CUFMH2Blog

3D Game 4 - 游戏对象与图形基础

3D-Game-Programming&Design SYSU-Course
Word count: 2.1k Reading time: 8 min
2019-10-02 calculating Share

It was beautiful, historical, artistically subtle in a way that science can’t capture, and I found it fascinating

— Steve Jobs, Stanford Report, June 14, 2005

游戏对象与图形基础

数字游戏原型设计

数字原型是可玩的，因此可以通过玩家测试，建立以数据为基础的分析与研究，持续改进游戏。

  • 机制与动态：规则的复杂性、玩家成长曲线等基于数字的分析
  • 运动：玩家的感觉分析
  • 美学：玩家的试听分析
  • 技术：渲染（shader）、VR、AI等

游戏设计工具：

  • 平面设计工具，Photoshop…
  • 3d 模型与动画设计工具，Maya…
  • 游戏快速设计工具，Unity 3D, construct2…
  • 专用游戏设计工具

游戏常见对象构建

  • 基础游戏对象
  • Camera 摄像机 – 游戏场景渲染
  • 天空盒
  • 光源
  • 声音源与拾音器

3D物体与渲染

  • 模型基础：Mesh 部件、Mesh Renderer部件
  • 材质与着色器
  • 地形系统
  • 光照贴图

面向对象的游戏编程

动作管理器的设计：让程序可以方便的定义动作并实现动作的自由组合，使得程序更能适应需求变化、对象更容易被复用、程序更易于维护。

作业与练习

1 基本操作演练

Question 1.1

下载 Fantasy Skybox FREE， 构建自己的游戏场景

首先创建一个新项目，在 Asset Store 中搜索Fantasy Skybox FREE，下载后import到项目中。

得到的Assets内容如下：

可以创建一个天空盒，步骤如下：

  • Assets 上下文菜单 -> create -> Material 起名 mysky
  • 在 Inspector 视图中选择 Shader -> Skybox -> 6Sided
  • 在资源贴图中选择合适的图片，拖放到对应位置
  • 在 Camera 对象中添加部件 Rendering -> Skybox
  • 将天空盒拖放入 Skybox

再创建一个 Terrain，通过地形设计工具对该 Terrain 进行设计：

可以添加植被以及树木，并调整摄像机的位置，构建的游戏场景大致如下：

Question 1.2

写一个简单的总结，总结游戏对象的使用

  • 在 unity3D 中，GameObject 元素有如下种类：

    • Empty
      • 常作为子对象的容器
      • 创建一个新的对象空间
    • 3D 物体
      • Cube、Sphere、Capsule、Sylinder、Plane、Quad
      • 构造 3D 物体：mesh、terrain 等
    • Camera、Light、Audio、UI、Particle System等

  • 在实际的游戏设计中，我们还会依赖于模型、预制等。

    • 把基本的游戏对象组合起来，制作成 预制，以后把预制当作一个游戏对象使用

  • 游戏物体一般有如下共有属性：Active、Name、Tag、Layer、transForm等。

  • 游戏对象的外观和内在逻辑设计可以通过添加组件来实现。
  • 游戏对象的行为可以通过添加脚本来完成。
  • 游戏对象的实例化可以在图形界面中完成，也可以在编辑代码时完成。

2 编程实践

2.1 技术要求

牧师与魔鬼-动作分离版：设计一个裁判类，当游戏达到结束条件时，通知场景控制器游戏结束

2.2 游戏说明

游戏规则与设定

  • 帮助三个牧师和三个魔鬼渡河。
  • 船上最多可以载两名游戏角色。
  • 船上需要有游戏对象才可移动。
  • 当有一侧岸的魔鬼数多余牧师数时，魔鬼就会失去控制，吃掉牧师。
  • 一侧岸的魔鬼数和牧师数数量统计包括岸上的以及靠岸船上的。
  • 若有牧师被吃掉，则游戏失败。
  • 所有游戏角色都到达对岸，则游戏胜利。

