5.4 Cinemachine

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5.4 Cinemachine 5.4 Cinemachine：Unity 动态相机系统的艺术在现代游戏和互动体验中，相机扮演着至关重要的角色。它不仅是玩家观察世界的窗口，更是叙事、情感表达和游戏节奏控制的关键工具。手动控制复杂的相机行为既耗时又容易出错，尤其是在动态的游戏场景中。Unity Cinemachine 的出现，彻底改变了游戏开发者处理相机问题的方式。它提供了一套强大的工具，以程序化的、直观的方式创建复杂的相机行为，让开发者能够专注于游戏的创意和核心玩法，而不是繁琐的相机控制细节。本章节将深入探讨 Unity Cinemachine，从基础概念到高级技巧，结合代码实践和详细解释，帮助你掌握这一强大的相机系统，为你的 Unity 项目注入电影级的镜头语言。 5.4.

5.4 Cinemachine

5.4 Cinemachine：Unity 动态相机系统的艺术

在现代游戏和互动体验中，相机扮演着至关重要的角色。它不仅是玩家观察世界的窗口，更是叙事、情感表达和游戏节奏控制的关键工具。手动控制复杂的相机行为既耗时又容易出错，尤其是在动态的游戏场景中。Unity Cinemachine 的出现，彻底改变了游戏开发者处理相机问题的方式。它提供了一套强大的工具，以程序化的、直观的方式创建复杂的相机行为，让开发者能够专注于游戏的创意和核心玩法，而不是繁琐的相机控制细节。

本章节将深入探讨 Unity Cinemachine，从基础概念到高级技巧，结合代码实践和详细解释，帮助你掌握这一强大的相机系统，为你的 Unity 项目注入电影级的镜头语言。

5.4.1 Cinemachine 核心概念：Virtual Camera 与 Brain

Cinemachine 的核心在于两个关键组件：Virtual Camera (虚拟相机) 和 Cinemachine Brain (大脑)。理解这两个组件是掌握 Cinemachine 的基石。

1. Virtual Camera (虚拟相机 - VCam)

Virtual Camera 是 Cinemachine 的灵魂，它并非实际场景中的物理相机，而是一个逻辑实体，定义了 期望的相机行为。你可以将其理解为一个指令集，告诉 Cinemachine Brain 你希望相机如何运动、朝向哪里、以及如何与场景互动。

VCam 的职责：
- 定义相机视角： VCam 决定了相机的视野 (Field of View)、正交投影 (Orthographic) 或透视投影 (Perspective) 等基础属性。
- 控制相机运动： VCam 通过各种组件 (Component) 驱动相机的运动，例如跟随目标 (Follow Target)、注视目标 (Look At Target)、轨道移动 (Dolly Track) 等。
- 添加相机效果： VCam 可以通过扩展 (Extension) 组件添加各种后期处理效果，例如噪声 (Noise)、抖动 (Jitter) 等，增强镜头的动感和表现力。
- 定义相机行为优先级： 在场景中可以存在多个 VCam，通过优先级 (Priority) 属性，Cinemachine Brain 可以决定在特定时刻激活哪个 VCam。
VCam 的优势：
- 程序化控制： VCam 的行为是程序化的，可以通过脚本动态调整，实现复杂的相机逻辑。
- 易于配置： 通过 Inspector 面板，可以直观地配置 VCam 的各种属性和组件，无需编写大量代码。
- 可重用性： VCam 可以作为预制体 (Prefab) 重复使用，快速构建复杂的相机系统。
- 解耦相机逻辑： VCam 将相机行为与实际场景相机分离，使得相机控制更加灵活和模块化。

