캐릭터 움직임 구현1: 유한상태머신(FSM)

 
캐릭터 조작을 구현하려면 FSM 공부가 필수인가봅니다.
공부해보겠습니다
 

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1. 왜 필요할까?

 
 내가 현재 작업하고 있는 부분은 플랫포머 2D 캐릭터 조작이다.
좌/우 이동, 점프, 사다리 오르내리기만 구현하면 될거라 생각하고 아주 얕잡아봤었다!
 
이 코드는 초반에 내가 작성한 코드......

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class MoveController : MonoBehaviour
{
    private Movement movement;
    private float x;

    private void Awake()
    {
        movement = GetComponent<Movement>();
    }

    private void Update()
    {
        x = Input.GetAxisRaw("Horizontal");

        // jump
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Space))
        {
            movement.Jump();
        }
        // long jump
        if (Input.GetKey(KeyCode.Space))
        {
            movement.LongJump(true);

        }
        else if (Input.GetKeyUp(KeyCode.Space))
        {
            movement.LongJump(false);
        }

    }

    private void FixedUpdate()
    {
        //move
        movement.Move(x);

    }
}

 
첨엔 이런식으로 입력에 따라 움직임 함수를 호출하고 movement 클래스에 각 움직임을 구현했었다.
 
문제는 사다리타기 였는데
사다리 코드 자체를 아주 복잡하게 구현해놓은 상태에서 사다리타다가 점프, 점프하다가 사다리까지 구현하려다 보니 내 머리가 터져나갔고, 코드 양도 홍수처럼 불어났었다...
이 모습을 보다못한 팀원들이 이 상태에서 애니메이션까지 들어가면 많이 힘들어질 것 같다며 FSM를 추천해줬다. 링크까지 달아줌,, 얼마나 답답했을까~!
 

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2. 유한 상태 기계(finite-state machine, FSM)

 
유한 상태 기계의 요점
 
- 가질 수 있는 '상태'가 한정된다. ( 서있기, 사다리, 걷기, 점프 상태 )
- 한 번에 '한 가지' 상태만 될 수 있다. ( 서있기&사다리 동시에 있을 수 없음 )
- '입력'이나 '이벤트'가 기계에 전달된다. ( A,D,W,S,Space 키 )
- 각 상태에는 입력에 따라 다음 상태로 바뀌는 '전이'가 있다.
 

상태 기계인가 ,, 플로 차트인가,,

 
내가 구현하고자 하는 모습을 먼저 그려보았다
 

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3. 열거형(enum)을 이용한 FSM

 
상태를 표시하는 플러그 변수( isJumping, isClimbing,,,)들이 많고, 하나만 참일 때가 많다면 열겨형을 사용하자!
 

그렇다면 enum이 뭘까?

 

 : 열거형 상수(constant)를 표현하기 위한 것

 : 상수 숫자들을 단어들로 표현할 수 있음

enum문은 클래스 안이나 네임스페이스 내에서만 선언될 수 있다. 
https://www.csharpstudy.com/CSharp/CSharp-enum.aspx

 
내 캐릭터의 4가지 상태를 PlayerState에 정리했다.

public enum PlayerState{
    Idle, //0
    Run, //1
    Jump, //2
    Climb //3
}

 
그리고 뒤에 나올 PlayerController 클래스에 각 상태에 대한 동작을 처리할 메서드(Handle~ )들을 구현하였다.
또한, ChangeState 메서드를 사용하여 상태를 변경할 수 있도록 하였음
 
 

public enum PlayerState
{
    Idle,
    Run,
    Jump,
    Climb
}

public class PlayerController : MonoBehaviour
{
    private PlayerState currentState;
    private Vector2 climbDirection;
    private float climbSpeed = 5f;
    private bool isGrounded;

    private void Start()
    {
        currentState = PlayerState.Idle;
    }

    private void Update()
    {
        switch (currentState)
        {
            case PlayerState.Idle:
                HandleIdleState();
                break;
            case PlayerState.Run:
                HandleRunState();
                break;
            case PlayerState.Jump:
                HandleJumpState();
                break;
            case PlayerState.Climb:
                HandleClimbState();
                break;
        }
    }

    private void HandleIdleState()
    {
        // Idle 상태에서의 동작 구현
    }

    private void HandleRunState()
    {
        // Run 상태에서의 동작 구현
    }

    private void HandleJumpState()
    {
        // Jump 상태에서의 동작 구현
    }

    private void HandleClimbState()
    {
        // Climb 상태에서의 동작 구현
        transform.Translate(climbDirection * climbSpeed * Time.deltaTime);
    }

    private void ChangeState(PlayerState newState)
    {
        currentState = newState;
    }

