[Unity] Dreamteck Splines实现沿路径移动功能

Dreamteck Splines实现沿路径移动功能

最近有一个“让物体沿固定路径移动”的需求，因此接触到了Dreamteck Splines插件。

Dreamteck Splines可以很方便地绘制各种插值曲线，但在实现物体移动的时候却遇到了很多坑，因此在这里记录一下。

1. 绘制路径线

首先，让我们在场景上创建一个空物体，并添加SplineComputer组件。

由于我这是个2D项目，所以选择在Z平面上绘制。

之后编辑器中就会显示出跟随鼠标的网格线，点击左键就可以逐点绘制Spline了。

在右侧选项中可以修改Spline的类型。默认类型是Catmull Rom，我们可以把它改成直线Linear。

2. 获取坐标

SplineComputer类有两类获取坐标点的方法：

GetPoint(int)
GetPoints()

这两个方法用于获取我们手动添加的坐标点，也就是我们上图中的那三个点。这明显不符合我们“沿路径移动”的需求。

而下面这三个方法才是返回Spline上的所有坐标点

Evaluate(double)
EvaluatePosition(double)
EvaluatePositions()

其中，Evaluate和EvaluatePosition的区别在于，Evaluate返回的是SplineSample对象，包括了坐标、朝向、颜色、百分比等信息，而EvaluatePosition则是简单地返回一个Vector3的坐标。在只需要坐标的情况下，推荐使用更加轻量化的EvaluatePosition。

3. 移动示例（踩坑）

EvaluatePosition(double)方法传入一个0~1的值，就会返回Spline上对应的坐标，因此我们可以用这个脚本手动模拟物体的移动过程。

using Dreamteck.Splines;
using UnityEngine;

public class Move : MonoBehaviour
{
    [Range(0, 1)]
    public float Percent;
    public Transform Target;
    private SplineComputer spline;


    void Start()
    {
        spline = GetComponent<SplineComputer>();
    }

    void Update()
    {
        Target.position = spline.EvaluatePosition(Percent);
    }
}

将脚本挂载到SplineComputer所在的物体上，拖动右侧的滑动条即可移动目标物体。

一切看似十分正常，直到我们又添加了一条长度不同的线段。

可以明显地看出，在后面这个较短的路径中，物体的移动速度明显变慢了。

当我们直接将进度设为0.5后，便能发现问题所在。

目标物体移动并没有移动到Spline的终点，而是移动到了我们设置的第二个控制点上。

这个问题在官方文档的3.3. Sample Mode中有对应的解答：

默认情况下，样条曲线（Spline）在 [0-1] 的百分比范围内进行计算（evaluated），涵盖了所有坐标点。

例如，一条由 3 个点组成的样条曲线，计算百分比为 0.5 的坐标点，将始终返回第二个点的位置，因为它位于中间。

然而，如果第一个点和第二个点非常接近，而第三个点距离它们很远，计算百分比为 0.5 的坐标点不会返回样条曲线的中间位置，它仍将返回第二个点。因为某些区域的采样点比其他区域更密集。

为了说明这一点，以下是显示了采样点密度的样条曲线：每条垂直线表示一个采样点（spline sample）。在这种情况下，点 1 和点 2 之间有 10 个采样点，但点 2 和点 3 之间也只有 10 个采样点。

从中我们可以看出，问题的根源在于，Evaluate参数中的percent并不是指Spline长度的百分比，而是表示Spline采样点的百分比。而采样点的不均匀分布，导致了采样点百分比和长度百分比不一致的情况。

5 方法一：修改采样模式（Sample Mode）

前面我们提到"采样点的不均匀分布，导致了采样点百分比和长度百分比不一致的情况"。

反过来说，我们只需要让采样点能够均匀分布，就可以解决这一问题。

SplineComputer提供了三种采样模式（Sample Mode）：

Default（默认）：两点间的采样点数量固定
Uniform（均匀）：根据Spline长度，均匀分布采样点。但在Spline较长时会有更大的性能开销。
Optimized（优化）：与默认模式相同，但会执行优化操作删除不必要的采样点

所以我们需要选择Uniform模式，以实现均匀分布采样点的需求。

请注意，在Default和Optimized模式下，当移动控制点时，Spline仅更新受该点影响的区域中的采样点。而在Uniform模式下，将重新计算整个Spline。在Optimized模式下，还提供了一个额外的滑块来控制优化的角度阈值。

这样一来就能正确地匀速移动目标了

但是！

除了性能开销外，这个方法还会带来一系列问题。

首先，它会导致线段脱离控制点：

其次，它还有个很致命的BUG

Uniform模式下，如果你用CalculateLength方法获取Spline的长度，那么初始状态下将会始终返回0。此时必须对他"进行一些操作"，比如移动控制点，修改其他参数等，让他响应一次变化。之后CalculateLength才能正确返回数值。

6 方法二：使用Travel函数（推荐）

为了避免上述问题，我们可以使用Travel函数计算某个长度在Spline上对应的采样点百分比。

它的使用方法在官方文档的20.4. Converting World Units to Spline Percentages中有所提及。

假如我们要获取Spline中心点的坐标，只需要传入Spline长度的一半，也就是spline.CalculateLength() / 2，然后Travel函数就会返回对应的percent。这时再调用EvaluatePosition(percent)即可得到中心点的坐标。其他位置的坐标也是同理，我们只需要给出对应的长度即可获取坐标。

这样一来，我们就可以方便地实现沿路径匀速移动的功能了。

using Dreamteck.Splines;
using UnityEngine;

public class Move : MonoBehaviour
{
    [Range(0, 1)]
    public double Percent;
    public float Speed;
    public Transform Target;
    private float distance;
    private SplineComputer spline;


    void Start()
    {
        spline = GetComponent<SplineComputer>();
        distance = 0;
    }

    void Update()
    {
        distance += Speed * Time.deltaTime;
        // 有需要的话可以用这个限制上限
        // distance = Math.Min(distance, spline.CalculateLength()); 
        Percent = spline.Travel(0, distance);
        Target.position = spline.EvaluatePosition(Percent);
        
        if (Percent == 1)
        {
            // do something
            Debug.Log("Done");
        }
    }
}

效果如下

参考资料

Dreamteck Splines – User Manual

本文发布于2024年7月14日

最后编辑于2024年7月14日

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