2. Cinemachine Brain (大脑)

Cinemachine Brain 组件必须添加到场景中的 主相机 (Main Camera) 上。它是 Cinemachine 系统的中枢，负责：

管理场景中的所有 VCam： Brain 扫描场景中所有可用的 VCam。
选择激活的 VCam： Brain 根据 VCam 的优先级 (Priority) 和其他条件 (例如脚本控制) 决定当前激活哪个 VCam。
混合 (Blend) 相机视角： 当激活的 VCam 切换时，Brain 会平滑地混合 (Blend) 前后两个 VCam 的视角，避免生硬的镜头切换，提供更流畅的观影体验。
应用 VCam 的指令： Brain 将当前激活的 VCam 的指令应用到主相机，驱动主相机的运动和行为。

Brain 的核心功能：混合 (Blending)

混合 (Blending) 是 Cinemachine Brain 最重要的功能之一。它确保了在不同 VCam 之间切换时，相机视角的过渡是平滑自然的。Brain 提供了多种混合模式 (Blend Mode)，例如：


* **Cut (剪切):**  立即切换到新的 VCam，没有混合效果，通常用于快速镜头切换或硬切。

* **Ease In Out (缓入缓出):**  默认的混合模式，平滑地加速进入和减速退出混合过程，提供自然的过渡效果。

* **Ease In (缓入):**  混合过程开始时加速，结束时保持恒速。

* **Ease Out (缓出):**  混合过程开始时恒速，结束时减速。

* **Linear (线性):**  匀速混合，提供机械感的过渡效果。

* **Custom (自定义):**  允许开发者自定义混合曲线，实现更精细的控制。

你可以通过调整 Cinemachine Brain 组件中的 Default Blend 属性来设置默认的混合模式和持续时间。

5.4.2 创建和配置 Virtual Camera

在 Unity 中创建和配置 Virtual Camera 非常简单：

创建 VCam: 在 Unity 编辑器菜单栏中，选择 Cinemachine -> Create Virtual Camera。这将在场景中创建一个新的 GameObject，并添加 Cinemachine Virtual Camera 组件。
配置 VCam 属性: 在 Inspector 面板中，你可以配置 VCam 的各种属性，例如：
- Priority (优先级): 数值越高，优先级越高。Brain 会优先激活优先级最高的 VCam。
- Follow (跟随目标): 指定一个 Transform 作为跟随目标，VCam 会尝试保持与目标的相对位置。
- Look At (注视目标): 指定一个 Transform 作为注视目标，VCam 会始终朝向该目标。
- Lens (镜头): 配置相机的镜头属性，例如 Field of View (视野)、Near Clip Plane (近裁剪面)、Far Clip Plane (远裁剪面) 等。
- Body (身体): 控制 VCam 的运动方式，例如 Transposer (平移器)、Orbital Transposer (轨道平移器)、Framing Transposer (构图平移器) 等。
- Aim (瞄准): 控制 VCam 的朝向方式，例如 Composer (构图器)、POV (视角)、Group Composer (组构图器) 等。
- Extensions (扩展): 添加各种扩展组件，增强 VCam 的功能，例如 Cinemachine Noise (相机噪声)、Cinemachine Impulse Listener (冲量监听器) 等。

代码实践 1：创建一个基本的跟随相机

以下代码演示了如何创建一个跟随玩家的 Virtual Camera。


using UnityEngine;
using Cinemachine;
public class FollowPlayerCamera : MonoBehaviour
{
    public Transform playerTransform; // 玩家的 Transform 组件
    public float followOffset = 5f;     // 相机与玩家的偏移距离
    private CinemachineVirtualCamera vcam;
    void Start()
    {
        // 创建 Virtual Camera GameObject
        GameObject vcamGameObject = new GameObject("PlayerFollowCamera");
        vcam = vcamGameObject.AddComponent<CinemachineVirtualCamera>();
        // 设置跟随目标
        vcam.Follow = playerTransform;
        // 配置 Body 组件为 Transposer，并设置偏移
        CinemachineTransposer transposer = vcam.AddCinemachineComponent<CinemachineTransposer>();
        transposer.m_FollowOffset = new Vector3(0, followOffset, -followOffset);
        // 设置优先级，确保它是激活的相机
        vcam.Priority = 10;
    }
}

