實(shí)例分析使用Unity3D開發(fā)VR游戲

使用Unity3D開發(fā)一款VR彈球游戲2016-07-05 17:06
　　開發(fā)VR游戲首先要選擇一個(gè)合適的平臺(tái)。目前可供選擇的平臺(tái)不多， Google的Cardboard和Oculus Rift等頭戴式顯示設(shè)備都是可供選擇的對(duì)象。但Cardboard的價(jià)格低廉，市場(chǎng)占有率更高，用它來作為移動(dòng)端進(jìn)行開發(fā)更為劃算一些。當(dāng)然，選擇其一并不代表我們舍棄了其它開發(fā)平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)Unity3D游戲引擎擁有跨平臺(tái)的特性，對(duì)項(xiàng)目經(jīng)過簡(jiǎn)單的修改便可將VR項(xiàng)目移植到PC或者其他平臺(tái)中。
　　使用Unity3D開發(fā)VR游戲十分便捷：
　　首先在于如場(chǎng)景、模型等豐富的素材資源，開發(fā)者們無需再為美工建模這些相對(duì)耗時(shí)間的工作而困擾。
　　其次在于便捷的引擎支持，Oculus Rift、Google Cardboard和HTC Vive等產(chǎn)品均提供了對(duì)于Unity3D引擎的支持，只需將官方提供的插件包導(dǎo)入到目標(biāo)項(xiàng)目中，便可使用相應(yīng)的VR產(chǎn)品了。
　　隨著Unity5.3版本的發(fā)布，Unity增強(qiáng)了對(duì)VR開發(fā)的兼容性，在項(xiàng)目設(shè)置中我們可以直接選擇使用Oculus或是Open VR進(jìn)行開發(fā)。
　　下面就以一款簡(jiǎn)單的VR彈球游戲?yàn)槔?，談?wù)勈褂肬nity3D游戲引擎開發(fā)VR游戲的流程。
　　先說說VR彈球游戲的規(guī)則。和傳統(tǒng)的彈球游戲一樣，在VR彈球游戲中有兩個(gè)玩家，一個(gè)是用戶，另一個(gè)則是AI。玩家分別控制己方的一塊彈球板，當(dāng)彈球碰到彈球板的時(shí)候，球則會(huì)反彈回去。如果一方?jīng)]有成功反彈彈球的話則該方失敗。
　　那么對(duì)于這款VR彈球游戲，具體應(yīng)該怎樣開發(fā)呢？
　　在確定了開發(fā)平臺(tái)之后，我們需要在Unity中導(dǎo)入相關(guān)的SDK。如選用Oculus Rift則導(dǎo)入Oculus Rift的SDK，選用Google Cardboard則導(dǎo)入Cardboard的SDK。這些SDK的使用方法大同小異，每個(gè)SDK中均包含著一個(gè)角色控制器，而對(duì)角色控制器的使用也近乎相同。我們將相應(yīng)的SDK導(dǎo)入U(xiǎn)nity，隨后將SDK中的角色控制器拖放到游戲場(chǎng)景中，進(jìn)行測(cè)試。在使用Oculus Rift等設(shè)備進(jìn)行調(diào)試的時(shí)候，往往需要將Oculus Rift配置好，連接電腦才能調(diào)試。而Cardboard的調(diào)試，可以使用Alt鍵+拖動(dòng)鼠標(biāo)來模擬用戶頭部的晃動(dòng)。
　　在正式開發(fā)游戲之前，采用一個(gè)良好的目錄結(jié)構(gòu)是項(xiàng)目管理的有效方式。這個(gè)項(xiàng)目中，在根目錄下有如下的目錄：Model（存放OBJ或是FBX格式的模型）、Texture（存放模型的貼圖，PNG等格式的圖片）、Material（存放通過貼圖制作的Unity中的PBR貼圖）、Prefab（存放Unity預(yù)設(shè)物體）、Scene（存放游戲的場(chǎng)景文件）。在這種目錄結(jié)構(gòu)下，我們還可以對(duì)Model、Texture、Prefab和Material等目錄進(jìn)行細(xì)分，在一些大的項(xiàng)目中擁有大量的模型的時(shí)候，通過建立Environment、Building和Player等目錄以細(xì)化Model目錄結(jié)構(gòu)，以方便對(duì)于模型的尋找，加快開發(fā)速度。在對(duì)目錄中的文件命名的時(shí)候，模型文件以M_模型名稱進(jìn)行命名，Material以Mat_貼圖名稱進(jìn)行命名也不失為一種良好的習(xí)慣。
