
NoneTransition,
SeePlayer,//看到玩家
LosePlayer,//看不到玩家
}

/// <summary>
/// FSM中状态基类（实现状态的基本方法）
/// </summary>
public abstract class FSMstate  {

protected StateID stateID;//状态对应的ID
public StateID ID { get { return stateID; } }
protected Dictionary<Transition, StateID> Transition_StateIDDic = new Dictionary<Transition, StateID>();//存储转换条件和状态的ID
protected FSMsystem fsmSystem;//管理状态对象（因为要状态更新需要通过FSMsystem去管理实现的，所以需要一个管理对象）

public FSMstate(FSMsystem fsm)
{
this.fsmSystem = fsm;
}
/// <summary>
///增加转条件
/// </summary>
/// <param name="trans"></param>
/// <param name="id"></param>
public void AddTransition(Transition trans,StateID id)
{
if (trans==Transition.NoneTransition)
{
Debug.Log("添加的转换条件不能为null");
return;
}
if (id==StateID.NoneStateID)
{
Debug.Log("添加的状态ID不能为null");
return;
}
if (Transition_StateIDDic.ContainsKey(trans))
{
Debug.Log("添加转换条件的时候，" + trans + "已经存在于Transition_StateIDDic中");
return;
}
Transition_StateIDDic.Add(trans,id);
}
/// <summary>
/// 删除转换条件
/// </summary>
/// <param name="trans"></param>
public void DeleteTransition(Transition trans)
{
if (trans == Transition.NoneTransition)
{
Debug.Log("删除的转换条件不能为null");
return;
}
if (!Transition_StateIDDic.ContainsKey(trans))
{
Debug.Log("删除转换条件的时候，" + trans + "不存在于Transition_StateIDDic中");
return;
}
Transition_StateIDDic.Remove(trans);
}
/// <summary>
/// 根据转换条件获得状态ID
/// </summary>
/// <param name="trans"></param>
/// <returns></returns>
public StateID GetStateID(Transition trans)
{
if (Transition_StateIDDic.ContainsKey(trans))
{
return Transition_StateIDDic[trans];
}
return StateID.NoneStateID;
}

/// <summary>
///转换到此状态前要执行的逻辑
/// </summary>
public virtual void DoBeforeEnterAcion() { }
/// <summary>
/// 离开此状态前要执行的逻辑
/// </summary>
public virtual void DoAfterLevAction(){ }
/// <summary>
/// 处在本状态时要执行的逻辑
/// </summary>
/// <param name="TargetObj"></param>
public abstract void CurrStateAction(GameObject TargetObj);
/// <summary>
/// 切换到下一状态需要执行的逻辑
/// </summary>
/// <param name="TargetObj"></param>
public abstract void NextStateAction(GameObject TargetObj);

}

2. 创建状态管理类FSMSystem的创建。用来管理所有的状态（状态的添加，删除，切换，更新等）。

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
/// <summary>
/// 状态处理类（添加，删除，切换，更新等管理所有状态）
/// </summary>
public class FSMsystem  {

private Dictionary<StateID, FSMstate> StateDic = new Dictionary<StateID, FSMstate>();//保存状态ID以及ID对应的状态
private StateID _CurrentStateID;//当前处于的状态ID
private FSMstate _CurrentState;//当前处于的状态

/// <summary>
/// 添加状态
/// </summary>
/// <param name="state">需管理的状态</param>
public void AddState(FSMstate state) {
if (state==null)
{
Debug.Log("添加的状态"+state+"不能为null");
return;
}
if (_CurrentState==null)
{
_CurrentState = state;
_CurrentStateID = state.ID;
}
if (StateDic.ContainsKey(state.ID))
{
Debug.Log("状态机 "+state.ID+"已经存在，无法添加");
return;
}
StateDic.Add(state.ID,state);
}
/// <summary>
/// 删除状态
/// </summary>
/// <param name="stateID">删除要管理状态的ID</param>
public void DeleteState(StateID  stateID)
{
if (stateID==StateID.NoneStateID)
{
Debug.Log("无法删除Null的状态");
return;
}
if (!StateDic.ContainsKey(stateID) )
{
Debug.Log("无法删除不存在的状态：" + stateID);
return;
}
StateDic.Remove(stateID);
}
/// <summary>
/// 状态转换（状态的切换是根据转换条件的变化）
/// </summary>
/// <param name="trans">转换条件</param>
public void PerformTranstion(Transition trans)
{
if (trans == Transition.NoneTransition)
{
Debug.Log("无法执行NULL的转换条件");
return;
}
StateID stateId = _CurrentState.GetStateID(trans);
if (stateId==StateID.NoneStateID)
{
Debug.Log("要转换的状态ID为null");
return;
}
if (!StateDic.ContainsKey(stateId))
{
Debug.Log("状态机中没找到状态ID  "+stateId+"  无法转换状态");
return;
}
FSMstate state = StateDic[stateId];//根据状态ID获取要转换的状态
_CurrentState.DoAfterLevAction();//执行离开上一状态逻辑
_CurrentState = state;//更新当前状态
_CurrentStateID = stateId;//更新当前状态ID
_CurrentState.DoBeforeEnterAcion();//执行进入当前状态前要执行的逻辑
}