代码解释：

创建 VCam GameObject 和组件: 使用 new GameObject() 创建一个新的 GameObject，并添加 CinemachineVirtualCamera 组件。
设置 Follow 属性: 将 vcam.Follow 设置为玩家的 Transform 组件，使 VCam 跟随玩家移动。
添加 CinemachineTransposer 组件: Transposer 是 Cinemachine Body 组件的一种，用于实现平移跟随。
配置 m_FollowOffset: 设置 Transposer 的 m_FollowOffset 属性，定义相机与玩家的相对偏移距离。
设置 Priority: 将 VCam 的优先级设置为较高的值 (例如 10)，确保它在场景中被激活。

将此脚本添加到场景中的一个空 GameObject 上，并将玩家的 Transform 组件拖拽到 Player Transform 字段，运行游戏，你将看到相机跟随玩家移动。

5.4.3 Cinemachine Body 组件详解：控制相机运动

Cinemachine Body 组件负责控制 Virtual Camera 的运动方式。它提供了多种 Body 组件，用于实现不同的相机运动效果。

1. Transposer (平移器)

Transposer 组件是最常用的 Body 组件之一，它使 VCam 保持与跟随目标的相对位置。

关键属性：
- Follow Offset (跟随偏移): 定义 VCam 与跟随目标的相对偏移距离。
- Binding Mode (绑定模式): 控制 VCam 如何绑定到跟随目标的旋转。
  - Lock To Target On Assign: VCam 初始旋转与目标一致。
  - Lock To Target With World Up: VCam 保持世界坐标系 Y 轴向上。
  - Lock To Target No Roll: VCam 锁定 Roll 轴旋转。
  - Orbital: 允许 VCam 围绕目标旋转。
  - Custom: 自定义绑定行为。
- Damping (阻尼): 平滑相机运动，减少抖动。
  - XDamping, YDamping, ZDamping: 分别控制 X、Y、Z 轴的阻尼系数。

代码实践 2：调整 Transposer 的阻尼效果


using UnityEngine;
using Cinemachine;
public class AdjustDamping : MonoBehaviour
{
    public CinemachineVirtualCamera vcam;
    public float dampingValue = 0.5f;
    void Update()
    {
        if (vcam != null)
        {
            CinemachineTransposer transposer = vcam.GetCinemachineComponent<CinemachineTransposer>();
            if (transposer != null)
            {
                transposer.m_XDamping = dampingValue;
                transposer.m_YDamping = dampingValue;
                transposer.m_ZDamping = dampingValue;
            }
        }
    }
}

代码解释：

获取 CinemachineTransposer 组件: 使用 vcam.GetCinemachineComponent<CinemachineTransposer>() 获取 VCam 的 Transposer 组件。
修改 Damping 属性: 将 transposer.m_XDamping, transposer.m_YDamping, transposer.m_ZDamping 设置为 dampingValue，调整阻尼系数。

运行游戏，调整 dampingValue 的值，观察相机运动的平滑程度变化。阻尼值越高，相机运动越平滑，但响应速度也会降低。

2. Orbital Transposer (轨道平移器)

Orbital Transposer 组件允许 VCam 围绕跟随目标旋转，常用于第三人称视角相机。

关键属性：
- Follow Offset (跟随偏移): 定义 VCam 与跟随目标的相对偏移距离。
- X Axis (X 轴): 控制水平旋转。
  - Value: 当前水平旋转角度。
  - Input Axis Name: 绑定输入轴，例如 "Mouse X" 或 "Horizontal"。
  - Input Value Provider: 使用自定义输入值提供器。
  - Wrap Around Bounds: 限制旋转角度范围。
  - Recentering: 自动回中功能。
- Y Axis (Y 轴): 控制垂直旋转，属性与 X 轴类似。
- Damping (阻尼): 平滑旋转运动。
  - XDamping, YDamping: 分别控制 X、Y 轴的阻尼系数。

