Cinemachine(一)VirtualCamera和Brain的简单介绍

2020/10/02 08:50
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简介

在游戏中,摄像头的效果是非常重要的,将会直接影响到呈现在玩家眼中的画面,好的效果可以直接提高玩家的游戏体验,给予一种身临其境的感觉。例如在一个FPS游戏中,我们往往需要摄像头跟随我们的角色,做一些第一人称第三人称的切换,当角色进入室内时需要调整摄像头位置来防止被墙挡住,在使用倍镜时需要摄像头观察远处的画面等等。以为要实现这些效果我们需要编写很多的控制代码来控制我们的Camera,然而再有了Cinemachine之后,一切都会变得简单起来。

Cinemachine是Unity在2017版本推出的一套处理Camera的组件,利用Cinemachine我们可以不通过敲代码就实现很多摄像机功能。例如上面提到的那些需求,Cinemachine都可以帮我们快速的实现,此外我们还可以利用Cinemachine加上Timeline,做一些过场动画等效果。

官方文档:https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.cinemachine@2.6/manual/index.html

我们可以通过Package Manager来安装Cinemachine(如下左图),安装好后,在我们的Unity工具栏就会多出一项Cinemachine的选项供我们使用(如下右图)。

                           

注:文章中使用的是Cinemachine2.6的版本,需要Unity版本为2018.4.17f1或者更新。

 

简单使用

安装好Cinemachine后,我们来看看点击Cinemachine菜单下的 Create Virtual Camera 之后会发生什么,可以发现我们场景中多了一个名为 CM vcam1 的GameObject,挂载着 CinemachineVirtualCamera 组件(如下左图,后续称为VirtualCamera)。同时我们的Main Camera身上也多了一个 CinemachineBrain 组件(如下右图),这两个组件就是我们Cinemachine的核心了。

                                            

接着我们在场景中新建一个Cube,将这个Cube拖到VirtualCamera的FollowLook At的设置当中。此时就会发现,我们的Main Camera看向了我们的Cube,并且当我们移动Cube的时候,Camera也会跟着一起移动。

没有写一行代码,就实现了最简单的Camera跟随物体的功能了!

Blend

接着,我们创建第二个VirtualCamera(CM vcam2),此时画面会变为新的VirtualCamera看见的画面。我们调整该VirtualCamera的坐标和旋转,从另个角度看向Cube,例如下图。

然后我们隐藏该VirtualCamera,会重新显示CM vcam1的画面,然后运行Unity。运行后,我们再将CM vcam2设为active状态,此时可以发现,我们的画面会从CM vcam1切换到CM vcam2,例如下图:

这个过程我们称之为Blend,没有代码就实现了镜头切换(混合)的效果。

 

CinemachineVirtualCamera

CinemachineVirtualCamera是Cinemachine的核心组件之一,前面我们利用了其Follow和Look At就简单的实现了Camera的跟随和看向物体的功能,接下来我们来详细的看看它各个设置的作用。

Base

先来看看如下图这些基础设置的含义

Status

在任何时间,我们的VirtualCamera都处于下面三种状态中的一种:

Live 当前控制着Camera(带有CinemachineBrain组件)的VirtualCamera,即处于Live状态。当一个VirtualCamera混合到另一个时,该过程中,两个VirtualCamera都处于Live状态,当混合结束或者其他情况下,同一时刻内只会存在一个Live状态下的VirtualCamera。
Standby

没有控制着Camera的VirtualCamera,即处于Standby状态。该状态下的VirtualCamera还是会一直跟随和看向设置的目标,并且每帧都会更新。该状态下的VirtualCamera属于激活状态(active与enable等于true),并且其 priority 的值小于或等于Live状态的VirtualCamera。

注:2.6.3新增StandbyUpdate设置,可以设置更新频率(详情见下)

Disabled 当VirtualCamera属于未激活状态(active或enable等于false),即处于Disable状态。该状态下没有任何的性能消耗,即不会控制Camera,不会跟随目标,不会每帧更新等。不过如果该VirtualCamera参与混合或者被Timeline调用,那么依旧可以控制Camera

Solo按钮:选中该按钮,可以将当前的VirtualCamera临时的设置为Live状态,帮助我们查看对应的镜头效果。

Game Window Guides

开启后,会在Game视图中显示一些辅助线(如下图)。这些辅助线会在VirtualCamera看向(Look At)一个指定的GameObject并且Aim设置为ComposerGroup Composer或者跟随(Follow)一个指定的目标并且Body设置为Framing Transposer时出现。