	//사다리 감지
    private void OnTriggerEnter2D(Collider2D other)  
    {
        if (other.CompareTag("Ladder"))
        {
            climbDirection = Vector2.up;
            ChangeState(PlayerState.Climb);
        }
    }

	//사다리 탈출 감지
    private void OnTriggerExit2D(Collider2D other)  
    {
        if (other.CompareTag("Ladder"))
        {
            climbDirection = Vector2.zero;
            ChangeState(PlayerState.Idle);
        }
    }
    
    //isGrounded 검사
    private void OnCollisionEnter2D(Collision2D collision)
    {
        if (collision.gameObject.CompareTag("Ground"))
        {
            isGrounded = true;
        }
    }
}

 
자세한 구현은 더보기. ( 이 글에선 안쓸예정... )
틀만 잡아놨는데 한달 밀린 방청소 끝낸 기분...!
 
 
여기서 더 나아가 Jump->Climb, Climb->Jump 의 상태전이도 생각해보았다.
 
HandleClimbState 메서드에서 Space 키를 누르면 Jump 상태로 변경하고
OnTriggerStay2D 메서드를 통해 Jump 상태에서 사다리에 닿아있을 때, Climb 키를 누르면 캐릭터가 사다리를 타도록 구현함
 
< PlayerController.cs >

public enum PlayerState
{
    Idle,
    Run,
    Jump,
    Climb
}

public class PlayerController : MonoBehaviour
{
    private PlayerState currentState;
    private Vector2 climbDirection;
    private float climbSpeed = 5f;
    private float jumpForce = 5f;
    private bool isGrounded;

    private void Start()
    {
        currentState = PlayerState.Idle;
    }

    private void Update()
    {
        switch (currentState)
        {
            case PlayerState.Idle:
                HandleIdleState();
                break;
            case PlayerState.Run:
                HandleRunState();
                break;
            case PlayerState.Jump:
                HandleJumpState();
                break;
            case PlayerState.Climb:
                HandleClimbState();
                break;
        }
    }

    private void HandleIdleState()
    {
        // Idle 상태에서의 동작 구현
    }

    private void HandleRunState()
    {
        // Run 상태에서의 동작 구현
    }

    private void HandleJumpState()
    {
        // Jump 상태에서의 동작 구현
        if (isGrounded)
        {
            ChangeState(PlayerState.Idle);
        }
    }

    private void HandleClimbState()
    {
        // Climb 상태에서의 동작 구현
        transform.Translate(climbDirection * climbSpeed * Time.deltaTime);

        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Space))
        {
            ChangeState(PlayerState.Jump);
            GetComponent<Rigidbody2D>().velocity = Vector2.up * jumpForce;
            isGrounded = false;
        }
    }

    private void ChangeState(PlayerState newState)
    {
        currentState = newState;
    }

    private void OnTriggerEnter2D(Collider2D other)
    {
        if (other.CompareTag("Ladder"))
        {
            climbDirection = Vector2.up;
            ChangeState(PlayerState.Climb);
        }
    }

    private void OnTriggerStay2D(Collider2D other)
    {
        if (other.CompareTag("Ladder") && Input.GetKeyDown(KeyCode.UpArrow))
        {
            climbDirection = Vector2.up;
            ChangeState(PlayerState.Climb);
        }
    }

    private void OnTriggerExit2D(Collider2D other)
    {
        if (other.CompareTag("Ladder"))
        {
            climbDirection = Vector2.zero;
            ChangeState(PlayerState.Idle);
        }
    }

    private void OnCollisionEnter2D(Collision2D collision)
    {
        if (collision.gameObject.CompareTag("Ground"))
        {
            isGrounded = true;
        }
    }
}

 
 
 
상태 패턴도 공부해야겠다.