代码实践 3：创建一个可旋转的第三人称相机

创建 VCam，设置 Follow 目标。
将 Body 组件设置为 Orbital Transposer。
配置 X Axis 和 Y Axis 属性:
- Input Axis Name 设置为 "Mouse X" 和 "Mouse Y"。
- 调整 X Axis 和 Y Axis 的 Speed 属性，控制旋转速度。

运行游戏，移动鼠标，你将看到相机围绕跟随目标旋转。

3. Framing Transposer (构图平移器)

Framing Transposer 组件旨在保持跟随目标在画面中的特定位置，并自动调整相机距离和角度，以确保目标始终可见。常用于动作游戏和平台跳跃游戏。

关键属性：
- Follow Offset (跟随偏移): 初始偏移距离。
- Screen X/Y (屏幕 X/Y): 定义目标在屏幕上的理想位置 (0-1 范围)。
- Dead Zone Width/Height (死区宽度/高度): 目标在死区范围内移动时，相机不移动。
- Soft Zone Width/Height (软区宽度/高度): 目标进入软区后，相机开始平滑移动。
- Damping (阻尼): 平滑相机运动。
  - XDamping, YDamping, ZDamping: 分别控制 X、Y、Z 轴的阻尼系数。

代码实践 4：使用 Framing Transposer 保持目标在画面中心

创建 VCam，设置 Follow 目标。
将 Body 组件设置为 Framing Transposer。
配置 Screen X 和 Screen Y 属性: 设置为 0.5，使目标保持在画面中心。
调整 Dead Zone 和 Soft Zone 属性，根据需要调整相机响应灵敏度。

运行游戏，移动跟随目标，观察 Framing Transposer 如何自动调整相机位置，保持目标在画面中心。

4. Dolly Track (轨道)

Dolly Track 组件允许 VCam 沿着预先定义的路径 (Cinemachine Track) 运动。常用于过场动画、场景漫游等。

关键组件：
- Cinemachine Track: 使用 Cinemachine Tracked Dolly 组件创建轨道。轨道由多个路径点 (Waypoint) 组成，可以使用贝塞尔曲线平滑路径。
- Path Position (路径位置): 控制 VCam 在轨道上的位置 (0-1 范围)。

代码实践 5：创建一个 Dolly Track 相机

创建 Cinemachine Track: 在场景中创建一个空 GameObject，添加 Cinemachine Tracked Dolly 组件。在 Scene 视图中编辑轨道路径，添加和调整路径点。
创建 VCam，将 Body 组件设置为 Dolly Track。
将 Cinemachine Track 拖拽到 VCam 的 Path 属性。
使用脚本控制 VCam 的 Path Position 属性，使其沿轨道移动。


using UnityEngine;
using Cinemachine;
public class DollyTrackController : MonoBehaviour
{
    public CinemachineVirtualCamera vcam;
    public float speed = 1f;
    private CinemachineTrackedDolly dollyTrack;
    private float pathPosition = 0f;
    void Start()
    {
        dollyTrack = vcam.GetCinemachineComponent<CinemachineTrackedDolly>();
    }
    void Update()
    {
        pathPosition += speed * Time.deltaTime;
        pathPosition = Mathf.Repeat(pathPosition, 1f); // 循环路径
        dollyTrack.m_PathPosition = pathPosition;
    }
}

代码解释：

获取 CinemachineTrackedDolly 组件: 使用 vcam.GetCinemachineComponent<CinemachineTrackedDolly>() 获取 VCam 的 Dolly Track 组件。
更新 m_PathPosition 属性: 在 Update() 函数中，不断增加 pathPosition 的值，并使用 Mathf.Repeat() 函数使其在 0-1 范围内循环，实现相机沿轨道循环运动。

