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：
1 using System.Collections; 2 using System.Collections.Generic; 3 using UnityEngine; 4 /// <summary> 5 /// 状态ID 6 /// </summary> 7 public enum StateID 8 { 9 NoneStateID, 10 Parol,//巡逻状态 11 Chase,//追逐状态 12 } 13 /// <summary> 14 /// 状态切换条件 15 /// </summary> 16 public enum Transition 17 { 18 NoneTransition, 19 SeePlayer,//看到玩家 20 LosePlayer,//看不到玩家 21 } 22 23 /// <summary> 24 /// FSM中状态基类（实现状态的基本方法） 25 /// </summary> 26 public abstract class FSMstate { 27 28 protected StateID stateID;//状态对应的ID 29 public StateID ID { get { return stateID; } } 30 protected Dictionary<Transition, StateID> Transition_StateIDDic = new Dictionary<Transition, StateID>();//存储转换条件和状态的ID 31 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） 32 33 public FSMstate(FSMsystem fsm) 34 { 35 this.fsmSystem = fsm; 36 } 37 /// <summary> 38 ///增加转条件 39 /// </summary> 40 /// <param name="trans"></param> 41 /// <param name="id"></param> 42 public void AddTransition(Transition trans,StateID id) 43 { 44 if (trans==Transition.NoneTransition) 45 { 46 Debug.Log("添加的转换条件不能为null"); 47 return; 48 } 49 if (id==StateID.NoneStateID) 50 { 51 Debug.Log("添加的状态ID不能为null"); 52 return; 53 } 54 if (Transition_StateIDDic.ContainsKey(trans)) 55 { 56 Debug.Log("添加转换条件的时候，" + trans + "已经存在于Transition_StateIDDic中"); 57 return; 58 } 59 Transition_StateIDDic.Add(trans,id); 60 } 61 /// <summary> 62 /// 删除转换条件 63 /// </summary> 64 /// <param name="trans"></param> 65 public void DeleteTransition(Transition trans) 66 { 67 if (trans == Transition.NoneTransition) 68 { 69 Debug.Log("删除的转换条件不能为null"); 70 return; 71 } 72 if (!Transition_StateIDDic.ContainsKey(trans)) 73 { 74 Debug.Log("删除转换条件的时候，" + trans + "不存在于Transition_StateIDDic中"); 75 return; 76 } 77 Transition_StateIDDic.Remove(trans); 78 } 79 /// <summary> 80 /// 根据转换条件获得状态ID 81 /// </summary> 82 /// <param name="trans"></param> 83 /// <returns></returns> 84 public StateID GetStateID(Transition trans) 85 { 86 if (Transition_StateIDDic.ContainsKey(trans)) 87 { 88 return Transition_StateIDDic[trans]; 89 } 90 return StateID.NoneStateID; 91 } 92 93 /// <summary> 94 ///转换到此状态前要执行的逻辑 95 /// </summary> 96 public virtual void DoBeforeEnterAcion() { } 97 /// <summary> 98 /// 离开此状态前要执行的逻辑 99 /// </summary> 100 public virtual void DoAfterLevAction(){ } 101 /// <summary> 102 /// 处在本状态时要执行的逻辑 103 /// </summary> 104 /// <param name="TargetObj"></param> 105 public abstract void CurrStateAction(GameObject TargetObj); 106 /// <summary> 107 /// 切换到下一状态需要执行的逻辑 108 /// </summary> 109 /// <param name="TargetObj"></param> 110 public abstract void NextStateAction(GameObject TargetObj); 111 112 113 }
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）。
1 using System.Collections; 2 using System.Collections.Generic; 3 using UnityEngine; 4 /// <summary> 5 /// 状态处理类（添加，删除，切换，更新等管理所有状态） 6 /// </summary> 7 public class FSMsystem { 8 9 private Dictionary<StateID, FSMstate> StateDic = new Dictionary<StateID, FSMstate>();//保存状态ID以及ID对应的状态 10 private StateID _CurrentStateID;//当前处于的状态ID 11 private FSMstate _CurrentState;//当前处于的状态 12 13 /// <summary> 14 /// 添加状态 15 /// </summary> 16 /// <param name="state">需管理的状态</param> 17 public void AddState(FSMstate state) { 18 if (state==null) 19 { 20 Debug.Log("添加的状态"+state+"不能为null"); 21 return; 22 } 23 if (_CurrentState==null) 24 { 25 _CurrentState = state; 26 _CurrentStateID = state.ID; 27 } 28 if (StateDic.ContainsKey(state.ID)) 29 { 30 Debug.Log("状态机 "+state.ID+"已经存在，无法添加"); 31 return; 32 } 33 StateDic.Add(state.ID,state); 34 } 35 /// <summary> 36 /// 删除状态 37 /// </summary> 38 /// <param name="stateID">删除要管理状态的ID</param> 39 public void DeleteState(StateID stateID) 40 { 41 if (stateID==StateID.NoneStateID) 42 { 43 Debug.Log("无法删除Null的状态"); 44 return; 45 } 46 if (!StateDic.ContainsKey(stateID) ) 47 { 48 Debug.Log("无法删除不存在的状态：" + stateID); 49 return; 50 } 51 StateDic.Remove(stateID); 52 } 53 /// <summary> 54 /// 状态转换（状态的切换是根据转换条件的变化） 55 /// </summary> 56 /// <param name="trans">转换条件</param> 57 public void PerformTranstion(Transition trans) 58 { 59 if (trans == Transition.NoneTransition) 60 { 61 Debug.Log("无法执行NULL的转换条件"); 62 return; 63 } 64 StateID stateId = _CurrentState.GetStateID(trans); 65 if (stateId==StateID.NoneStateID) 66 { 67 