　　開發(fā)游戲的第一步便是搭建場(chǎng)景。在該VR游戲中，我們選用的風(fēng)格是對(duì)程序員友好的像素3D風(fēng)格。像素3D建模較為簡(jiǎn)單，所有的模型都是我們團(tuán)隊(duì)中的程序員制作的。在像素建模的軟件選用方面，我們使用了Magica Voxel這款免費(fèi)的軟件。Magica Voxel的界面和操作十分簡(jiǎn)單，即使沒有基礎(chǔ)，跟著網(wǎng)上的教程半個(gè)小時(shí)左右就能入門，并做出自己心儀的3D模型。在建模階段完成之后，將模型和材質(zhì)等資源按照約定的目錄結(jié)構(gòu)導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D中。
　　在搭建場(chǎng)景時(shí)，先將FBX或是OBJ格式的模型拖動(dòng)到Scene（場(chǎng)景）面板中，如果在建模的時(shí)候使用的單位和Unity默認(rèn)單位（米）不同的話，便需要進(jìn)行相應(yīng)的縮放。通常如果是場(chǎng)景類的模型如Terrain（地形），我們選擇將模型的Position屬性設(shè)為（0，0，0），這樣將會(huì)對(duì)后面的腳本編寫和場(chǎng)景的搭建工作剩下時(shí)間。在簡(jiǎn)單地對(duì)模型進(jìn)行拖動(dòng)之后，得到了如下效果的游戲場(chǎng)景。
　　
　　此時(shí)搭建好的場(chǎng)景是靜態(tài)的，無法進(jìn)行互動(dòng)，我們需要進(jìn)行相應(yīng)腳本的編寫，以實(shí)現(xiàn)游戲的可操控性。如下圖所示，我們需要編寫腳本的地方有3個(gè)，一個(gè)是藍(lán)色的擊球平臺(tái)，一個(gè)是粉色的擊球平臺(tái)，一個(gè)是藍(lán)色的球。
　　
　　在這里，我們選擇使用簡(jiǎn)單的AI來控制粉色的擊球平臺(tái)，玩家控制藍(lán)色的擊球平臺(tái)。從這些物體我們可以引申出以下三個(gè)問題：
　　如何移動(dòng)玩家控制一方的擊球平臺(tái)；
　　如何控制電腦一方的擊球平臺(tái)；
　　如何對(duì)彈球進(jìn)行反彈。
　　首先是如何移動(dòng)玩家的擊球平臺(tái)。要解決這個(gè)問題，就需要確定一個(gè)輸入方式。在VR游戲中有傳統(tǒng)游戲中的使用手柄、鍵鼠輸入，同時(shí)還有HTC Vive和Oculus Rift的動(dòng)作捕捉。但我們決定使用的輸入方式是Gaze Input（凝視輸入）。凝視輸入的原理是通過在角色控制器的攝像頭射出一條射線，該射線代表玩家的視線，射線碰撞到的位置便是玩家目前凝視的位置。
　　在實(shí)現(xiàn)方面，需要在場(chǎng)景中新建一個(gè)Quad物體，與場(chǎng)景中的地面垂直，其寬度為玩家擊球平臺(tái)可以移動(dòng)的范圍，其高度可以設(shè)置為1000甚至更大。最后將該Quad的Mesh Renderer關(guān)閉，并調(diào)整其位置到玩家的擊球平臺(tái)的位置。然后，我們需要對(duì)VR中的SDK中的角色控制器進(jìn)行相應(yīng)的修改，由于該彈球游戲中采用的是固定視角，因此我們需要?jiǎng)h除SDK中的角色控制器的RigidBody等組件，僅需要能跟隨玩家頭部運(yùn)動(dòng)的Camera即可。找到角色控制器中的Camera，在其上添加如下腳本RayCaster.cs：
　　float hitPos;
　　void FixedUpdate（）
　　{
　　Ray ray = new Ray（transform.position， transform.forward）;
　　RaycastHit hit;
　　if （Physics.Raycast（transform.position， transform.forward， out hit））
　　{
　　if （hit.collider.gameObject.tag == “Quad”）
　　{
　　hitPos = hit.point.x;
　　}
　　}
　　}
　　public float getHisPos（）
　　{
　　return hitPos;
　　}
　　在上述腳本中，定義了一個(gè)射線和射線投影碰撞。當(dāng)射線投影碰撞的對(duì)象是Quad的平面的時(shí)候獲取碰撞點(diǎn)的x坐標(biāo)（因只需移動(dòng)彈球平臺(tái)的X坐標(biāo)，所以只獲取碰撞點(diǎn)的X坐標(biāo)），并保存到hitPos變量中，以便其他腳本調(diào)用。