5.4.4 Cinemachine Aim 组件详解：控制相机朝向

Cinemachine Aim 组件负责控制 Virtual Camera 的朝向。它提供了多种 Aim 组件，用于实现不同的相机注视效果。

1. Composer (构图器)

Composer 组件使 VCam 注视目标，并允许调整构图，例如偏移目标在画面中的位置，设置软区和死区等。

关键属性：
- Look At Target (注视目标): 指定 VCam 注视的 Transform。
- Screen X/Y (屏幕 X/Y): 定义目标在屏幕上的理想位置 (0-1 范围)。
- Dead Zone Width/Height (死区宽度/高度): 目标在死区范围内移动时，相机不调整朝向。
- Soft Zone Width/Height (软区宽度/高度): 目标进入软区后，相机开始平滑调整朝向。
- Damping (阻尼): 平滑相机朝向变化。
  - XDamping, YDamping: 分别控制水平和垂直方向的阻尼系数。

2. POV (视角)

POV 组件允许开发者直接控制 VCam 的旋转角度 (Pitch, Yaw, Roll)，常用于第一人称视角相机或需要手动控制相机角度的场景。

关键属性：
- Vertical Axis (垂直轴): 控制垂直旋转 (Pitch)。
  - Value: 当前垂直旋转角度。
  - Input Axis Name: 绑定输入轴，例如 "Mouse Y" 或 "Vertical"。
- Horizontal Axis (水平轴): 控制水平旋转 (Yaw)。
  - Value: 当前水平旋转角度。
  - Input Axis Name: 绑定输入轴，例如 "Mouse X" 或 "Horizontal"。

代码实践 6：创建一个第一人称视角相机

创建 VCam，取消 Follow 和 Look At 目标。
将 Aim 组件设置为 POV。
配置 Vertical Axis 和 Horizontal Axis 属性:
- Input Axis Name 设置为 "Mouse Y" 和 "Mouse X"。
- 调整 Vertical Axis 和 Horizontal Axis 的 Speed 属性，控制旋转速度。

运行游戏，移动鼠标，你将看到相机以第一人称视角旋转。

3. Group Composer (组构图器)

Group Composer 组件使 VCam 同时注视多个目标 (Target Group)，并自动调整相机位置和角度，以确保所有目标都可见。常用于多人游戏或需要同时关注多个角色的场景。

关键组件：
- Cinemachine Target Group: 创建目标组，添加需要关注的 Transform。
关键属性：
- Group (目标组): 指定 Cinemachine Target Group 组件。
- Framing Size (构图大小): 定义画面中目标组的大小。
- Composition Distance (构图距离): 相机与目标组的距离。

5.4.5 Cinemachine Extensions：扩展相机功能

Cinemachine Extensions 组件允许开发者为 Virtual Camera 添加额外的功能和效果。

1. Cinemachine Noise (相机噪声)

Cinemachine Noise 组件为相机添加噪声运动，模拟手持相机抖动、车辆震动等效果。

关键属性：
- Profile (噪声配置文件): 选择预定义的噪声配置文件，或自定义噪声曲线。
- Amplitude Gain (振幅增益): 控制噪声的强度。
- Frequency Gain (频率增益): 控制噪声的频率。

2. Cinemachine Impulse Listener (冲量监听器)

Cinemachine Impulse Listener 组件监听 Cinemachine Impulse Source 发出的冲量事件，并根据冲量事件驱动相机震动效果。常用于爆炸、碰撞等场景的相机反馈。

关键组件：
- Cinemachine Impulse Source: 在场景中创建冲量源，例如在爆炸效果中触发冲量事件。
关键属性：
- Channel (通道): 指定监听的冲量通道。
- Reaction Settings (反应设置): 配置冲量事件对相机的震动效果，例如震动方向、强度、持续时间等。