Debug.Log("要转换的状态ID为null"); 68 return; 69 } 70 if (!StateDic.ContainsKey(stateId)) 71 { 72 Debug.Log("状态机中没找到状态ID "+stateId+" 无法转换状态"); 73 return; 74 } 75 FSMstate state = StateDic[stateId];//根据状态ID获取要转换的状态 76 _CurrentState.DoAfterLevAction();//执行离开上一状态逻辑 77 _CurrentState = state;//更新当前状态 78 _CurrentStateID = stateId;//更新当前状态ID 79 _CurrentState.DoBeforeEnterAcion();//执行进入当前状态前要执行的逻辑 80 } 81 82 /// <summary> 83 /// 更新当前状态行为 84 /// </summary> 85 /// <param name="TargetObj"></param> 86 public void UpdateState(GameObject TargetObj) 87 { 88 _CurrentState.CurrStateAction(TargetObj); 89 _CurrentState.NextStateAction(TargetObj); 90 } 91 92 }
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。
1 using System.Collections; 2 using System.Collections.Generic; 3 using UnityEngine; 4 5 /// <summary> 6 /// 怪物巡逻状态类 7 /// </summary> 8 public class PatrolState : FSMstate { 9 private List<Transform> path = new List<Transform>();//巡逻点 10 private int index = 0; 11 private Transform PlayerTrasform; 12 13 /// <summary> 14 /// 初始化巡逻状态数据 15 /// </summary> 16 /// <param name="fsm"></param> 17 public PatrolState(FSMsystem fsm):base(fsm) 18 { 19 stateID = StateID.Parol; 20 //路点 21 Transform pathTransform = GameObject.Find("Path").transform; 22 Transform[] children = pathTransform.GetComponentsInChildren<Transform>(); 23 foreach (Transform child in children) 24 { 25 if (child != pathTransform) 26 { 27 path.Add(child); 28 } 29 } 30 PlayerTrasform = GameObject.Find("Player").transform; 31 } 32 33 /// <summary> 34 /// 当前状态（巡逻状态）执行的逻辑 35 /// </summary> 36 /// <param name="TargetObj"></param> 37 public override void CurrStateAction(GameObject TargetObj) 38 { 39 TargetObj.transform.LookAt(path[index].position); 40 TargetObj.transform.Translate(Vector3.forward * Time.deltaTime * 3); 41 if (Vector3.Distance(TargetObj.transform.position, path[index].position) < 1) 42 { 43 index++; 44 index %= path.Count; 45 } 46 } 47 /// <summary> 48 /// 切换到追逐状态（下一状态）执行的的逻辑 49 /// </summary> 50 /// <param name="TargetObj"></param> 51 public override void NextStateAction(GameObject TargetObj) 52 { 53 if (Vector3.Distance(PlayerTrasform.position, TargetObj.transform.position) < 3) 54 { 55 fsmSystem.PerformTranstion(Transition.SeePlayer); 56 } 57 } 58 59 60 }
3.2.增加一个ChaseState类，用怪物的追逐。
1 using System; 2 using System.Collections; 3 using System.Collections.Generic; 4 using UnityEngine; 5 6 /// <summary> 7 /// 追逐状态类 8 /// </summary> 9 public class ChaseState : FSMstate { 10 11 private Transform PlayerTransForm;//玩家位置信息 12 13 public ChaseState(FSMsystem fsm):base(fsm) 14 { 15 stateID = StateID.Chase; 16 PlayerTransForm = GameObject.Find("Player").transform; 17 } 18 /// <summary> 19 /// 追逐状态下执行的逻辑 20 /// </summary> 21 /// <param name="targrtObj"></param> 22 public override void CurrStateAction(GameObject targrtObj) 23 { 24 targrtObj.transform.LookAt(PlayerTransForm.transform.position); 25 targrtObj.transform.Translate(Vector3.forward*2*Time.deltaTime); 26 } 27 /// <summary> 28 /// 切换到下一状态（巡逻）前要执行的逻辑 29 /// </summary> 30 /// <param name="targrtObj"></param> 31 public override void NextStateAction(GameObject targrtObj) 32 { 33 if (Vector3.Distance(PlayerTransForm.position,targrtObj.transform.position)>6) 34 { 35 fsmSystem.PerformTranstion(Transition.LosePlayer); 36 } 37 } 38 }
3.3 创建一个控制怪物的脚本Enemy
1 using System.Collections; 2 using System.Collections.Generic; 3 using UnityEngine; 4 /// <summary> 5 /// 怪物类 6 /// </summary> 7 public class Enemy : MonoBehaviour { 8 9 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 10 void Start () { 11 InitFsm();//创建状态机 12 } 13 14 void Update () { 15 fsmsystem.UpdateState(this.gameObject);//检查更新状态 16 } 17 /// <summary> 18 /// 创建状态机 19 /// 怪物有两种状态分别是巡逻和追逐玩家 20 /// 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 21 /// 如果他在Chase状态一旦LosePlayer状态被激活了，它就转变到Parol状态 22 /// </summary> 23 void InitFsm() 24 { 25 fsmsystem = new FSMsystem(); 26 FSMstate PatrolState = new PatrolState(fsmsystem); 27 PatrolState.AddTransition(Transition.SeePlayer, StateID.Chase); 28 FSMstate ChaseState = new ChaseState(fsmsystem); 29 ChaseState.AddTransition(Transition.LosePlayer, StateID.Parol); 30 fsmsystem.AddState(PatrolState);//初始状态 31 fsmsystem.AddState(ChaseState); 32 } 33 }
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。