FSM有限状态机

这篇博客介绍了有限状态机(FSM)在游戏AI中的应用,通过FSM可以更好地管理和控制游戏对象的行为,如敌人的巡逻、追击和攻击等状态转换。文中详细阐述了FSM的状态类、触发条件以及状态机的实现框架,并展示了如何通过映射表和条件列表来决定状态间的切换。此外,还提到了Animator在状态切换中的问题和FSM作为解决方案的优势。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

什么是FSM
有限状态机(Finite-state machine)是一种用来进行对象行为建模的工具,其作用主要是描述对象在它的生命周期内所经历的状态序列,以及如何响应来自外界的各种事件。
在游戏中经常看到的一些AI,如敌人巡逻,巡逻过程中看到玩家就追击,追上了就攻击,追不上并且有了一定的距离就返回去继续巡逻。
在这里插入图片描述

Animator就是一个简单的状态机

如果不做任何处理的话,切换动画的话,一般就是直接animator.setXXX(),这样切换动画,耦合性高,可扩展性差,硬伤。几个动画还好,动画多了。。再来个什么判定,这种切换是很麻烦的

FSM整体框架(还没有制作一个完整的 Demo 只是一个大体的框架)
状态类

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

//状态类不需要继承monbehavior,制作成抽象类
public abstract class FsmState 
{
    //帮子类实现一下初始化
    public FsmState()
    {
        Init();
    }
    public FSMStateID stateID;
    //1.0映射表   保存的是达成相应条件对应的下一状态<trigger,state>
    // 比如是 游戏当中的小怪没有发现玩家就站立不动->玩家走进之后发现玩家->攻击玩家
    // 没有血量->玩家死亡
    private Dictionary<FSMTriggerID, FSMStateID> map = new Dictionary<FSMTriggerID, FSMStateID>();
    //2.0 条件列表<trigger> 通过条件列表来判断是否是达成
    private List<FSMTrigger> triggers = new List<FSMTrigger>();
    // 增加映射表和条件列表,删除的方法
    public void AddMap(FSMTriggerID triggerid,FSMStateID stateID)
    {
        //判断一下,如果不含有这个键的话我们就去添加
        if (!map.ContainsKey(triggerid))
        {
            map.Add(triggerid, stateID);
            AddTrigers(triggerid);
        }
           
        //如果含有这个键的话 我们去修改一下就可以了
        map[triggerid] = stateID;
       
    }
    public void AddTrigers(FSMTriggerID triggerID)
    {
        //如果 去实例化一个类
        //使用反射机制(如果不是很明白的话 可以去看一下关于c#反射的视频)
        triggers.Add(Activator.CreateInstance (Type.GetType(triggerID.ToString()+"Trigger"))as  FSMTrigger);
    }
    //有增加的时候也会有删除映射列表
    public void RemoveMap(FSMTriggerID triggerid)
    {
        if (map.ContainsKey(triggerid)) { map.Remove(triggerid); RemoveTriggers(triggerid); }

           
    }
    //删除条件列表
    public void RemoveTriggers(FSMTriggerID triggerID)
    {
        //lamda表达式 在条件列表下边找到相同的条件 然后删除
        triggers.Remove (triggers.Find(p => p.triggerID == triggerID))
        ;
    }
    //停止状态下通过条件列表来判断条件完成  然后进入映射表切换下一个状态

    //Action :静止状态下,播放静止的动画
    public abstract void Action(BaseFSM fsm);
    /// <summary>
    /// 初始化的方法
    /// </summary>
    public abstract void Init();
    //添加一个检测的方法
    int count = 0;
    public void Detection(BaseFSM fsm)
    {
        count = triggers.Count;
        //循环我们条件列表
        for (int i = 0; i < count; i++)
        {
            //如果条件列表当中的条件达成,我们就要切换状态了
            if (triggers[i].IsTrigger(fsm))
            {
                //切换状态
                fsm.ChangeState(map[triggers[i].triggerID]);
            }
        }
    }

}
//想要什么状态直接在这里边可以直接添加
public enum FSMStateID
{
    /// <summary>
    /// 静止状态
    /// </summary>
     Idle,
     /// <summary>
     /// 追逐状态
     /// </summary>
     Pursuit,
     /// <summary>
     /// 攻击状态
     /// </summary>
     Acttack,
     /// <summary>
     /// 死亡状态
     /// </summary>
     Death,




}

所需要的条件

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

public abstract  class FSMTrigger 
{
    /// <summary>
    /// 条件ID
    /// </summary>
    public FSMTriggerID triggerID;
    //判断当前条件是否达成
    public abstract bool IsTrigger(BaseFSM fsm);

    public FSMTrigger()
    {
        Init();
    }
    protected abstract void Init();
}
public enum FSMTriggerID
{
    /// <summary>
    /// 发现玩家
    /// </summary>
    SawPlayer,
    /// <summary>
    /// 是否攻击
    /// </summary>
    IsAttack,
    /// <summary>
    /// 是否死亡
    /// </summary>
    isDeath,
    /// <summary>
    /// 没有血量
    /// </summary>
    NoDeath,
    /// <summary>
    /// 低血量
    /// </summary>
    lowHeath,
        