注:该设置应用于所有的VirtualCamera,例如我们在其中一个VirtualCamera开启或关闭该功能,那么所有的VirtualCamera的该项设置都会开启或关闭。

Save During Play

开启后,可以在运行状态下直接保存我们对VirtualCamera设置的修改,而不需要我们通过复制粘贴的方式来记住这些修改了的属性。

注:和Game Window Guides一样,是一个应用于所有VirtualCamera的设置。

Priority

权重,值越大说明优先权越高。例如:一个非Live状态的VirtualCamera,当其Priority值大于等于当前Live状态下VirtualCamera并且自己属于激活状态,那么CinemachineBrain会选择它作为新的Live状态的VirtualCamera。

注:使用Timeline处理VirtualCamera时,该属性不起作用

Follow

跟随目标,即VirtualCamera会跟着设置的目标移动而移动。会根据Live状态的VirtualCamera所设置的目标结合Body中的设置来更新Camera的Position。若不设置目标,Camera的Position就会与VirtualCamera同步。例如我们可以用Timeline来给VirtualCamera添加动画,然后Camera也会产生相同效果。

Look At

看向目标,即Camera看向的目标(Transform.LookAt)。会根据Live状态的VirtualCamera所设置的目标结合Aim中的设置来更新Camera的Rotation。若不设置目标,Camera的Rotation就会与VirtualCamera同步。

Standby Update

设置处于Standby状态的VirtualCamera的更新频率(2.6.3新增),有如下三个选项

Always 每帧更新
Never 不更新
Round Robin 偶尔更新,具体更新频率取决于Standby状态的VirtualCamera数量

Lens

如下三个设置和Camera中的相同设置所对应,Camera中的值会跟此同步。例如一个带有CinemachineBrain的Camera,当它对应的Live状态的VirtualCamera的FOV值改为77,那么Camera中的FOV值也会相应的变为77。

Field Of View FOV,控制Camera的视窗大小
Near Clip Plane Camera最近能看见的距离
Far Clip Plane Camera最远能看见的距离

Presets:在Field Of View右侧有个小的下拉框,点击Edit Presets可以新建或修改用做预设的Asset文件。Lens Presets Asset文件内容如下:

Presets可以帮助我们快速的设置FOV等属性。

Dutch:用于修改Camera中Rotating的z轴值,取值范围 -180~180 。

Transitions

2.6.3新增

BlendHint

从最开始的例子中可以看见,当一个VirtualCamera混合到另一个VirtualCamera的过程中,Camera会有一个行径的路线,并且伴随着Camera的旋转。该设置可以选择混合到该VirtualCamera或从该VirtualCamera混合到别的时的路线方式。

None 坐标和朝向以一种标准的线性混合
SphericalPosition 如果两个VirtualCamera有共同的LookAt目标,那么坐标的行径路线会像在圆的面上一样。
CylindricalPosition 如果两个VirtualCamera有共同的LookAt目标,那么坐标的行径路线会像在圆柱的面上一样。
ScreenSpaceAimWhenTargetsDiffer Standard linear position blend, radial blend between LookAt targets

Inherit Position:开启时,当VirtualCamera状态变为Live时,则会继承上一个Live状态的VirtualCamera的Position信息。

On Camera Live:回调

 

Body

Body的设置主要用于指定VirtualCamera的移动规则,主要有如下七大类:

Do nothing 不移动VirtualCamera
3rd Person Follow 适用于第三人称或第一人称的跟随效果
Framing Transposer 根据Follow设置的目标,以固定的屏幕空间关系移动
Hard Lock To Target 根据Follow设置的目标,以固定的关系移动
Orbital Transposer 根据Follow设置的目标,以可变的关系移动,例如可以选择接收玩家的输入
Tracked Dolly 沿着预先设置的路径移动
Transposer 根据Follow设置的目标,以固定的关系移动

由于不同的设置扩展出来的参数非常之多,这边就不做过多的介绍了,简单介绍几个常见的设置,其他设置请大家自行查阅文档,若后续有使用到也会进行介绍。

Binding Mode

该选项主要影响VirtualCamera的偏移(Offset)和阻尼(Damping)的计算方式,有以下几种坐标空间供选择:

Lock To Target VirtualCamera相对于Follow目标的模型空间计算偏移,当目标旋转,Camera也会跟着旋转,保持偏移量不变。
Lock To Target With World Up 与Lock To Target不同的是,该模式下会忽略模型的x和z的转动,只有y轴转动时,Camera才会跟着旋转
Lock To Target No Roll 与Lock To Target不同的是,该模式下会忽略模型的z的转动,当x或y轴转动时,Camera会跟着旋转
Lock To Target On Assign 测试时感觉和Lock To Target没什么区别,待定。。。
World Space VirtualCamera在世界坐标中相对于Follow目标原点的计算偏移,当目标旋转时,VirtualCamera的位置不会发生变化
Simple Follow With World Up VirtualCamera在世界坐标中相对于Follow目标在世界坐标中移动的方向的计算偏移和阻尼(不受在Y轴移动影响),例如一开始Camera在目标的世界坐标z轴负方向位置,当目标向世界坐标x轴正方向移动时,Camera会慢慢移动到目标的世界坐标x轴负方向位置。类似于小弟在屁股后面跟着的效果

注:单独测试跟随效果的时候最好不要设置Look At目标,以防干扰。

Damping

阻尼,数值越小,Camera响应的越快。当Damping设置为0时,Camera会和目标同步运动,若Damping大于0,Camera的运动会慢于目标。

X Damping 维持offset的x轴值时的阻尼
Y Damping 维持offset的y轴值时的阻尼
Z Damping 维持offset的z轴值时的阻尼
Pitch Damping 当目标沿自身x轴转动时,Camera跟随目标时的阻尼
Yaw Damping 当目标沿自身y轴转动时,Camera跟随目标时的阻尼
Roll Damping 当目标沿自身z轴转动时,Camera跟随目标时的阻尼

 

Aim

Aim的设置主要用于指定VirtualCamera的旋转规则,主要有如下六大类:

Do nothing 不对Virtual Camera做任何旋转
Composer 保持Camera始终看向目标
Group Composer 可以使Camera看向多个目标,如果看向的目标是Cinemachine Target Group,会自动调整Camera的FOV和距离,来确保组里的所有对象都能被看见
Hard Look At 保持Look At的目标始终在屏幕中间,该选项没有额外的设置
POV 通过用户输入来旋转Virtual Camera
Same As Follow Target Virtual Camera的Rotation值保持和Follow目标的Rotation值相同(因此使用此模式必须设置Follow目标)。如果我们Body选择的是Hard Lock to Target,那么就可以通过Follow的目标来控制Camera的路径和旋转

 

Noise

噪点,使用该属性可以利用Virtual Camera模拟Camera抖动的效果。Cinemachine中有一个名为 Basic Multi Channel Perlin 的组件,可以利用Perlin noise来移动Virtual Camera(Perlin noise是一种可以通过自然行为计算随机运动的技术)。

Noise Profile

Basic Multi Channel Perlin组件需要设置一个配置文件,每个配置文件都属于一个Asset,用来定义随着时间变化的噪点行为。

Cinemachine自带了几个配置文件,我们可以编辑它们或者创建自己的配置文件,内容如下:

Pivot Offset

当相机因为抖动旋转时,偏移相机中心点的坐标。(2.6.3新增)

Amplitude Gain

振幅,该值会与Profile中设置的Amplitude值相乘,例如设置为1,等于使用Profile中设置的Amplitude。

Amplitude值越大,则抖动的幅度会越大。

Frequency Gain

频率,该值会与Profile中设置的Frequency值相乘,例如设置为1,等于使用Profile中设置的Frequency。

Frequency值越大,则抖动的速度会越快。

 

Extensions

该部分内容较多,留到后续讲解。

 

CinemachineBrain

CinemachineBrain是Cinemachine中另一个核心组件,可以称之为大脑。它挂载在Camera上,监控着场景中所有active状态(Live和Standby)的VirtualCamera。若一个inactive状态的VirtualCamera,其Priority值大于等于当前Live状态的VirtualCamera,当我们将其设置为active状态,那么CinemachineBrain就会选择它作为新的Live状态的VirtualCamera。我们可以使用这种方法来实现镜头的切换。

