Unity 动画系列三 Animator Controller

参考
Unity动画系统详解3：如何播放、切换动画？
Unity3D游戏美术全攻略：从入门到精通
学习笔记 --- Unity动画系统
技美文档 游戏动作制作流程规范
Unity游戏动画 从入门到住院：动画状态机

如果把Animation Clip比作是一段视频的话，那么Animator就是一个视频播放器，用来控制多段视频的播放、切换等等。Animator中有一个很重要的属性是Controller，这个属性引用了一种叫Animator Controller的资源，这种资源以文件的形式存储在工程中，文件内存储了动画的各种状态以及状态之间的切换规则。

一、Animator组件

image.png

1.Avatar

设置使用的骨骼节点映射。

2.Apply Root Motion

应用根节点运动。如果不启用，动画播放时根节点会保持在原地，需要通过脚本控制物体的移动。如果启用，如果动画中有运动，动画中的运动会换算到根节点中，根节点会发生运动。（通常用于人物/动物的运动动画）

3.Update Mode

设置Animator更新的时机以及timescale的设置。

• Normal Animator按正常的方式更新（随着Update调用更新，timescale减小时，动画播放也会减慢，timescale的具体含义和用法后续会详解）
• Animate Physics Animator会按照物理系统的频率更新（根据FixedUpdate调用更新，后续会详解），适用于物理交互，例如角色加上了物理属性可以推动周围的其他物体。
• Unscaled Time 根据Update调用更新，无视timescale。一般用于UI界面，当你使用timescale暂停游戏时，界面保持正常动画。

一般通过Transform位移或根节点位移植入，实现的角色动画使用Normal模式即可。如果使用Unity中的物理系统实现位移，角色需要与场景中的物体进行物理交互，应使用Animate Physics模式。Unscaled Time模式通常应用于GUI界面的动画。

4.Culling Mode 裁剪模式

• Always Animate：无论物体是否被摄像机可见，总是计算所有节点的运动，完整的进行动画播放
• Cull Update Transforms：当物体不被摄像机可见时，仅计算根节点的位移植入，保证物体位置上的正确
• Cull Completely：当物体不被摄像机可见时，完全终止动画的运行

对于玩家操作的主角人物，或者与主角密切相关的，在绝大多数情况下均可见的角色，我们通常使用Always Animate模式

对于一些配角，例如怪物，小兵，这些部分情况下可见的角色，不妨使用Cull Update Transform模式来进行优化，这样在摄像机无法看见它们的时候，它们的根节点运动仍然正确。

二、Animator Controller

Animator Controller是Animator组件必须的资源，这种资源以文件的形式存储在工程中，文件内存储了动画的各种状态以及状态之间的切换规则。

通常一个物体上有不止一段动画，使用Animator Controller可以很容易地管理各段动画以及动画之间的切换。比如角色身上有走、跑、跳、蹲的动画，使用Animator Controller可以很容易管理它们。不过，即使只有一段动画，仍然需要给动画物体添加Animator组件才能播放动画。

在project面板下，点create 找到animator controller 点击创建状态机，按F2可重命名，双击它进入状态机面板。或在window窗口，找到animator打开状态机面板。

image.png
image.png

1.状态机

Animator Controller中使用了一种叫State Machine（状态机）的技术来管理状态以及状态之间的切换。状态机由State（状态）和Transition（转换）组成。State代表一个状态，在Animator Controller中一个State可以包含一段动画、一个子状态机或一个混合树（后面会细讲）。Transition用来设置状态之间的切换条件，一般会有一个或多个条件，用于从一个状态切换到另一个状态。

在Project窗口中直接创建Animator Controller时，其中是不包含任何动画的。如下图所示：

image.png

图中包含三个节点：

• Entry 入口。动画状态机会从这个节点开始，根据Transition进入一个默认State。
• Any State 任意状态。用于从任意状态转换到特定状态。比如射击类游戏中，如果被子弹打中后，不管当前处于什么状态，都会倒地死亡。
• Exit 退出状态机。一般用于嵌套的状态机的退出（后面动画进阶模块会讲）。