游戏对象

船（褐色长方体），牧师（白色方块），魔鬼（黑色圆球）、岸、河

玩家动作表

玩家动作 发生条件
上船 船上有空位时，点击上船对象可以上船
下船 船上有对象时，点击下船对象可以下船
开船 船在一岸时点击船可以开船到另一岸
重新开始 点击 Restart 按钮可重新开始

2.3 完成情况

游戏界面如下：

2.4 项目设计

首先，增加天空盒的设计、修改对象预制、改变摄像机的位置，优化游戏效果。

然后是在基础MVC架构的原版本上，改为动作分离的版本。FirstController.cs、CoastSceneController.cs、BoatSceneController.cs、GameObjects.cs、InteracteGUI.cs的代码均有改动，详细可参见项目地址。而SSAction.cs中给出了动作基类、简单动作实现、顺序动作组合类实现、动作管理基类的代码。

此外，上一个版本中Moveable类的功能将完全由另一种形式实现，主要体现在Action.cs中，同时需要注意该脚本需添加到 Empty 物体上，代码如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using Interfaces;

public class Action : SSActionManager, SSActionCallback
{
    public SSActionEventType comp = SSActionEventType.Completed;
    //  船的运动
    public void BoatMove(BoatSceneController boat)
    {
        // Debug.Log(boat.GetState());
        comp = SSActionEventType.Started;
        CCMoveToAction action = CCMoveToAction.getAction(boat.GetDestination(), boat.GetSpeed());
        addAction(boat.GetGameobject(), action, this);
        boat.ChangeState();
    }
    //  牧师和魔鬼的运动
    public void GameObjectsMove(GameObjects Object, Vector3 dest)
    {
        comp = SSActionEventType.Started;
        Vector3 pos1 = Object.getPosition();
        Vector3 pos2 = Object.getPosition();
        if (dest.y <= pos2.y)
        {
            pos2.x = dest.x;
        }
        else
        {
            pos2.y = dest.y;
        }
        SSAction action1 = CCMoveToAction.getAction(pos2, Object.getSpeed());
        SSAction action2 = CCMoveToAction.getAction(dest, Object.getSpeed());
        SSAction seq = CCSequenceAction.getAction(1, 0, new List<SSAction> { action1, action2 });
        this.addAction(Object.GetGameobject(), seq, this);
    }
    //  SSActionCallback
    public void SSActionCallback(SSAction source)
    {
        comp = SSActionEventType.Completed;
    }
}

最后是进行裁判类的设计修改，当游戏达到结束条件时，将由裁判类通知场景控制器游戏结束。裁判类设计为 Judge 类，实现对游戏内各物体状态的读取，得到两岸和船上各自的牧师数与魔鬼数，计算得出游戏状态，并通知场景进行改变，其代码如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using Interfaces;

public class Judge : MonoBehaviour
{
    public int state;
    InteracteGUI UserGUI;
    private FirstController FC;

    void Awake()
    {
        state = 0; 
        UserGUI = gameObject.AddComponent<InteracteGUI>() as InteracteGUI;
        FC = GetComponent<FirstController>();
    }

    void Update()
    {
        Check();
        Debug.Log("state: " + state);
        UserGUI.SetState = state;
    }