注:我们也可以使用Timeline来控制VirtualCamera,这种情况Timeline的处理逻辑会覆盖CinemachineBrain的。

CinemachineBrain的设置如下:

Show Debug Text

开启后会在Game视图中显示当前Live状态下的VirtualCamera的文本信息,如图:

Show Camera Frustum

开启后在Scene视图中会始终显示Camera的视锥体。

Ignore Time Scale

使VirtualCamera响应用户的输入和阻尼时忽视TimeScale的设置。

World Up Override

用于指定VirtualCamera在世界空间中向上的向量,若为空,则为世界空间中Y轴的方向,即 (0, 1, 0)。否则使用设置的目标的Y轴的方向。使用好该设置对于避免万向节锁(gimbal-lock)非常重要。

Update Method

VirtualCamera更新位置和旋转的方式

Fixed Update VirtualCamera的更新与物理模块同步
Late Update 在MonoBehaviour的LateUpdate中更新
Smart Update 每个VirtualCamera根据其目标的更新方式来更新,推荐使用
Manual Update VirtualCamera不会自动更新,必须我们手动的调用ManualUpdate()来更新(应该在Camera跟随或看向的目标移动后调用)

注:Smart Update具体是通过UpdateTracker实现的。在一定时间内(UpdateStatus.kWindowSize = 30,即30帧内),通过调用UpdateTracker.OnUpdate(UpdateTracker.UpdateClock),可以计算出VirtualCamera的目标在fixedUpdate移动次数多还是在lateupdate移动的次数多,用来判断下一段时间用fixedUpdate还是lateUpdate。具体可以看UpdateTracker.OnUpdate方法。

Blend Update Method

主摄像机混合和更新的时机

Fixed Update 仅在Update Method使用的是Fixed Update并且在混合时发现剧烈震动时使用
Late Update 在MonoBehaviour的LateUpdate中出来,推荐使用

Default Blend

用于设置两个VirtualCamera混合的方式,除Cut外,其它方式可在后面设置一个混合的持续时间。

Cut 瞬切,立马显示下个VirtualCamera的画面
Ease In Out S型曲线,混合开始和结束时比较平滑(慢->匀速->慢)
Ease In 混合结束时比较平滑(匀速->慢)
Ease Out 混合开始时比较平滑,然后匀速到结束(慢->匀速)
Hard In 混合开始时很很慢(从超级慢开始加速)
Hard Out 混合结束时很很慢(从较快速度减速到超级慢)
Linear 匀速移动
Custom 自定义混合曲线

Custom Blends

在前面的设置中,设置的是所有的VirtualCamera的混合方式,但是假如当我们的场景中有多个VirtualCamera,并且不同的VirtualCamera之间的混合方式不尽相同的时候,就需要通过该属性来设置不同VirtualCamera之间的混合方式了。会生成一个Asset用来存储数据,具体设置如下。

Camera Cut Event

当一个VirtualCamera变为Live状态,并且其混合方式为Cut的情况下触发

brain.m_CameraCutEvent.AddListener(CameraCutEvent);

void CameraCutEvent(CinemachineBrain brain)
{
    Debug.Log(brain);
}

Camera Activated Event

当一个VirtualCamera变为Live状态时触发,若带有混合,则触发在混合开始的第一帧。

brain.m_CameraActivatedEvent.AddListener(CameraActivatedEvent);

//第一个参数为新的Live状态的VirtualCamera,第二个参数为上一个Live状态的VirtualCamera
void CameraActivatedEvent(ICinemachineCamera liveCamera, ICinemachineCamera lastCamera)
{
    Debug.Log(liveCamera);
    Debug.Log(lastCamera);
}

 

Cinemachine鼓励我们多创建VirtualCamera,因为VirtualCamera只会消耗很小的性能。我们可以将除了正在使用的VirtualCamera都关闭,来达到最佳的性能。

也建议一个镜头使用一个VirtualCamera,例如两个角色对话的过场动画,我们可以使用三个VirtualCamera,一个看向两个角色中间,另外两个分别给角色特写,然后利用Timeline来同步声音和VirtualCamera。例如一开始开启着看向屏幕中间的VirtualCamera,当其中一个角色需要单独特写的时候,再开启对应的VirtualCamera,当不需要特写的时候关闭,镜头就又会回到看向屏幕中间的VirtualCamera。

暂时先只介绍了具体参数含义,后续将介绍更多的使用情景

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