　　接著在Hierarchy（階層面板中）找到玩家控制的彈球平臺(tái)，在其上編寫腳本playerMovement.cs。
　　GameObject mainCamera;
　　RayCaster rc;
　　float thisX;
　　void Start（）
　　{
　　mainCamera = GameObject.FindGameObjectWithTag（“MainCamera”）;
　　rc = mainCamera.GetComponent《RayCaster》（）;
　　thisX = this.transform.position.x;
　　}
　　void FixedUpdate（）
　　{
　　this.transform.position=new Vector3（rc.getHisPos（）+thisX，this.transform.position.y，this.transform.position.z）;
　　}
　　在上述腳本中，實(shí)現(xiàn)了通過獲取MainCamera的RayCaster組件的碰撞點(diǎn)坐標(biāo)來相應(yīng)的移動(dòng)彈球平臺(tái)。
　　至此，通過視線來控制玩家擊球平臺(tái)的功能已經(jīng)完成。對(duì)于電腦控制的擊球平臺(tái)，可以通過設(shè)定其平臺(tái)的移動(dòng)速度來決定難度，通過預(yù)測(cè)彈球到達(dá)電腦方的位置來決定電腦移動(dòng)平臺(tái)的目標(biāo)點(diǎn)。在如何反彈彈球的問題上，我們使用Unity3D自帶的物理引擎，在彈球物體上增加RigidBody組件，將RigidBody的Use Gravity選項(xiàng)取消選擇，同時(shí)將Drag和Angular Drag設(shè)為0和Constraint中的Freeze Position的Y選項(xiàng)勾選上。這樣，在游戲開始的時(shí)候，通過給彈球一個(gè)力來發(fā)球，當(dāng)彈球碰到場(chǎng)景和擊球平臺(tái)的Collider的時(shí)候便會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的反彈。至此，上面提出的三個(gè)問題解決完畢。
　　但以上三個(gè)問題都是顯性的問題，解決完這三個(gè)問題后便可以對(duì)游戲進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作，并不能完成真正意義上的游戲。因?yàn)樵谟螒蛟O(shè)計(jì)中，還有一些對(duì)象是隱性的，沒有實(shí)際的物體形態(tài)。這些對(duì)象有 Game Manager（游戲管理器）、 State Machine（狀態(tài)機(jī)）和 User Interface（用戶界面即UI）等。
　　在游戲管理方面，Game Manager下面有如下子Manager：Audio Manager（負(fù)責(zé)游戲中音效的管理）、Game Status Manager（負(fù)責(zé)游戲的階段狀態(tài)管理）、Score Manager（負(fù)責(zé)游戲計(jì)分的管理）和UI Manager（負(fù)責(zé)游戲UI的管理）等。以Game Status Manager為例，在不同的游戲階段中，可以進(jìn)行的動(dòng)作將會(huì)不同。如在游戲開始之前的準(zhǔn)備階段和游戲結(jié)束階段，彈球平臺(tái)和彈球不可以移動(dòng)。在游戲開始之前的準(zhǔn)備階段，需要對(duì)彈球和擊球平臺(tái)進(jìn)行復(fù)位操作。
　　通過Game Manager進(jìn)行游戲管理來編寫游戲，可以使程序更具有面向?qū)ο蟮奶匦?，?duì)于程序的修改、調(diào)試更為直觀和方便，從而減少BUG出現(xiàn)的幾率。
　　關(guān)于VR游戲中的UI，大部分Unity開發(fā)者在Unity4.6之后會(huì)傾向于選擇官方的UGUI。在UGUI中，UI的TEXT、Button和Image等組件均是Canvas的子物體時(shí)才能正常工作。Canvas的默認(rèn)渲染模式是以屏幕空間為基準(zhǔn)的，然而在VR模式下，左右眼的視角均在一塊屏幕中渲染，由此會(huì)造成UI在整塊屏幕上只渲染一次而非分別在左右眼的視角分別渲染。因此，我們需要將Canvas的Render Mode（渲染模式）調(diào)整為World Space。這樣，整塊UI畫布便成為了游戲3D世界中的物體，由此可縮放，拖動(dòng)以放置到游戲中相應(yīng)的位置。