Unity 状态机系统

概述

这是一个 Unity 状态机系统，主要用于管理 NPC 的行为状态。支持枚举状态管理、黑板数据共享和状态转移。

主要功能

• 状态机管理：基于枚举类的状态切换系统
• 黑板系统：状态间数据共享机制

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系统架构

文件结构

StateMachine/
├── IState.cs              # 状态接口。用于规范状态应该实现的功能标准，不用于实现。
├── BaseState.cs           # 基础状态抽象类。用于被继承，实现具体的状态。
├── StateMachine.cs        # 状态机管理器。可挂载脚本。用于被Controller调用。
└── BlackBoard.cs          # 黑板基类。用于读写数据。

HumanController/
├── HumanStates.cs         # 状态枚举定义
├── HumanBlackboard.cs     # 人物黑板数据
├── HumanController.cs     # 人物控制器
├── HumanIdleState.cs      # 空闲状态
└── HumanMoveState.cs      # 移动状态

系统流程图

graph TD
    A[任何Controller] --> B[初始化黑板]
    B --> C[初始化状态机]
    C --> D[添加状态]
    D --> E[运行状态机]
    E --> F[状态1]
    F -->|完成条件| G[状态2]
    G -->|完成条件| H[状态3]
    H -->|完成条件| F

Loading

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主要组件

1. 状态枚举 (HumanStates)(举例，需要据场景单独实现)

• 枚举类，只作为状态的“名字”使用
• 在StateMachine中用一个词典记录每个枚举对应的状态实例

实现例子：

public enum HumanStates
{
    Idle,    // 空闲状态
    Move,    // 移动状态
    Attack,  // 攻击状态
    Hurt,    // 受伤状态
    Dead     // 死亡状态
}

2. 基础状态类 (BaseState)

• 抽象基类，提供通用状态功能
• 支持枚举状态转换权限控制

主要方法：

public virtual void OnEnter()                    // 进入状态
public virtual void OnUpdate()                   // 状态更新
public virtual void OnFixedUpdate()              // 物理更新
public virtual void OnExit()                     // 退出状态
public virtual bool CanTransitionTo(Enum state)  // 检查转换权限
public void RequestTransition(Enum state)        // 请求状态转换

3. 黑板系统 (HumanBlackboard)(举例，需要据场景单独实现)

• 记录变量和数据

实现例子：

public class HumanBlackboard : BlackBoard
{
    [Header("Human Config")]
    public Transform humanTransform;
    
    [Header("Human Idle State Config")]
    public float idleDuration;
    
    [Header("Human Move State Config")]
    public float moveDuration;
    public float moveSpeed;
    public float moveRange;
}

4. 状态机(StateMachine)

• 状态初始化和切换
• 状态行为控制
• 调试日志输出

主要方法：

public void Initialize(Enum stateType, BlackBoard blackBoard)  // 初始化
public void AddState(Enum stateType, BaseState state)          // 添加状态
private void Update()                                          // 状态的Update函数在这里调用
private void FixedUpdate()                                     // 状态的FixedUpdate函数在这里调用
public bool ChangeState(Enum stateType)                        // 切换状态，状态的进入/退出事件在这里实现

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使用方法

1. 基本设置

1. 创建空的GameObject
2. 添加必要组件：
   • Controller 自行实现的管理类脚本
   • StateMachine 组件（自动添加）
   • Rigidbody2D 组件

2. 调试模式

设置 StateMachine 中的 debugMode = true 后可以在 Console 中看到：

• 状态机初始化信息
• 状态切换日志
• 错误和警告信息

3. 运行游戏

检查Console中的日志

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具体案例

一个2D横板场景，实现NPC闲置和移动。

空闲状态 (HumanIdleState)

• NPC 停止移动，保持静止状态
• 计时结束后自动切换到移动状态

逻辑： 实现一个继承自BaseState的HumanIdleState。重写其中方法。

// 实现构造函数，设置可转移状态和黑板
public HumanIdleState(StateMachine stateMachine, GameObject owner) : base(stateMachine, owner)
{
    rb = owner.GetComponent<Rigidbody2D>();
    // 在此处设置允许转移到的状态
    SetCanTransitionToStates(new Enum[]
    { 
        HumanStates.Move,
        HumanStates.Attack,
        HumanStates.Dead
    }); 

    // 在此处设置黑板，读取需要初始化的数据
    if (stateMachine.blackBoard != null)
    {
        humanBlackboard = stateMachine.blackBoard as HumanBlackboard;
        idleDuration = humanBlackboard.idleDuration;
    }
}

public override void OnEnter()
{
    idleTimer = 0f;
    // 停止移动
    rb.velocity = Vector2.zero;
}

public override void OnUpdate()
{
    idleTimer += Time.deltaTime;
    if (idleTimer >= idleDuration)
    {
        // 切换到移动状态
        RequestTransition(HumanStates.Move);
    }
}

移动状态 (HumanMoveState)

• 随机选择左右移动方向
• 横版游戏移动（只有X轴移动）
• 计时结束后切换到空闲状态

逻辑：

/*
初始化和HumanIdleState类似
*/

public override void OnEnter()
{
    moveTimer = 0f;
    
    float horizontalDirection = UnityEngine.Random.Range(0, 2) == 0 ? -1f : 1f;
    moveDirection = new Vector2(horizontalDirection, 0f);
}

public override void OnFixedUpdate()
{
    if (rb != null)
    {
        rb.velocity = moveDirection * moveSpeed;  // 应用移动
    }
}

public override void OnUpdate()
{
    moveTimer += Time.deltaTime;
    if (moveTimer >= moveDuration)
    {
        // 切换到空闲状态
        RequestTransition(HumanStates.Idle);
    }
}

人物控制器 (HumanController)

• 管理NPC的整体行为/属性
• 从外部创建及使用状态机

组件需求：

• 必须有状态机组件
• 必须有刚体组件（也可以改成传递刚体参数）

初始化流程：

1. 初始化黑板数据

// 设置一些状态机需要的参数
public void InitializeBlackboard()
{
    humanBlackboard = new HumanBlackboard();

    humanBlackboard.humanTransform = transform;
    humanBlackboard.idleDuration = 2f;
    humanBlackboard.moveDuration = 3f;
    humanBlackboard.moveSpeed = 2f;
}

2. 初始化状态机

public void InitializeStateMachine()
{
    // 状态机的初始化需要一个初始状态和黑板
    stateMachine.Initialize(HumanStates.Idle, humanBlackboard);

    // 为状态机添加状态
    stateMachine.AddState(HumanStates.Idle, new HumanIdleState(stateMachine, gameObject));
    stateMachine.AddState(HumanStates.Move, new HumanMoveState(stateMachine, gameObject));
}

3. 启动状态机

// 开始运行，进入初始状态
stateMachine.RunStateMachine();

4. 调用函数

// 在Controller中按顺序调用即可
private void Start()
{
    InitializeBlackboard();
    InitializeStateMachine();
    stateMachine.RunStateMachine();
}

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版本信息

• Unity 版本：Unity 2022.3+
• 编程语言：C#
• 适用场景：NPC行为管理、2D横版游戏

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