/// <summary>
/// 更新当前状态行为
/// </summary>
/// <param name="TargetObj"></param>
public void UpdateState(GameObject TargetObj)
{
_CurrentState.CurrStateAction(TargetObj);
_CurrentState.NextStateAction(TargetObj);
}

}

3.那我们用怪物巡逻，追逐玩家的例子来实现状态机。

3.1. 增加一个PartalState类，用怪物的巡逻。

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

/// <summary>
/// 怪物巡逻状态类
/// </summary>
public class PatrolState : FSMstate {
private List<Transform> path = new List<Transform>();//巡逻点
private int index = 0;
private Transform PlayerTrasform;

/// <summary>
/// 初始化巡逻状态数据
/// </summary>
/// <param name="fsm"></param>
public PatrolState(FSMsystem fsm):base(fsm)
{
stateID = StateID.Parol;
//路点
Transform pathTransform = GameObject.Find("Path").transform;
Transform[] children = pathTransform.GetComponentsInChildren<Transform>();
foreach (Transform child in children)
{
if (child != pathTransform)
{
path.Add(child);
}
}
PlayerTrasform = GameObject.Find("Player").transform;
}

/// <summary>
/// 当前状态（巡逻状态）执行的逻辑
/// </summary>
/// <param name="TargetObj"></param>
public override void CurrStateAction(GameObject TargetObj)
{
TargetObj.transform.LookAt(path[index].position);
TargetObj.transform.Translate(Vector3.forward * Time.deltaTime * 3);
if (Vector3.Distance(TargetObj.transform.position, path[index].position) < 1)
{
index++;
index %= path.Count;
}
}
/// <summary>
/// 切换到追逐状态（下一状态）执行的的逻辑
/// </summary>
/// <param name="TargetObj"></param>
public override void NextStateAction(GameObject TargetObj)
{
if (Vector3.Distance(PlayerTrasform.position, TargetObj.transform.position) < 3)
{
fsmSystem.PerformTranstion(Transition.SeePlayer);
}
}

}

3.2.增加一个ChaseState类，用怪物的追逐。

using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

/// <summary>
/// 追逐状态类
/// </summary>
public class ChaseState : FSMstate {

private Transform PlayerTransForm;//玩家位置信息

public ChaseState(FSMsystem fsm):base(fsm)
{
stateID = StateID.Chase;
PlayerTransForm = GameObject.Find("Player").transform;
}
/// <summary>
/// 追逐状态下执行的逻辑
/// </summary>
/// <param name="targrtObj"></param>
public override void CurrStateAction(GameObject targrtObj)
{
targrtObj.transform.LookAt(PlayerTransForm.transform.position);
targrtObj.transform.Translate(Vector3.forward*2*Time.deltaTime);
}
/// <summary>
/// 切换到下一状态（巡逻）前要执行的逻辑
/// </summary>
/// <param name="targrtObj"></param>
public override void NextStateAction(GameObject targrtObj)
{
if (Vector3.Distance(PlayerTransForm.position,targrtObj.transform.position)>6)
{
fsmSystem.PerformTranstion(Transition.LosePlayer);
}
}
}

3.3 创建一个控制怪物的脚本Enemy 

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
/// <summary>
/// 怪物类
/// </summary>
public class Enemy : MonoBehaviour {

private FSMsystem fsmsystem; //在Enemy类中，实例化FSMSystem对象，添加巡逻和追逐状态，还有之间的转换条件
void Start () {
InitFsm();//创建状态机
}

void Update () {
fsmsystem.UpdateState(this.gameObject);//检查更新状态
}
/// <summary>
/// 创建状态机
/// 怪物有两种状态分别是巡逻和追逐玩家
/// 如果怪物初始状态（设置为Parol状态）一旦SeePlayer 切换状态被激活后，就切换到Chase状态
/// 如果他在Chase状态一旦LosePlayer状态被激活了，它就转变到Parol状态
/// </summary>
void InitFsm()
{
fsmsystem = new FSMsystem();
FSMstate PatrolState = new PatrolState(fsmsystem);
PatrolState.AddTransition(Transition.SeePlayer, StateID.Chase);
FSMstate ChaseState = new ChaseState(fsmsystem);
ChaseState.AddTransition(Transition.LosePlayer, StateID.Parol);
fsmsystem.AddState(PatrolState);//初始状态
fsmsystem.AddState(ChaseState);
}
}

以上就用FSM有限状态机实现了怪物AI,具体代码中都有注释，有理解不到位的地方，望请指正。