    public void setState(int sta)
    {
        state = sta;
    }

    public int getState()
    {
        return state;
    }

    public void Check()
    {
        // 0-play, 1-win, 2-lose
        int p_coast1_num = 0;
        int d_coast1_num = 0;
        int p_coast2_num = 0;
        int d_coast2_num = 0;
        int[] coast1_arr = FC.coast1.GetobjectsNumber();
        int[] coast2_arr = FC.coast2.GetobjectsNumber();
        int[] boat_arr = FC.boat.GetobjectsNumber();
        //  分别计算两侧岸上的人数
        d_coast1_num += coast1_arr[0];
        p_coast1_num += coast1_arr[1];
        d_coast2_num += coast2_arr[0];
        p_coast2_num += coast2_arr[1];
        //  判断是否胜利
        if (p_coast2_num + d_coast2_num == 6)      // win
        {
            state = 1;
            return;
        }
        //  计算船上人数，累加进累加器
        if (FC.boat.GetState() == 1)
        {
            d_coast1_num += boat_arr[0];
            p_coast1_num += boat_arr[1];
        }
        else
        {
            d_coast2_num += boat_arr[0];
            p_coast2_num += boat_arr[1];
        }
        //  判断是否失败
        //  检查coast1
        if (p_coast1_num < d_coast1_num && p_coast1_num > 0)
        {
            state = 2;
            return;
        }
        //  检查coast2
        if (p_coast2_num < d_coast2_num && p_coast2_num > 0)
        {
            state = 2;
            return;
        }
        state = 0;
    }
}

2.5 项目地址

代码地址：https://github.com/CUFMHeart/3D-Game-Programming-Design/tree/master/homework4/PriestsAndDevils

视频地址：https://www.bilibili.com/video/av69706414/

3 材料与渲染联系

Question 3.1

从 Unity 5 开始，使用新的 Standard Shader 作为自然场景的渲染。

选择上次作业创建的星体 Earth 为素材，摄像机视角如下：

根据 Standard Shader 的参数意义，进行下列调试：

  • Albedo：调整物体表面的基本颜色，在物理模型中相当于物体表面某处各子表面的散射颜色，把星体调整为偏红色之后效果如下：

  • Metallic：即金属感，表示物体表面和视线一致的面的对光线反射的能量。

  • Smoonthness：可以体现物体表面的光滑程度，比例越大物体越光滑，反之越毛糙，金属的 smoothness 一般都很高。Metallic 和 Smoonthness 调整效果如下：

  • Emission：自发光。

  • Normal map：法线贴图。

  • Height map：视差贴图，表现高低信息。

  • Occlution：遮挡占据贴图。

  • secondary maps：第二道贴图。

  • Detail Mask：对第二道贴图的mask。

Question 3.2

Unity 5 声音

  • 阅读官方 Audio 手册
  • 用博客给出游戏中利用 Reverb Zones 呈现车辆穿过隧道的声效的案例

  • 首先添加 GameObject，即 Audio Reverb Zone 和 Audio Source：

  • 然后将 Audio Reverb Zone 的 Reverb Peset 设置为 Cave：

  • 最后，在 Audio Source 加入车辆穿过隧道的声效，即可模拟出目标音效。

参考资料

[1] 游戏对象与图形基础_教学讲义

[2] Maunal

[3] c# 结构体

[4] c# 枚举与常数

[5] 官方 Standard Shader 手册

CATALOG
  1. 1. 游戏对象与图形基础
    1. 1.1. 数字游戏原型设计
    2. 1.2. 游戏常见对象构建
    3. 1.3. 3D物体与渲染
    4. 1.4. 面向对象的游戏编程
  2. 2. 作业与练习
    1. 2.1. 1 基本操作演练
      1. 2.1.1. Question 1.1
      2. 2.1.2. Question 1.2
    2. 2.2. 2 编程实践
      1. 2.2.1. 2.1 技术要求
      2. 2.2.2. 2.2 游戏说明
      3. 2.2.3. 2.3 完成情况
      4. 2.2.4. 2.4 项目设计
      5. 2.2.5. 2.5 项目地址
    3. 2.3. 3 材料与渲染联系
      1. 2.3.1. Question 3.1
      2. 2.3.2. Question 3.2
  3. 3. 参考资料
Total : 27
2020
2019
3D-Game-Programming&Design SYSU-Course AR/MR Software-Testing LeetCode 剑指Offer
3D-Game-Programming-Design Software-Testing Programming