注：如果无法看到状态全貌，可以使用鼠标中键，滚轮、中键按下拖动。

2.添加状态

可以在空白处右键添加Empty State，也可以将Animation Clip文件拖到Animator窗口中添加一个State。

v2-dcbf2019d0a364fa82221cecad2d5464_b.gif
第一个创建的State默认是橘黄色的，代表是默认状态。有一条黄色的箭头从Entry指向橘黄色的State。Entry本身并不包含动画，而是指向某个带有动画的状态，并设置其为默认状态。被设置为默认状态的状态会显示为 橘黄色。当然，你可以随时在任意一个状态上通过 鼠标右键->Set as Layer Default State 更改默认状态。记住， Entry 在Animator组件被激活后 无条件 跳转到默认状态，并且每个Layer 有且仅有一个 默认状态。
image.png

3.状态设置

每个State可以包含一段Animation Clip，处于该State时Animator组件所在的物体会播放该动画。选中一个State时，在Inspector中可以看到如下内容：

image.png

• Motion
  可以设置一个Animation Clip，如果是从Animation Clip创建的动画，这里应该已经有动画了，你也可以从工程中选择动画。
• Speed
  动画的播放速度 单位是倍。置为-1可倒放动画
• Multiplier
  乘数，可以使用一个参数来控制动画的播放速度，动画最终的播放速度会是Speed * Multiplier。后面会讲解Animator的参数以及如何在代码中控制参数。
• Mirror
  镜像动画。也可以使用一个参数控制。跟动画系统那边的镜像没啥区别
• Cycle Offset
  循环偏移量。可以用来同步循环的动画。偏移量使用的是单位化时间，范围是0-1。也可以使用参数来控制。
• Foot IK
  只用于人形动画。角色的脚是否使用反向动力学。
• Write Defaults
  是否初始化该State没有用到的参数为默认值。如果一个Clip对于角色某个节点的某个属性完全不涉及，那么播放该Clip时，对于不涉及的属性值，是要置为初始状态，还是置为其它Clip末尾时对该值的修改结果。勾选则置为0帧初状态，不勾选则应用之前播放的Clip对其修改的结果
  Write Default主要是针对人物骨骼之外的一些节点，例如武器，跟随物，这些节点只在部分互动动作之中被用到，那些没有使用该节点的动作执行时，是要让节点处于初始状态，还是上一次互动动作末尾时的状态
• Transitions
  该状态参与的状态转换。下面会细讲。

4.Parameters参数

image.png
Animator Controller中的参数可以作为控制transition切换的条件，也可以控制上面可以参数化的属性比如State中的几个属性。
image.png
Animator Controller的参数可以通过代码进行控制，进而控制整个Animator状态机的运转。

参数共有4种类型：

• Int 整数类型
• Float 浮点数（小数）类型
• Bool true或false（真或者假，用于逻辑判断），界面上显示为复选框
• Trigger 触发器，与Bool有点类似，但是transition在使用这个参数后会被自动设置为false状态。界面上显示为一个圆形按钮。

5.Transition

在一个State上右键，在弹出菜单中选择Make Transition，可以创建一个到其他State的Transition。点击代表Transition的箭头，可以在Inspector上看到这条Transition的具体情况。选中Transition的源State（从哪个State出发），也可以在State的Inspector中看到这条Transition的具体信息。

image.png

• Solo
  如果两个State之间有多条Transition，勾选这个选项后，只有选中Solo的Transition生效。其他Transition会被禁用。Solo和Mute通常被用于调试，进行一些单向的过渡，或禁止向某个状态进行过渡，从而在限制性的范围内，观测状态机的运行。