3. 自定义 Extensions

Cinemachine 允许开发者编写自定义 Extensions 组件，扩展 VCam 的功能，例如：

限制相机运动范围。
根据游戏状态动态调整相机属性。
实现更复杂的相机行为逻辑。

5.4.6 Cinemachine State-Driven Camera：状态驱动相机

Cinemachine State-Driven Camera 组件允许根据 Animator 的状态自动切换不同的 Virtual Camera。常用于角色动画驱动相机行为，例如在不同的角色动画状态下使用不同的相机视角。

关键组件：
- Animator: 角色动画控制器。
- State Driven Camera: 状态驱动相机组件。
配置流程：
1. 创建 State-Driven Camera: 在 Unity 编辑器菜单栏中，选择 Cinemachine -> Create State-Driven Camera。
2. 将 Animator 拖拽到 State-Driven Camera 的 Animated Target 属性。
3. 在 State-Driven Camera 组件中，为每个 Animator 状态添加对应的 Virtual Camera。
4. 配置每个状态的 VCam Blend 属性，定义状态切换时的混合方式。

代码实践 7：使用 State-Driven Camera 实现不同动画状态下的相机切换

创建一个包含不同动画状态的 Animator Controller (例如 Idle, Run, Jump)。
创建 State-Driven Camera，并将 Animator Controller 拖拽到 Animated Target 属性。
创建三个 Virtual Camera (VCam_Idle, VCam_Run, VCam_Jump)，分别配置不同的相机视角。
在 State-Driven Camera 组件中，添加三个状态绑定:
- State Name: Idle, Virtual Camera: VCam_Idle
- State Name: Run, Virtual Camera: VCam_Run
- State Name: Jump, Virtual Camera: VCam_Jump

运行游戏，切换角色动画状态，你将看到 State-Driven Camera 根据动画状态自动切换不同的 Virtual Camera。

5.4.7 Cinemachine Blend List Camera：混合列表相机

Cinemachine Blend List Camera 组件允许创建一个 VCam 列表，并按照顺序或循环激活列表中的 VCam，并进行混合。常用于创建预定义的镜头序列，例如过场动画、场景展示等。

关键属性：
- Instructions (指令列表): 添加 VCam 列表，并配置每个 VCam 的激活时间和混合方式。

5.4.8 Cinemachine 优化技巧

合理使用 VCam 数量: 避免在场景中创建过多的 VCam，只创建必要的 VCam，并及时禁用或销毁不再需要的 VCam。
优化 Blend 时间: 适当调整 VCam 切换时的 Blend 时间，避免过长的 Blend 时间影响游戏节奏，也避免过短的 Blend 时间造成镜头突兀。
使用 Collider Extension 避免穿墙: Cinemachine Collider Extension 可以检测相机与场景物体之间的碰撞，并自动调整相机位置，避免相机穿墙。
利用 Profiler 分析相机性能: 使用 Unity Profiler 分析相机系统的性能瓶颈，例如 CPU 占用、GC Alloc 等，并进行针对性优化。

5.4.9 总结

Cinemachine 是 Unity 引擎中一个强大而灵活的相机系统，它极大地简化了复杂相机行为的创建和管理。通过理解 Virtual Camera 和 Cinemachine Brain 的核心概念，掌握各种 Body 和 Aim 组件的使用，以及利用 Extensions 和高级功能，开发者可以轻松地为游戏打造出电影级的镜头语言，提升游戏的视觉表现力和沉浸感。

本章节只是 Cinemachine 的入门指南，Cinemachine 还有许多高级功能和技巧等待你去探索。建议你深入研究官方文档和示例，并在实际项目中不断实践，才能真正掌握 Cinemachine 的精髓，将其应用到你的游戏开发中。

希望这篇文章能够帮助你入门 Cinemachine，开启你的动态相机系统探索之旅！

作者与出处

原作者：灏天文库

来源：灏天文库

原文： https://aiknowledge.cn/collection/221-unity3d%E6%B8%B8%E6%88%8F%E5%BC%80%E5%8F%91%E5%AE%9E%E6%88%98%E6%95%99%E7%A8%8B

整理：灏天文库整理

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