}

只有这一个脚本是挂在物体上边的

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

/// <summary>
/// 状态机
/// </summary>
public class BaseFSM : MonoBehaviour
{
    /// <summary>
    /// 当前状态ID
    /// </summary>
    public FSMStateID nowStateID;
    /// <summary>
    /// 当前状态
    /// </summary>
    public FsmState nowState;
    /// <summary>
    /// 当前默认状态的ID
    /// </summary>
    public FSMStateID defaultStateID;
    /// <summary>
    /// 当前默认状态
    /// </summary>
    public FsmState defaultState;
    //状态的切换和状态行为的执行
    public void Update()
    {
        nowState.Action(this);
        nowState.Detection(this);
    }
    //状态列表
    public List<FsmState> states = new List<FsmState>();
    //切换状态
    public void ChangeState(FSMStateID stateID)
    {
        if (stateID == nowStateID)
        {
            return;
        }
        if (stateID == defaultStateID)
        {
            //当前的=默认的
            nowState = defaultState;
            nowStateID = defaultStateID;
        }
        //都不是的情况下
        else
        {
            //在状态库下边去寻找
            nowState = states.Find(p=>p.stateID ==stateID);
            nowStateID = nowState.stateID;
        }
    }
 
}

后期会更新一个具体的demo来更好的说明这个FSM的用法

利用 VHDL 设计的许多实用逻辑系统中 有许多是可以利用有限状态机的设计方案来 描述和实现的 无论与基于 VHDL 的其它设计方案相比 还是与可完成相似功能的 CPU 相比 状态机都有其难以逾越的优越性 它主要表现在以下几方面 h 由于状态机的结构模式相对简单 设计方案相对固定 特别是可以定义符号化枚 举类型的状态 这一切都为 VHDL 综合器尽可能发挥其强大的优化功能提供了有利条件 而且 性能良好的综合器都具备许多可控或不可控的专门用于优化状态机的功能 h 状态机容易构成性能良好的同步时序逻辑模块 这对于对付大规模逻辑电路设计 中令人深感棘手的竞争冒险现象无疑是一个上佳的选择 加之综合器对状态机的特有的优 化功能 使的状态机解决方案的优越性更为突出 h 状态机的 VHDL 设计程序层次分明 结构清晰 易读易懂 在排错 修改和模块 移植方面 初学者特别容易掌握 h 在高速运算和控制方面 状态机更有其巨大的优势 由于在 VHDL 中 一个状态 机可以由多个进程构成 一个结构体中可以包含多个状态机 而一个单独的状态机 或多 个并行运行的状态机 以顺序方式的所能完成的运算和控制方面的工作与一个 CPU 类似 由此不难理解 一个设计实体的功能便类似于一个含有并行运行的多 CPU 的高性能微处 理器的功能 事实上这种多 CPU 的微处理器早已在通信 工控和军事等领域有了十分广 泛的应用 h 就运行速度而言 尽管 CPU 和状态机都是按照时钟节拍以顺序时序方式工作的 但 CPU 是按照指令周期 以逐条执行指令的方式运行的 每执行一条指令 通常只能完 成一项操作 而一个指令周期须由多个 CPU 机器周期构成 一个机器周期又由多个时钟 周期构成 一个含有运算和控制的完整设计程序往往需要成百上千条指令 相比之下 状 态机状态变换周期只有一个时钟周期 而且 由于在每一状态中 状态机可以完成许多并 行的运算和控制操作 所以 一个完整的控制程序 即使由多个并行的状态机构成 其状 态数也是十分有限的 因此有理由认为 由状态机构成的硬件系统比 CPU 所能完成同样 功能的软件系统的工作速度要高出两个数量级 h 就可靠性而言 状态机的优势也是十分明显的 CPU 本身的结构特点与执行软件 指令的工作方式决定了任何 CPU 都不可能获得圆满的容错保障 这已是不争的事实了 因此 用于要求高可靠性的特殊环境中的电子系统中 如果以 CPU 作为主控部件 应是 一项错误的决策 然而 状态机系统就不同了 首先是由于状态机的设计中能使用各种无 懈可击的容错技术 其次是当状态机进入非法状态并从中跳出所耗的时间十分短暂 通常 只有 2 个时钟周期 约数十个 ns 尚不足以对系统的运行构成损害 而 CPU 通过复位方第 10 章 有限状态机 FSM 199 式从非法运行方式中恢复过来 耗时达数十 ms 这对于高速高可靠系统显然是无法容忍 的 再其次是状态机本身是以并行运行为主的纯硬件结构
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