• Mute
  勾选这个选项后，该条Transition会被禁用。如果同时选中了Solo和Mute，Mute会优先生效。

• Name Field

  
  image.png
  

  名称框。如上图所示，可以给Transition命名，用于区分两个State之间的多个Transition时非常有用。

• Has Exit Time
  是否有退出时间条件。退出时间是一种特殊的transition条件，它没有依赖参数（下面会讲），而是根据设置的退出时间点作为条件进行状态转换。

• Exit Time
  如果勾选了Has Exit Time，该参数是可以设置的，设置动画退出的单位化时间。例如设置为0.75，代表动画播放到75%时为true，如果没有其他条件，会直接切换到下一个State。
  如果exit time小于1，那么state每次循环到对应位置的时候（不管动画是否设置为循环，state总是循环的），该条件都会为true。比如第一次播放到75%，第二次播放到75%……时退出条件都会为true。
  如果exit time大于1，该条件只会检测一次。比如exit time为3.5，state的动画会在循环3次后，在播放到第4次的50%时为true。

• Fixed Duration
  勾选时，下方Transition Duration参数的单位是秒，不勾选时，参数会作为一个百分比。

• Transition
  Duration transition的过渡时间。两个状态在转换时，一般不会瞬间从一个状态转换到另一个状态，而是会经过平滑混合，这个属性就是设置了平滑混合的时间。可以从下图的两个蓝色箭头看出转换的时间。

  
  image.png

• Transition Offset
  目标状态开始播放的时间偏移。比如设置为0.5，则转换到下一个State时，会从50%的位置开始播放。

• Interruption Source和Ordered Interruption
  这两个参数可以用来控制transition的打断。下面会进行详解。

6.Transition图

上面的参数不仅可以手动修改数值，也可以通过Transition图预览、修改。

可以直接拖动

7.Conditions 条件

一个Transition可以有一个条件，也可以有多个条件，甚至没有条件。

如果Conditions中没有条件，但是勾选了Has exit time，那么exit time会被作为state退出的条件，到达exit time时，会切换到下一个state。

如果有一个或多个条件，需要同时满足这些条件才能切换下一个state。

一个条件可以是：

• 相等/不相等判断，一个参数等于/不等于一个常量时为true（int，float，bool类型参数）
• 比较判断，一个参数与一个常量的比较结果（int，float类型参数）
• 触发器，触发器激活时为true

如果Has Exit Time勾选了，并且transition还有一个或多个条件，那么transition需要同时满足到达exit time同时条件全为true，才会切换到下一个state。

一个transition至少要有一个条件（Has Exit Time可以作为一个条件），否则transition会被忽略。

8.AnyState

根据上文总结一下：Entry作为入口，动画状态机会从这个节点开始，根据Transition进入一个默认State。第一个创建的State默认是橘黄色的，代表是默认状态。有一条黄色的箭头从Entry指向橘黄色的State。
Any State 任意状态。用于从任意状态转换到特定状态。比如射击类游戏中，如果被子弹打中后，不管当前处于什么状态，都会倒地死亡。
Exit 退出状态机。一般用于嵌套的状态机的退出（后面动画进阶模块会讲）。
注意不能创建指向Any State或是Entry的状态

参考
Unity3D基础41：状态机实现人物站立、跑步与后退动画切换
Unity3D基础42：AnyState大法
哪怕是最简单的角色，一般来讲都可能需要6-7个动画以上，例如一些最基本的：跑步、后退、受击、跳跃、攻击、死亡等等，这个时候，状态机的规模就已经不能算小了，而更主要的是假设有n个状态，它们之间连线可能有n²个这么之多，不但难以维护，每次光看就头皮发麻，状态机变成了蜘蛛网

为了解决这种问题，往往有3种简单解决方法：

①减少一些连线：例如从跳跃到跑步，它们之间可以没有连线，也就是从跳跃状态到跑步状态，中间必须要经过站立状态等等，优点的话当然就是线的数量变少了，但是缺点也很明显：代码实现变复杂、优化效果不明显需要死扣细节、容易出现BUG、动画过渡之间不够自然等等等等……

②分层管理，也就是新建子状态，这个不想多说，看似管理的挺好，但是结构仍然复杂，会有种自己骗自己的感觉，当然也没什么人用就是了，往往用了也不是最终目的

③AnyState大法：也就是本篇文章所讲的方法，一句话说就是一个AnyState向所有状态连线，一个例子如下：

image.png
AnyState的用法前面其实已经讲过了，就是所有状态的代表，如果AnyState向状态B连线，条件为A，那么同等于所有状态都向B连了一条条件为A的线。说白了，AnyState大法就相当于是动画池，不管你当前的状态，我要你现在干什么，你就立刻去干什么。

PS：其实在正常的大型游戏项目里，也就是一个角色甚至有50多种动画的情况，往往以上三种方法都仍然不适用，这个时候是另有更复杂解决方案的，当然这里就不提了。。

9.Unity的Animator中Transition有延迟的问题

小新：“我的需求是这样的，我有一个模型，做了3段路径动画，想要每次点击模型的时候能够切换到下一段动画，但是前提要保证上一段动画播放完成才行。我用了Has Exit Time，但是发现总是会有延迟，而且延迟的时间还不一样。你说这是怎么回事？”
大智：“我看看你的Animator Controller是怎么画的？”
小新：“就是这样的，然后我设置了Step1到Step3每个的Has Exit Time，然后根据一个int类型的参数step来切换，确保切换的时候动画已经播放完毕，但是切换总会有延迟。”

image.png

大智：“关键就是你对Has Exit Time的理解有偏差，勾选Has Exit Time以后，这个条件只在符合对应的时间时为True，并不是说动画播放完毕后就一直为True，而是每个循环只有一帧为True。即使是不循环的动画，这个条件也只在符合对应的时间时为True。比如Exit Time设置为1，那就意味着normalized time为1、2、3、4……时Has Exit Time条件才为True。”

小新：“哦，我知道了，我一直理解的是勾选了Has Exit Time后，动画播放完毕这个条件就一直为True。原来我理解错了，怪不得延迟的时间还不一致，是因为虽然动画没在播放，但是normalized time还在增长，只有到exit time时才会切换。”

注个人理解：如果Has Exit Time勾选了，并且transition还有一个或多个条件，那么transition需要同时满足到达exit time同时条件全为true，才会切换到下一个state。当使用int类型的参数step进行切换时，参数条件确实满足切换了，但是exit time错过了normalized time那个点(每个循环只有一帧为true)，并不满足切换条件，需要循环到下一个点才切换，这个等待时间就是问题所说的延迟，并且每次还不一样。

大智：“那你觉得应该怎么改？”
小新：“那我就不用Has Exit Time呗，自己来判断是否切换状态。”
大智：“嗯，这倒是一种办法，但是其实还有一种办法。”
小新：“什么办法？”
大智：“加一个Idle的状态，从这个状态转换到不同的动画。”

image.png

小新：“哦，我明白了，现在通过Has Exit Time，播放完每个Step的动画后切换回Idle的状态，然后在Idle状态下切换到不同的Step，可以保证每段动画能播放完。”

三、Transition Interruption

之前我们提到了Interruption Source和Ordered Interruption 这两个参数可以用来控制transition的打断。那么究竟什么是transition打断呢？

image.png

一般情况下，动画系统的transition是不能打断的：一旦transition开始从一个state切换到另一个state，没有打断的方法。就像乘坐跨大西洋航班的乘客一样，你舒适地坐在座位上，直到到达目的地，无法改变主意。对于大多数用户来说，这很好。

但是如果你需要对transition进行更多控制，可以通过多种方式配置动画系统来满足需求。如果你对目前的目的地不满意，你可以跳进飞行员的座位，在飞行途中改变计划。这能带来更灵活的动画控制，但也很有可能迷失在复杂的打断中。

我们通过几个例子来深入探索一下打断。从一个相当简单的状态机开始，这个状态机具有四个状态，标记为A到D，并且使用trigger作为每个transition的条件。

image.png
默认情况下，当A到B的切换触发后，状态机开始切换到B，在切换到B之前无法被改变。但是，如果将A->B的transition的interruption source属性从None切换到Current State，A到B的切换就可以被A上的一些触发器中断。
image.png
为什么只有一些呢？因为Ordered Interruption属性默认也会被勾选。这意味着只有优先级大于当前的transition才能打断。选中State A，在Inspector中查看，我们看到A -> C的优先级高于 A -> B，那也意味着只有A -> C能打断A -> B的转换。
image.png
如果我们激活A->B的trigger，然后立马激活A->D的trigger，A到B的transition不会被打断。但是，如果我们激活A->B的trigger，然后立马激活A->C的trigger，A到B的transition会被打断，转而切换到C。

在动画系统内部，会记录下被打断时的动画的状态，然后从打断的状态混合到新的目标动画。

image.png
如果不勾选Ordered Interruption属性，会发生什么情况呢？A->C 和 A->D 都能打断 A -> B 的transition了。但是，如果在同一帧激活了A->C和A->D的trigger，A->C仍然会优先激活因为A->C的优先级更高。

如果将A -> B的interruption source属性改为Next State，也就是下一个状态。A->C 和 A->D就不能打断A -> B了。如果我们激活A->B的trigger，然后立马激活B->D的trigger，A到B的transition会被打断，转而切换到D。

B上的Transition的顺序也有影响。但是这时候Ordered Interruption属性就无法勾选了（因为A -> B是在State A上不在State B上，不参与B的排序）。B上transition的顺序会决定同时触发时，会使用哪一个transition。例如下图的排序，如果B->D 和B->C在同一帧被触发，B->D的transition会被执行。

image.png

如果想完整控制，我们可以设置interruption source属性为Current State Then Next State或Next State Then Current State。设置为这两个值时，State A和State B上的transition都会被考虑在内。例如设置如下，选中了Current State Then Next State：

image.png

如果A到B切换时，同时激活的A->C, A->D, B->C和B->D，会发生什么情况？

如果选中了Ordered Interruption，那么首先可以忽略A->D（因为比A->B）的优先级低。然后先考虑Current State A，那么A->C会胜出，甚至不用考虑Next State B了。

image.png

如果同样的配置，只激活了B->C 和 B->D，那么B->D会胜出，因为B->D的优先级比B->C更高。

小结

上面我们只使用了A->B一种情况作为例子进行了讲解，其他的中断都是类似的，只需要根据他们自身的规则即可。

有一点很重要需要记住的是：不管打断发生了几次，只要transition没有完成，source state会一直不会变。比如A->B被B->C打断，又被C->D打断，transition未完成前source state会一直是A。Animator.GetCurrentAnimatorStateInfo()也会返回State A。

简而言之，transition中断功能很强大，并提供了很大的灵活性，但会变得非常混乱。因此，合理地使用transition中断，而且一定要在编辑器中多进行测试。

1.另外可以参考Unity Animator动画状态机

image.png

• Current State：前一个状态开始的状态过渡可以打断正在进行的状态过渡
  如上图状态过渡，当处于A->B过渡时，如果触发A->D条件，过程不会被打断；如果触发A->C条件，A->B立刻被打断转而执行A->B过渡。
• Next State：从后一个状态开始的状态过渡可以打断正在进行的状态过渡
  A->C 和 A->D 将无法打断这个过渡。但是，此时当我们在 A->B 过程中去触发 B->D，State Machine 将立刻开始 A->D 的过渡，并且整个过程不需要完成 A->B 的Transition。
• Current State Then Next State || Next State Then Current State：决定哪个动画State上的过渡节点优先权更高，前者表示先看前一个State的优先级如果没有被触发，再看后一个State的优先级，后者则相反，来达到不同的融合与打断效果。